МАГНИТОМЕТР Советский патент 1973 года по МПК G01R33/35 G01N27/72 

Изобретение относится к области дгагнитным измерений, в частности к приборам для иссладовання магнитных характеристик образцов малого размера в сильных магнитных полях. Известны магнитометры, содержащие вибрирующий от электродинамика образец весом в несколько миллиграмм, компенсирующую катушку, генератор, усилитель, детектор и записывающий прибор. Однако применение обычных электромагннтов orpaHH4niBaeT интервал намагничивающих полей (О-250005); наличие электронных цепей сравнения измеряемого момента с эталоиным образцом усложняет регистрирующую часть прибора и снижает точность измерений. Эти магнитомепры имеют ограниченный (100° К) температурный интервал измерений. Напряжение сравнения (или компенсации) магнитного гйомента образца в них устанавливается врумпую, что является существенным истОЧНиком ошибок измерений и представляет довольно трудоемкую работу. Цель изобретения - повышение точности « обеспечение измерений в сильных магнитных полях и широком интервале температур. Эта цель достигается тем, что предлагаемый магнитометр снабжен сверхпроводящим соленоидом с системой развертки магнитного поля, которая включает интегратор, вырабатывающий напряжение, управляющее через стабилизироаанный выпрямитель скоростью изменения магнитного поля соленоида; компенсационной катушкой, охватывающей образец, которая позволяет автоматизировать процесс измерений путем подачи иа усилитель сигнала, нропорциональиого разности магнитного момента образца и его токовой оболочки; следящей системой, на вход которой подается сигнал с детектора и которая управляет выходным током стабилизатора напряжения, запитываюи1,его компенсационную катушку; системой регулировки и поддержания заданной температуры, которая включает нагреватель, намотаашый на спениальный держатель образца из монокристаллического кварца, 1высоковакуумпую рубан1ку, внутри которой, не касаясь ее стенок, помещается вибрирующий подвес с образцом, и криостага с жидким гелием. Эти отличия 1ГОЗВОЛЯЮТ исследовать Maiпитные свойства материалов в статических магнитных полях до 63000 э. Реализуемый в предлагаемом магнитометре иитервал температур от 1,5 до 300° К решает проблему по.тучения информации о величине абсолютиого магнитного момента (вблнзи 0°К) и одновременно дает возможность исследовать основные магнитиые характеристики образцов при температурах, близких к комнатной, где в настоящее время ыа иоолее интенсивно применяются магнитные матерналы. При этом измерения на магнитометре проводятся на маленьких образцах (как моно-, так и поликристаллических) диаметром до 3 мм, что имеет исключительно важное значение при исследо ваиии редкоземельных соединений, монокристаллы которых обычно имеют размеры не более 2-3 мм. На чертеже изображена функциональная схема автокомпенсационного магнитометра со сверхпроводящим соленоидом (пунктиром отмечена часть установки, работающая При температуре жидкого гелия). Вибрация образца / с частотой 68 гц и амплитудой около 0,5 мм создается электродинамиком 2, к звуковой катушке которого крепится кварцевый подвес 3. Нижняя часть пад1веса 4 является держателем образца - это монокристалл кварца с компенсирующей катущкой 5. В эбонитовый каркас последней ввинчивается пестик 6 с приклеенным образцом до упора в торец кварца. Сигнал, пропорциональный разности магиитных моментов образца и компенсирующей катущки, улавливается двумя включe ными навстречу приемными катушками 7, которые жестко закреплены в канале сверхпроводящего соленоида 8. Возникающая SB приемных катушках э. д. с. частотой 68 гц усиливается узкополосным усилителем и поступает на синхронный детектор. Затем постоянная составляющая подается на вход следящей системы. Следящая система управляет выходным напряжением стабилизатора напряжения постояиного тока, от которого, запитывается компенсирующая катушка. С шунта, включенного последовательно с компенсирующей катушкой, напряжение снимается на координату У двухкоординатного самописца. Координата X самописца управляется напряжением, пропорциональным току сверхпроводящего солеиоида. Таким образом, осущес-пвляется зались тока компенсации, пропорционального ЛЕагнитному моменту измеряемого образца, в функгщи внешнего магнитного поля. Значение магнитного момента образца рассчитывается из тока ко.мпенсации, предварительно прокалиброванного по эталонному объекту. Питание соленоида осуществляется полупроводниковым стабилизированным выпрями.телем, выходной ток которого управляется интегратором развертки (блок управления током соленоида). Пнтегратор позволяет получить автоматический рост и спад тока солеиоида в заданных Пределах с различной скоростью: от 10 кэ/сек до 5 . Скорости нарастания поля до 1 кэ/сек удобно использовать при. измерении ферромагнитных образцов с «крутой кривой намагничивания (типа никеля), поскольку амплитудно-частотная характеристика фиксирующей части магнитометра о-раиичена механикой следящей системы. Вся еибрациоиная система герметизирована разъемным металлическим;- кожухом 9 и может перемещаться в вертикальном паправлении подъемным механизмом на длину 650 мм (в крайнем нижнем иоложеиии образец попадает в середину между приемными катушками). Для получения промежуточных темиератур в интервале 4,2-300° К на кварцевый держатель образца бифилярно намотан нагреватель, а в систему напускается теплообменный гелий. Подвес с образцом центрируется з трубке 9 двумя тефлоновыми щайбами и поэтому не касается ее холодных стенок, рабочий спай которой Введен нод каркасик компенсирующей катушки, приклеен к моиокристаллическому кварцу и таким образом находится в иеносредствеииой близости от образца. Те-;угибратуры ниже 4,2° К достигаются, как обычно, путем откачки гелия, находящегося в криостате, и измеряются по давлению паров над уровнем гелия. Предмет изобретения 1.Магнитометр, содержащий вибрирующий от электродинамика исследуемый образец, генератор, усилитель, детектор, систему температурного регулирования и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения измерений в сильных магнитных полях, он снабжен сверхпроводящим соленоидом с ситемой развертки магиитиого поля, состоящей из интегратора, подключенного ко входу стабилизированного выпрямителя, соединениого с сверхпроводящим соленоидом, компенсирующей катушкой, охватьивающей образец, и следящей системой, вход которой через синхронный детектор и усилитель Связан с двумя приемными кату1иками, включенными навстречу друг другу, а выход через стабилизатор нанряжеиия - с ком:пенсирующей катушкой. 2.Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерений в широком интервале температур, система температурного регулирования выполнена в виде нагревателя и термопары, размещенных вместе с исследуемым образцом иа держателе из монокристаллического кварца и находится виутри вакуумной рубащкн, входящей коаксиально в систему двух приемных катушек, жестко закрепленных ;в канале сверхпроводящего соленоида.