[发明专利]海尔贝克阵列式磁悬浮密度测量的方法及装置

说明书

一种海尔贝克阵列式磁悬浮密度测量的方法，将待测物质置于盛有顺磁性溶液的容器内且保证待测物质表面无气泡，再将容器置于活动磁场中，通过调节磁场的间距使待测物质稳定悬浮于容器中，确定悬浮位置距磁场下底面的垂直高度并换算得到待测物质的密度，在不改变顺磁性溶液的浓度下多次重复测量以验证结果。本发明采用海尔贝克阵列，提升磁场梯度的同时，可增大近线性磁场区间，从而扩大待检测对象的密度范围；测量装置灵活可调，能够多次测量以提高结果的准确性与可靠性。

技术领域

本发明涉及的是一种测量计量领域的技术，具体是一种海尔贝克阵列式磁悬浮密度测量的方法及装置。

背景技术

准确测量密度对物理、化学变化过程的表征、材料性能的评估，以及生物疾病检测等领域都有重要的意义。现有密度测量装置多数针对特定的固态或液态物质进行密度测量，对于液体密度的测量大多采用天平称量、比重计或密度瓶法，这些方法需要人工操作完成，耗费人力和时间成本，而且测量结果存在人为因素的影响；对于固体密度的测量主要采用密度梯度计法、微通道谐振法或微波技术测量法，这些方法操作复杂繁琐，测量响应时间久，测量效率低；对于软体或易变形的物质及生物材料，需要采用非接触的方式以避免受损或污染，从而造成了测量的困难。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种海尔贝克阵列式磁悬浮密度测量的方法及装置，能够同时满足响应快速、高精度、低成本且以非接触方式测量的测量要求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明将待测物质置于盛有顺磁性溶液的容器内且保证待测物质表面无气泡，再将容器置于活动磁场中，通过调节磁场的间距使待测物质稳定悬浮于容器中，确定悬浮位置距磁场下底面的垂直高度并换算得到待测物质的密度，在不改变顺磁性溶液的浓度下多次重复测量以验证结果。

所述的容器与磁场的中心线重合。

所述的待测物质包括：固态物质或不溶于水的液态物质，其中：液态物质采用胶头滴管滴加的方式加入容器。

所述的磁场分别通过三枚永磁铁实现，其中：第一磁场组件从上至下的磁化方向为顺时针，第二磁场组件从上至下的磁化方向为逆时针，第一磁场组件的中位磁铁与第二磁场组件的中位磁铁同名磁极相对。

所述的待测物质的密度，根据待测物质在磁场和重力场共同作用下实现稳定悬浮的原理，得到关系式：F_m+F_f-F_g＝0，其中：F_m为磁场力且F_f为液体浮力且F_f＝ρ_mgV，F_g为重力且F_g＝ρ_sgV，上述公式中的χ_s为待测物质的磁化率，χ_m为顺磁性溶液的磁化率，B为磁场组件产生磁场的磁通密度，▽为梯度算子且μ₀为真空磁导率且μ₀＝4π×10^-7(N·A^-2)，V为待检测物质的体积，ρ_s为待测物质的密度，ρ_m为顺磁性溶液的密度，g为重力加速度；经过化简得到待测物质的密度与悬浮位置距磁场组件下底面的垂直高度之间的关系满足：

本发明涉及一种实现上述方法的装置，包括：固定设置于滑动组件上的磁场组件和一个盛放顺磁性溶液的容器，其中：容器的中线与磁场组件的中线重合。

所述的滑动组件包括：活动设置于基座上的滑台，以及锁紧旋钮，其中：锁紧旋钮调节滑台运动或锁紧。

所述的磁场组件各自包括三枚无缝堆叠的永磁铁并采用海尔贝克阵列式排列。