آشنایی با روش VSM(مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی) و اجزای دستگاه

دانلود فایل PDF مقاله

مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی

دستگاه مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی یا به اختصار “VSM”(Vibrating Sample Magnetometer) جهت اندازه‌گیری خواص مغناطیسی مواد به کار گرفته می­ شود. رفتار مغناطیسی مواد مختلف دیامغناطیس، پارامغناطیس، فرومغناطیس و غیره، در شکل‌های مختلف پودر، جامد، فیلم نازک، تک بلور، مایع و غیره، به کمک VSM با رسم منحنی پسماند، قابل اندازه‌گیری است. ایده ساخت چنین دستگاهی در سال 1956 توسط آقای ون و فلندرز(G.W.Van&P.J.Flanders) مطرح شد ولی ساخت نهایی دستگاه در سال 1959 توسط آقای فونر(S.Foner) انجام شد. در حال حاضر گاهی این دستگاه با نام مغناطیس­ سنج فونر نیز شناخته می­ شود. اساس کار این دستگاه تغییرات شار مغناطیسی در یک کویل در هنگامی است ­که نمونه در معرض میدان مغناطیسی قرار گرفته است و در نزدیکی آن شروع به لرزش می­ کند. کمیت­ های قابل اندازه­ گیری بوسیله VSM عبارتند از:

بیشینه میدان اعمالی(Hm)

بیشینه چگالی شار (Bm)

میزان پسماند مغناطیسی (Br)

میدان پسماند زدا (Hc)

نسبت مربعیت (Br/Bm)

نفوذپذیری مغناطیسی (µ)

غیر از روش مغناطیس­ سنجی نمونه مرتعش، روش­ های دیگری نیز برای اندازه ­گیری خواص مغناطیسی ماده وجود دارد. روش ­های مغناطیس ­سنجی مختلف، مغناطش یک نمونه با ابعاد مختلف را در شرایط گوناگون از لحاظ دما، میدان مغناطیسی و جهت­گیری نمونه، اندازه ­گیری می ­کنند و نمودارهای متنوعی که نشان ­دهنده ویژگی ­­های متفاوت ماده است را نمایش می ­دهند. مغناطیس­سنج­ ها براساس میزان فرکانس جریان­ های عبوری از آنها شامل سیستم­ های مختلف می­ باشند، اما اساس اندازه ­گیری آنها مشابه است. برخی از سیستم ­های مغناطیس­ سنج عبارتند از: مغناطیس­ سنج نمونه چرخان (RSM) و مغناطیس­ سنج گرادیان نیروی متناوب (AGFM).

اجزای تشکیل­ دهنده

بطور کلی مغناطیس ­سنج VSM از سه بخش تشکیل می شود: الف-آهن­ربای الکتریکی ب-قسمت مکانیکی ج- مدارها و اجزای الکتریکی. تصویر کلی مغناطیس سنج در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1- طرح واره­ای از دستگاه مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاش

آهن­ربای الکتریکی

از آهن­ربای الکتریکی برای تولید میدان مغناطیسی در ناحیه بین دو قطب استفاده می ­شود. این آهن­ربا همانطور که در شکل 1 هم نمایش داده شده است، به صورت سیم ­پیچ الکتریکی با ابعاد خارجی حدود یک متر است که به منظور خنک نمودن آن از جریان آب مقطر در لوله­ های داخل سیستم، استفاده می­ شود. منبع تغذیه متصل به آن می­ تواند جریان DC  تا حد ١۴٠ آمپر تولید نماید.

قسمت مکانیکی

این قسمت برای نگهداری نمونه در محل مناسب، چرخش آن و تولید نوسانات مکانیکی مناسب، طراحی شده است. قسمت مکانیکی، روی آهنربای الکتریکی قرار می­ گیرد و از سه بخش تولید­کننده نوسان جابجاکننده، نگهدارنده نمونه و وسیله ایزوله­ کننده نوسانات، تشکیل شده است.

از بوبین میانی (بوبین بطور ساده از پیچ ه­ای سیمی تشکیل شده است)، جریان ac با فرکانس ٨٢ هرتز جهت تولید نوسان می­ گذرد. قسمت میانی صفحات فنری، تحت تأثیر نیروی میدان نوسانی قرار گرفته و به نوسان در می­ آیند و همراه با خود، میله نمونه و در نتیجه نمونه مغناطیسی را در امتداد قائم به نوسان در می­ آورند. بخش نوسان­ کننده به صفحات متحرک خازن­ هایی وصل می­ شود. نیروی عکس ­العمل حاصل از نوسانات که به بوبین و آهن­ربا وارد می­ شود، باعث نوسان متقابل آنها می­گردد. برای حذف این نوسانات و جلوگیری از انتقال آن به پایه و تشکیل یک میدان استاتیک توسط آهنربای اصلی، از ایزوله کننده نوسانات استفاده می­ شود که به عنوان یک تشدید­کننده مکانیکی، انرژی نوسانات حاصل از نیروی عکس­ العمل را جذب می­ نماید. نمونه که در انتهای یک میله غیرمغناطیسی نصب می­ شود، باید دقیقاً در مرکز تقارن سیستم سیم­ پیچ ­های مغناطیس ­سنج (واقع در بین قطب­های آهنربای اصلی) قرار بگیرد. محل دقیق نمونه با سه پیچ ویژه که قابلیت حرکت نمونه را در راستاهای مختلف دارد، تنظیم می­ شود.

شکل 2- اجزای تشکیل دهنده ی VSM

قسمت الکتریکی

همانطور که قبلاً گفته شد نمونه در راستای قائم به نوسان در می­ آید. سیگنال القاء شده در سیم­ پیچ ها متناسب با مغناطش نمونه و مشخصات نوسانات است که به منظور اندازه­ گیری مغناطش نمونه، عامل دوم باید حذف گردد. سیگنالی ناشی از خازن متغیر (که به آن اشاره شد) حاصل می­شود که تنها به مشخصات نوسانات مکانیکی (عامل دوم)، بستگی دارد. از آنجایی که سیگنال اصلی متناسب با هر دو عامل است، از تفاضل سیگنال اصلی و سیگنال ناشی از خازن و تقویت آن توسط یک تقویت­ کننده تفاضلی، مغناطش نمونه اندازه­ گیری می­ شود. به این ترتیب، تغییرات احتمالی در عوامل نوسانی روی اندازه بدست آمده برای مغناطش نمونه، اثری نخواهد داشت.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد VSM پیشنهاد می شود مقاله “عملکرد دستگاه VSM” را نیز مطالعه فرمایید.

در صورتی که مایل به انجام این تست در تمادکالا هستید، اینجا کلیک کنید.

برای دریافت مشاوره رایگان در مورد آنالیزهای مختلف اینجا کلیک کنید.

دریافت آنالیز VSM