一种基于电位差法测定磁场强度的装置的制作方法

1.本发明属于磁场强度测量技术领域，具体涉及一种基于电位差法测定磁场强度的装置。


背景技术：

2.磁场的作用体现在自然科学和工程应用的很多方面。有很多测试磁场的方法，比如磁通门法、霍尔效应法、磁阻效应法、磁共振法、超导效应法、磁光效应法等需用到专门的装置与仪器，都是基于物理学效应，需要相对专业的设备和仪器，采用一般的仪器测试难或者不方便。
3.本发明通过对磁场影响电化学反应的作用规律与选择性效应，提出了基于磁电化学原理和电位参数来测量磁场强度的方法。本发明的工作原理是基于磁电化学理论：磁场通过叠加洛仑兹力效应影响特定金属在离子型氧化剂溶液中表面电极反应速率，导致金属的电化学状态比如电极电位发生变化，选择合适的同一种金属作为工作电极和参比电极放置于同一个电解槽构成一套装置，配备电化学工作站或者电压表，测试位于磁场中的工作电极的电位与没有磁场下参比电极之间的电位差，可以标定电位差与磁场强度之间的关系，就能用于通过测定未知强度磁场下同种金属双电极体系的电位差来测定磁场强度。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术和实用性问题，本发明的目的在于发展一种基于电位差法测定磁场强度的装置，通过测定外加磁场导致的有、无磁场下同种金属电极在含带电荷氧化剂中的电位差，得到标定曲线，用于测定未知磁场强度。本发明的独创点主要有3点：1)基于磁场对固体-溶液电化学反应的洛仑兹力效应的磁场强度测试原理；2)把磁场强度测量通过电化学体系转化为电位参数测量的方法；3)测量装置采用常用的部件装配，不需要专门的参比电极，具备潜在的应用推广；
5.4)两种同样的电极进行测试，便于排除外部干扰的影响以及提高测试灵敏度和准确度。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于电位差法测定磁场强度的装置，该装置包括：电脑、电化学工作站、电磁铁控制柜、万用表、电解槽、第一线圈、第二线圈、第一铁芯、第二铁芯，所述电脑与电化学工作站连接，所述电解槽包括腐蚀溶液、工作电极和参比电极，电解槽放置于第一铁芯、第二铁芯之间，所述工作电极和参比电极浸泡在腐蚀溶液中，工作电极和参比电极的表面平行且相对，工作电极位于第一铁芯、第二铁芯之间，参比电极位于第一铁芯、第二铁芯圆周以外，第一铁芯和第二铁芯横截面垂直于工作电极表面，工作电极和参比电极分别都与电化学工作站、万用表连接，所述电磁铁控制柜与第一线圈、第二线圈相连。
8.所述的基于电位差法测定磁场强度的装置，电解槽为长方形电解槽，电解槽厚度小于第一铁芯、第二铁芯之间的距离。
9.所述的基于电位差法测定磁场强度的装置，电磁铁控制柜通过控制输入电流的大小控制第一线圈、第二线圈产生的磁场强度。
10.所述的基于电位差法测定磁场强度的装置，采用两个同样的金属电极，一个作为工作电极，工作电极面积小于等于1cm2，一个作为参比电极，经过表面处理后，放入长方形的电解槽中，构成双电极体系，其中工作电极放置于磁场中间，参比电极远离磁场，工作电极与参比电极需要保持一段距离，确保工作电极放入磁铁两极中心有一定强度的磁场，而参比电极所处位置的磁场强度与工作电极位置相比几乎可以忽略。工作电极和参比电极在同一水平线上。
11.将双电极体系的工作电极和参比电极放入含有氧化剂离子的溶液中浸泡，通过电化学工作站或万用表连续监控和测试这两个电极之间的电位差，在没有磁场时电位差接近于0。
12.将电位差接近于0的双电极体系中的工作电极移动到已标定好强度的第一铁芯、第二铁芯正中间，且工作电极的中心到第一铁芯、第二铁芯的距离相等。开路电位测量过程中工作电极，参比电极处于静止状态。测得开路电位差，连续测定不同磁场强度下工作电极与无磁场条件下的参比电极之间的开路电位差，磁场强度为0.02-0.5t,磁场强度从小到大逐步施加，每个磁场条件下电位差值达到稳定。根据电化学工作站测得的不同磁场强度下的工作电极与0t下的参比电极在达到稳态后的电极电位值，每个磁场强度下得到的电位差变化幅度不超过10％，绘制有磁场下电位差δe(x轴)-磁场强度b(y轴)标准曲线。
13.将同样的电极体系放置于未知磁场强度的磁场中测得工作电极与0t时参比电极之间的差值，通过绘制的标准曲线，求得相应的磁场强度数值，每个电位差所对应的磁场强度的偏离度小于等于10％。
14.本发明与现有技术相比较，有益效果如下：
15.本发明提供了一种测定磁场强度的装置，该装置基于磁电化学原理和电位参数来测量磁场强度，无需专业的设备和仪器，简便快捷。且本发明装置结构简单，简便易行，利用该装置测定磁场强度精度高，具有广阔的应用前景。
附图说明
16.图1(a)为本发明基于电位差法测定磁场强度的装置结构示意图。图1(b)为本发明基于电位差法测定磁场强度的装置电解槽的侧视图，图中体现了工作电极与铁芯的位置关系以及与电化学工作站和万用表的连接方式。
17.图1a：1.电脑，2.电化学工作站，3.电磁铁控制柜，4.万用表，5.电解槽，6-1第一线圈、6-2.第二线圈，7-1、第二铁芯、7-2.第二铁芯。
18.图1b：2.电化学工作站，4.万用表，5.电解槽，7-1第一铁芯、7-2.第二铁芯，8.腐蚀溶液，9.工作电极，10.参比电极。
19.图2为使用该装置所测得的磁场强度曲线。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例，本领域普
通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例：通过测量两个纯铁电极在0.12mol/l硫酸铁溶液中的电位差值测量施加的磁场强度的曲线。
22.本发明装置如图1所示，包括：电脑1、电化学工作站2、电磁铁控制柜3、万用表4、电解槽5、第一线圈6-1、第二线圈6-2、第一铁芯7-1、第二铁芯7-2，所述电脑1与电化学工作站2连接，所述电解槽5包括腐蚀溶液8、工作电极9和参比电极10，电解槽放置于第一铁芯7-1、第二铁芯7-2中间，所述工作电极9和参比电极10浸泡在腐蚀溶液8中，工作电极9和参比电极10的表面平行且相对，工作电极9位于第一铁芯7-1、第二铁芯7-2正中间，参比电极10位于第一铁芯7-1、第二铁芯7-2圆周以外，第一铁芯7-1和第二铁芯7-2横截面垂直于工作电极9表面，工作电极9和参比电极10分别都与电化学工作站2、万用表4连接，所述电磁铁控制柜3与第一线圈6-1、第二线圈6-2相连。电解槽5为长方形电解槽，电解槽厚度小于第一铁芯7-1、第二铁芯7-2之间的距离。电磁铁控制柜3通过控制输入电流的大小控制第一线圈6-1、第二线圈6-2产生的磁场强度。采用两个同样的铁电极，一个作为工作电极9，一个作为参比电极10，经过打磨处理后，放入长方形的电解槽5中，电解槽厚度方向的尺寸需要适合放入第一铁芯7-1、第二铁芯7-2中间，形成双电极体系，其中工作电极9与参比电极10需要保持一段距离：能实现工作电极9放入第一铁芯7-1、第二铁芯7-2中间，有一定强度的磁场；而参比电极10远离第一铁芯7-1、第二铁芯7-2中间，所处位置的磁场强度与工作电极9位置相比可以忽略。双电极体系与电化学工作站(2)或者电压表(4)接通，组成电化学测试体系。将双电极体系的工作电极9和参比电极10放入含有氧化剂离子的腐蚀溶液8中浸泡，用电化学工作站2或万用表4连续监控和测试这两个电极之间的电位差，在没有磁场时电位差接近于0。同时将电位差接近于0的双电极体系中的工作电极9移动到已标定好强度的第一铁芯7-1、第二铁芯7-2中间，参比电极10远离磁场，测得磁场下的工作电极9和无磁场下的参比电极10之间的开路电位差。根据腐蚀溶液8中测得的不同磁场强度下的工作电极9与无磁场下的参比电极10在达到稳态后的开路电位值，绘制有磁场下开路电位差(x轴)-磁场强度(y轴)标准曲线。通过采用同样的电极体系放置于未知磁场强度的磁场中测得工作电极9与无磁场下参比电极10之间的开路电位的差值，通过上述绘制的标准曲线，即可求得相应的磁场强度数值。
23.利用本发明装置，完成了针对铁在0.12mol/l硫酸铁溶液中的试验测试，其试验结果叙述如下：
24.工作电极处无磁场时，工作电极与参比电极之间的电位差接近于0。工作电极处分别施加0.02t、0.05t、0.1t、0.2t、0.3t、0.4t、0.5t磁场时，工作电极与参比电极之间的电位差分别为0.35mv、3.07mv、7.29mv、10.93mv、13.27mv、14.87mv、16.12mv，绘制工作电极与参比电极之间的电位差(x轴)-磁场强度(y轴)曲线。相同条件实验重复三次，并且在施加0.5t磁场条件下得到的电位差波动最大值为0.93mv,变化幅度为5.6％。对得到的工作电极与参比电极之间的电位差(x轴)-磁场强度(y轴)曲线进行拟合，当电位差偏离度为5.6％时，相应的测试的磁场强度偏离度为9.6％。因此，在此体系下，当工作电极处于未知磁场时，如果测得工作电极与参比电极之间的电位差为0.35mv，可判断工作电极此时处于0.02t磁场条件下，如果测得工作电极与参比电极之间的电位差为3.07mv、3.07mv、7.29mv、10.93mv、
13.27mv、14.87mv、16.12mv可判断工作电极此时处于0.05t、0.1t、0.2t、0.3t、0.4t、0.5t磁场条件下。如图2所示。