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超低剩磁温度系数测量方法的研究

成果类型:: 实用新型专利

发布时间: 2022-09-09 10:27:24

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 石杰 | 2022-09-09 10:27:25

本项目基于磁天平法,自主研制了一套具有高分辨率、高准确度的剩磁温度系数测量装置,装置主要包括:高稳定度恒流电源、高精度分析天平、高温炉、温控单元、水冷系统等,实现了室温-220℃范围内不同温度下的永磁体开路剩磁温度系数的测量。技术指标达到:剩磁温度系数测量分辨率为1×10-6/℃(1℃),剩磁温度系数测量的不确定度为1.0×10-5/(10℃)(k=2)。

(1)本项目研制了稳定度小于1×10-5的恒流电源,保证了样品受力的稳定性,同时项目使用了分辨率为0.01mg的分析天平,当所受力大小为1g时,就已经达到了1×10-5的分辨率, 当所受力大小为10g时,可以达到 1×10-6的分辨率。(2)为了提高测量的灵敏度,从而使温度系数测量达到1×10-6的分辨率,本项目研制了梯度场方向与磁场方向一致的梯度场电磁铁,保证了样品稳定受力,不偏转。同时,梯度场的梯度值达到175 Oe/cm,梯度均匀性到达0.5%/cm,保证了整个测量系统的高灵敏度高准确度。

目前国内外测量永磁体温度系数的方法主要有闭磁路扫描法、开路磁矩法和VSM。 其中最传统的方法是闭磁路扫描法。中国计量科学研究院、德国PTB以及英国的NPL等国内外的计量院均采用这种方法,闭磁路法可以准确测量不同温度下的磁滞回线,测量参数为剩磁Br、矫顽力Hcj,最大磁能积等多种参数,从而计算出温度系数。 开磁路磁矩法,这种方法测量的参数为不同温度下的磁矩M,即通过测量不同温度下的开路磁矩,计算出永磁体的温度系数。 以上两种方法的缺点是采用积分器测量,最低测量分辨为10-4/℃,不能满足10-5/℃温度系数的测量需求。 另外常见的测量温度系数的方法是VSM,VSM也是一种开路测量方法,虽然测量分辨率较高,但是测量准确度低、重复性差,也不能满足10-5/℃温度系数的测量需求。 根据查新报告,目前没有查到国内外有采用本项目相类似的测量方法的。国内外文献也没有查到永磁体温度系数测量分辨率为1×10-6的仪器设备。

侯瑞芬,中国计量科学研究院。项目负责人,负责项目的整体方案设计、梯度场的设计。对创新点作出了贡献。查阅了大量文献并比较了国内外同类技术,提出了项目的技术路线即采用测量力信号的方式实现永磁材料低温度系数的测量,并负责了测量装置的整体方案实施。对创新点2,提出了梯度场的设计思路,负责梯度场机械结构设计。林安利,中国计量科学研究院工程所所长。 在项目方案设计和具体实施过程中进行理论分析和技术指导。对创新点做出了贡献。在技术路线设计中给予了强有力的理论指导,并对其中技术细节给出建设性意见。对创新点2,提出电磁铁形式的梯度场的设计方案,对测量分辨率的提高起到了关键的作用。张志高,中国计量科学研究院主要负责硬件电气单元的制作,包括高稳定度励磁电源的设计和温控系统的设计。对创新点做出了贡献。设计并制作了温控、励磁等电器单元,保证了项目技术路线的顺利实施;提出采用水冷结构对梯度场电磁铁进行冷却,保证了梯度场的温度稳定性。

2015年1月项目验收后,开始对其进行推广应用。 1)对外开展检测校准服务 项目完成之后,即开始对外开展检测校校准服务,服务对象设计永磁生产企业、航空研究院、高校、医疗等领域,共开展测试约230次,2015年由本项目产生的检测收入为11万元, 2016年由本项目产生的检测收入为15万元。 2)通过科技成果转化产生直接经济效益     钢铁研究总院作为军工性质的研究院,一直迫切希望解决超低温度系数的测量难题,因此项目完成后,立即采购了一台用于产品的研发和制作中,因此2015年产生了52万元的销售额。 3)本项目用于超低剩磁温度系数的测量,为国内高性能永磁体在高温下的应用提供技术和数据基础。比如为京磁材料科技股份有限公司研制的用于电动汽车的高性能钕铁硼产品在研制过程中提供了测量手段,为该公司产品性能的提升做出了贡献。两年来,该公司使用本项目成果进行测试,为该公司在在汽车电机用高性能钕铁硼产品取得市场领先优势起到了关键作用,新增产值6650万元(190吨),新增利税997万元。

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