磁性材料測(cè)量

1、上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l5.1 若干基礎(chǔ)知識(shí)l5.2 空間磁場(chǎng)、磁通的測(cè)量空間磁場(chǎng)、磁通的測(cè)量 l5.3 磁性材料的測(cè)量上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l5.1.1 磁性材料的靜態(tài)特性l5.1.2 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性l5.1.3 磁學(xué)量的度量單位磁學(xué)量的度量單位 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 靜態(tài)磁性特性是指在材料恒定或非常低頻的交變磁場(chǎng)的靜態(tài)磁性特性是指在材料恒定或非常低頻的交變磁場(chǎng)的作用下的特性。作用下的特性。l 磁性材料的靜態(tài)特性包括以下三方面：磁化曲線及其非磁性材料的靜態(tài)特性包括以下三方面：磁化曲線及其非線性，磁滯現(xiàn)象與靜態(tài)磁化曲線，磁導(dǎo)率線性，磁滯現(xiàn)象與靜態(tài)磁化曲線，磁導(dǎo)率 (1)磁化曲線及其非線性磁化曲線及

2、其非線性: 圖5.1.1 磁化曲線的非線性磁性材料在外磁場(chǎng)H的作用下，將產(chǎn)生磁通密度B。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.1.2 磁性材料的磁化特性曲線 (a)軟磁材料的磁滯回線族和基本磁化曲線 (b)硬磁材料的磁滯回線及次環(huán)磁通密度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間為非單值函數(shù)。即B的值不僅與相應(yīng)的H有關(guān)，還與材料以前的磁化狀態(tài)有關(guān)。主要是因?yàn)榇判圆牧暇哂袦笮?yīng)和粘滯性。磁滯回線所包容的面積代表一個(gè)激磁循環(huán)所產(chǎn)生的磁滯損耗。各環(huán)與B正向軸的交點(diǎn)稱為剩磁，與H負(fù)向軸的交點(diǎn)稱為矯頑力。軟磁材料的剩磁和矯頑力較小，回線很窄，磁滯損耗小。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 軟磁材料以不同的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度軟磁材料以不同的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度H H1

3、max1max,H,H2max2max,對(duì)它反復(fù)磁對(duì)它反復(fù)磁化，可獲得一簇大小不等的穩(wěn)定磁滯回線，連接各個(gè)回化，可獲得一簇大小不等的穩(wěn)定磁滯回線，連接各個(gè)回路第一象限頂點(diǎn)所得的曲線稱為基本磁化曲線，與前述路第一象限頂點(diǎn)所得的曲線稱為基本磁化曲線，與前述的磁化曲線接近。對(duì)一般直流磁器件設(shè)計(jì)，大多以基本的磁化曲線接近。對(duì)一般直流磁器件設(shè)計(jì)，大多以基本磁化曲線為依據(jù)。磁化曲線為依據(jù)。l 硬磁材料有較大的硬磁材料有較大的HcHc和適當(dāng)?shù)暮瓦m當(dāng)?shù)腂rBr，在無(wú)外激勵(lì)的情況下，在無(wú)外激勵(lì)的情況下，自身也能提供一定的自身也能提供一定的B B值，具有較寬的磁滯回線；磁滯回值，具有較寬的磁滯回線；磁滯回線的第線

4、的第2 2象限部分，如磁化曲線反向達(dá)到回線上的象限部分，如磁化曲線反向達(dá)到回線上的a a點(diǎn)，點(diǎn)，又將又將H H調(diào)回到零，隨后又重新反向達(dá)到調(diào)回到零，隨后又重新反向達(dá)到a a點(diǎn)，將形成很窄點(diǎn)，將形成很窄的局部回線，稱次環(huán)。為保證工作穩(wěn)定可靠，硬磁材料的局部回線，稱次環(huán)。為保證工作穩(wěn)定可靠，硬磁材料在使用時(shí)一般工作在次環(huán)上。在使用時(shí)一般工作在次環(huán)上。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回(3)磁導(dǎo)率:圖5.1.3 軟磁材料的磁導(dǎo)率曲線對(duì)于圖5.1.2(a)中基本磁化曲線在接近H=0處的磁導(dǎo)率為:定義：,BBHH或0limiHBH稱為初始磁導(dǎo)率。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性包括以下幾個(gè)方面：磁性材料的動(dòng)態(tài)特

5、性包括以下幾個(gè)方面：(1)動(dòng)態(tài)磁化曲線動(dòng)態(tài)磁化曲線 指工作在工頻以上交變磁場(chǎng)中的磁性材料的指工作在工頻以上交變磁場(chǎng)中的磁性材料的B-H曲線。曲線。(2)動(dòng)態(tài)磁滯回線動(dòng)態(tài)磁滯回線 當(dāng)磁性材料處于交變磁場(chǎng)中，除磁滯損耗外，還產(chǎn)生當(dāng)磁性材料處于交變磁場(chǎng)中，除磁滯損耗外，還產(chǎn)生渦流損耗，其動(dòng)態(tài)磁滯回線較靜態(tài)磁滯回線要寬。渦流損耗，其動(dòng)態(tài)磁滯回線較靜態(tài)磁滯回線要寬。(3)動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率 對(duì)于不同的磁化條件，可以有不同的磁導(dǎo)率定義。對(duì)于不同的磁化條件，可以有不同的磁導(dǎo)率定義。對(duì)于交流幅值磁導(dǎo)率定義為：對(duì)于交流幅值磁導(dǎo)率定義為：mmmHB上一頁(yè)下一頁(yè)返 回111/cosHB112/sinHB粘性磁導(dǎo)率

6、:其中，彈性磁導(dǎo)率:111BjeBB111HjeHH11BH復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率 :211111jeHBHBj上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 絕對(duì)電磁單位制，國(guó)際單位制絕對(duì)電磁單位制，國(guó)際單位制l 兩種單位制中的單位名稱、符號(hào)和換算關(guān)系：兩種單位制中的單位名稱、符號(hào)和換算關(guān)系： 表5.1.1 磁學(xué)量的度量單位上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l5.2.1 基于電磁感應(yīng)原理的測(cè)量方法l5.2.2 用磁通門磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)l5.2.3 用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)l5.2.4 用核磁共振法測(cè)量磁場(chǎng)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 穿過(guò)測(cè)量線圈的磁通：穿過(guò)測(cè)量線圈的磁通： tmsin 圖5.2.1 用感應(yīng)法測(cè)量磁通的原理上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 被測(cè)磁

7、場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值為：被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的幅值為：l 磁通幅值：磁通幅值：l 磁場(chǎng)的幅值：磁場(chǎng)的幅值： tNdtdNdtdemcos USNSBmm20mmBH UNm2U為感應(yīng)電勢(shì)的有效值 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量線圈的平面應(yīng)與被為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量線圈的平面應(yīng)與被測(cè)磁場(chǎng)方向垂直測(cè)磁場(chǎng)方向垂直l 測(cè)量脈沖感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法有沖擊法和磁通表法測(cè)量脈沖感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方法有沖擊法和磁通表法兩種。兩種。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.2 用沖擊法測(cè)量直流磁通G為沖擊檢流計(jì)，N為測(cè)量線圈匝數(shù)。改變穿過(guò)測(cè)量線圈磁通方法：（1）如果被測(cè)的直流磁場(chǎng)是由通電線圈產(chǎn)生的，切斷線圈電流或

8、者突然改變線圈電流的方向，使線圈磁通變化 （2）如果被測(cè)磁通是永久磁鐵或地磁場(chǎng)產(chǎn)生的，可以把測(cè)量線圈從磁場(chǎng)中迅速移到磁場(chǎng)為零的地方；或者把線圈原地轉(zhuǎn)動(dòng)1802或上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 對(duì)上式積分得：對(duì)上式積分得：l 因?yàn)橐驗(yàn)閠=tt=t1 1和和t=tt=t2 2時(shí)，磁通均停止變化時(shí)，磁通均停止變化 l 磁通停止變化時(shí)：磁通停止變化時(shí)：l 脈沖電量：脈沖電量： a am m為沖擊檢流計(jì)第為沖擊檢流計(jì)第1 1次最大偏轉(zhuǎn)角。次最大偏轉(zhuǎn)角。l 磁通變化量為：磁通變化量為：dtdiLiRdtdNedtdtdiLidtRdtdtdNtttttt212121RQN)(12mqCQmqNRC12R為沖擊檢流計(jì)

9、的電阻和測(cè)量線圈電阻之和。Cq為沖擊檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：為：l 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H為：為：qRCCSBSBH00C上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁感應(yīng)強(qiáng)度： l 磁場(chǎng)強(qiáng)度：磁場(chǎng)強(qiáng)度： mNSCB2mNSCH02所示。的電路如圖測(cè)量3 . 2 . 5C上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.3 測(cè)量磁通沖擊常數(shù)的電路測(cè)量前，開關(guān)K1、K3閉合，K2投向任一側(cè)（如1），K4投向1側(cè)，調(diào)節(jié)電阻RP，改變互感器的初級(jí)電流，使其達(dá)到一個(gè)合適的值I。調(diào)整好電流后，打開開關(guān)K3 ，準(zhǔn)備測(cè)量，測(cè)量操作是迅速把K2由1投向2側(cè)，互感器中初級(jí)電流由I變?yōu)?I。上一頁(yè)下一頁(yè)返

10、 回l 在互感線圈中：在互感線圈中： IMdtdiMdtd2又因 mC 所以IMCm2上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 開關(guān)投向位置開關(guān)投向位置2 2 時(shí)：時(shí)：l 阻尼因數(shù)：阻尼因數(shù)：l 感應(yīng)電勢(shì)和電路參數(shù)有如下關(guān)系：感應(yīng)電勢(shì)和電路參數(shù)有如下關(guān)系： 其中其中l(wèi) 磁通表的運(yùn)動(dòng)方程為：磁通表的運(yùn)動(dòng)方程為：nhgRRRRnhgRRRR)2/(0JWPdtdiLiRedtdNdtdiRLReiidtdPdtdJ0022上一頁(yè)下一頁(yè)返 回dtdiRLRei21 ttdtdtdiLdtdNRdtdtdiLeRdtdtdPdtdtdJtttttttt)()(2121212100022上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l把初始條件代入積

11、分式得：把初始條件代入積分式得： )dt/d(Ne21212121000ttttttttitRNRPdtdJ)()(120120NRPNCNRP100上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 被測(cè)的磁通被測(cè)的磁通 值為：值為：l 被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為： l 被測(cè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：被測(cè)磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：00/RPCCN1CNSSB10BH 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.4 用磁通表測(cè)量磁通的示意圖 值由儀表給出，不需要測(cè)量，其值與回路電阻有關(guān)，因此，磁通表對(duì)回路的電阻值有要求，要求測(cè)量線圈的內(nèi)阻不大于8歐姆，這就限制了測(cè)量線圈的匝數(shù)和線徑。C上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 原理：是利用高磁導(dǎo)率的鐵心在交

12、流勵(lì)磁下調(diào)制鐵心中的直流磁場(chǎng)分量，并將直流磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷狠敵龆M(jìn)行測(cè)量的儀器。 特點(diǎn)：靈敏度高、簡(jiǎn)單、可靠，體積可以做的很小。磁通門磁強(qiáng)計(jì)由探頭和測(cè)量線路兩部分組成。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 磁通門磁強(qiáng)計(jì)的探頭結(jié)構(gòu)：磁通門磁強(qiáng)計(jì)的探頭結(jié)構(gòu)： 圖5.2.5 磁通門磁強(qiáng)計(jì)的探頭結(jié)構(gòu) 探頭實(shí)際上是磁傳感器，由高磁導(dǎo)率、低矯頑力的軟磁材料制成，其上繞有勵(lì)磁線圈N1和測(cè)量線圈N2。 N1中流有三角波恒流源勵(lì)磁電流i1，電流i1足夠大，使鐵心充分飽和。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 如圖如圖5.2.65.2.6（a a），設(shè)鐵心有折線型磁特性，鐵心中的直流），設(shè)鐵心有折線型磁特性，鐵心中的直流磁場(chǎng)磁場(chǎng)H H0 0=

13、0.=0.l 在圖在圖(b)(b)中三角波勵(lì)磁磁場(chǎng)中三角波勵(lì)磁磁場(chǎng)H H作用下，鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度是作用下，鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度是對(duì)稱的梯形波（如圖對(duì)稱的梯形波（如圖c c），對(duì)稱的梯形波上升沿或下降沿在），對(duì)稱的梯形波上升沿或下降沿在測(cè)量線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e es s是對(duì)稱的方波（如圖是對(duì)稱的方波（如圖d d），圖中），圖中T T1 1=T=T2 2，進(jìn)行諧波分析只有奇次諧波，沒(méi)有偶次諧波。，進(jìn)行諧波分析只有奇次諧波，沒(méi)有偶次諧波。l 如把探頭放入待測(cè)的直流磁場(chǎng)如把探頭放入待測(cè)的直流磁場(chǎng)H H0 0中，鐵心中除有交流磁場(chǎng)中，鐵心中除有交流磁場(chǎng)外，還有直流磁場(chǎng)外，還有直流磁場(chǎng)H H

14、0 0，合成勵(lì)磁磁場(chǎng)為，合成勵(lì)磁磁場(chǎng)為H(H(如圖如圖b b）。）。l 在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)相同的半周內(nèi)，鐵心提前進(jìn)入飽和在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)相同的半周內(nèi)，鐵心提前進(jìn)入飽和區(qū)，滯后退出飽和區(qū)；在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)相反的半周區(qū)，滯后退出飽和區(qū)；在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)相反的半周內(nèi)，鐵心滯后進(jìn)入飽和區(qū)，提前退出飽和區(qū)；鐵心中磁感內(nèi)，鐵心滯后進(jìn)入飽和區(qū)，提前退出飽和區(qū)；鐵心中磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度BB是不對(duì)稱的梯形波（如圖是不對(duì)稱的梯形波（如圖e e）。在測(cè)量線圈中的）。在測(cè)量線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是不對(duì)稱的方波（如圖感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是不對(duì)稱的方波（如圖f)f)，則，則T T1 1TTT2 2 。進(jìn)行諧波分析既有奇

15、次。進(jìn)行諧波分析既有奇次諧波，也有偶次諧波。偶次諧波的大小和相位分別反映諧波，也有偶次諧波。偶次諧波的大小和相位分別反映了直流磁場(chǎng)的幅值和方向，測(cè)量出測(cè)量線圈中的偶次諧了直流磁場(chǎng)的幅值和方向，測(cè)量出測(cè)量線圈中的偶次諧波的大小和相位，即可測(cè)得直流磁場(chǎng)的大小和方向。波的大小和相位，即可測(cè)得直流磁場(chǎng)的大小和方向。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.6 磁通門磁強(qiáng)計(jì)探頭的工作原理圖上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.7 磁通門磁強(qiáng)計(jì)的傳感器(a)雙心式 (b)環(huán)心式1鐵心 2勵(lì)磁繞組 3檢測(cè)線圈 i勵(lì)磁電流 次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)圖5.2.5探頭測(cè)量線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)既有奇次諧波，也有偶次諧波，基波幅值遠(yuǎn)大于二次諧波幅值，從較大

16、的基波中檢測(cè)出二次諧波困難，單鐵心探頭使用價(jià)值不大。實(shí)用的是圖5.2.7雙鐵心結(jié)構(gòu)的探頭。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 鐵心上繞有勵(lì)磁線圈鐵心上繞有勵(lì)磁線圈2 2，通以一定波形的交流電流，通以一定波形的交流電流i i，產(chǎn)，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)使鐵心反復(fù)磁化到飽和。生交變磁場(chǎng)使鐵心反復(fù)磁化到飽和。l 在鐵心的外部繞有檢測(cè)線圈在鐵心的外部繞有檢測(cè)線圈3 3，傳感器沒(méi)有直流繞組，鐵，傳感器沒(méi)有直流繞組，鐵心中的直流磁通正是由待測(cè)磁場(chǎng)沿傳感器的軸向分量所心中的直流磁通正是由待測(cè)磁場(chǎng)沿傳感器的軸向分量所產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。l 由于鐵心和繞組對(duì)于軸線是對(duì)稱的，并且勵(lì)磁繞組的繞由于鐵心和繞組對(duì)于軸線是對(duì)稱的，并且勵(lì)磁繞組的繞向

17、使交流勵(lì)磁磁場(chǎng)在鐵心兩部分中產(chǎn)生的磁通大小相等，向使交流勵(lì)磁磁場(chǎng)在鐵心兩部分中產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反。方向相反。l 當(dāng)軸向直流磁場(chǎng)當(dāng)軸向直流磁場(chǎng)H H0 0=0=0時(shí)，兩部分的磁通在任何時(shí)刻都合時(shí)，兩部分的磁通在任何時(shí)刻都合成為零。成為零。l 當(dāng)當(dāng)H H0 000時(shí)，上述磁通含有偶次諧波分量。任一時(shí)刻，交時(shí)，上述磁通含有偶次諧波分量。任一時(shí)刻，交流勵(lì)磁磁場(chǎng)和待測(cè)磁場(chǎng)在兩部分的鐵心中，一為同向，流勵(lì)磁磁場(chǎng)和待測(cè)磁場(chǎng)在兩部分的鐵心中，一為同向，一為反向，故兩部分的磁通的偶次諧波是疊加的，在檢一為反向，故兩部分的磁通的偶次諧波是疊加的，在檢測(cè)線圈的兩端有相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。測(cè)線圈的兩端有相應(yīng)

18、的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.8 磁通門磁強(qiáng)計(jì)原理電路方框圖勵(lì)磁電流為一頻率和幅值較為穩(wěn)定的振蕩器，振蕩頻率為f0，所含的二次諧波分量很小，勵(lì)磁電源經(jīng)勵(lì)磁繞組將鐵心反復(fù)磁化至飽和當(dāng)沿傳感器軸向的待測(cè)磁場(chǎng)H0不為零，檢測(cè)繞組就有偶次諧波電壓輸出，經(jīng)濾波網(wǎng)絡(luò)送選頻放大器。在測(cè)量線路中加入低通濾波器，是為了消除噪聲和防止諧振。選頻放大器僅對(duì)頻率為2f0的信號(hào)有放大作用，放大后的輸出電壓送相敏檢波器。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回 根據(jù)相敏檢波器輸出電壓的極性可以鑒別待測(cè)磁場(chǎng)的方向。 相敏檢波器輸出為直流電壓，經(jīng)放大后送測(cè)量?jī)x和記錄儀，輸出的大小正比于磁場(chǎng)H0。 地磁場(chǎng)補(bǔ)償電路是一個(gè)可調(diào)的恒流源，

19、它的電流流經(jīng)補(bǔ)償繞組在鐵心中產(chǎn)生直流磁通，抵消地磁在待測(cè)磁場(chǎng)方向上的分量。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)：用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)：圖5.2.9 用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)l霍爾效應(yīng)：是指運(yùn)動(dòng)著的電荷在磁場(chǎng)中受力的一種效應(yīng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l半導(dǎo)體內(nèi)載流子的速度半導(dǎo)體內(nèi)載流子的速度v為為:l載流子在磁場(chǎng)內(nèi)所受的電磁力為載流子在磁場(chǎng)內(nèi)所受的電磁力為:l電場(chǎng)力為：電場(chǎng)力為：l呈現(xiàn)出電壓：呈現(xiàn)出電壓： NqabIv BqvF EqBqv NqbBEaUH上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 在實(shí)際應(yīng)用中，為了使在實(shí)際應(yīng)用中，為了使B B與與U UH H間有線性關(guān)系，電流間有線性關(guān)系，電流I I由恒由恒流源供電。流源供

20、電。l 由于由于U UH H較小，需經(jīng)放大后測(cè)量，為了放大方便，希望較小，需經(jīng)放大后測(cè)量，為了放大方便，希望U UH H為交流。為交流。l 測(cè)量直流磁場(chǎng)時(shí)，用交流電流供電，這時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)為測(cè)量直流磁場(chǎng)時(shí)，用交流電流供電，這時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)為交流。交流。l 測(cè)量交流磁場(chǎng)時(shí)，用直流恒流，這時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)為交流。測(cè)量交流磁場(chǎng)時(shí)，用直流恒流，這時(shí)霍爾電動(dòng)勢(shì)為交流。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回圖5.2.10 CT3型特斯拉計(jì)原理框圖是用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器；測(cè)量直流磁場(chǎng)由振蕩器產(chǎn)生的交流信號(hào)經(jīng)功率放大器提供電流；測(cè)量交流磁場(chǎng)，電流由直流電池組提供，用開關(guān)S切換。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 核磁共振：核磁共振： 在電磁

21、波的作用下，原子核在外磁場(chǎng)中的磁能級(jí)在電磁波的作用下，原子核在外磁場(chǎng)中的磁能級(jí)之間的共振躍進(jìn)現(xiàn)象稱為：核磁共振之間的共振躍進(jìn)現(xiàn)象稱為：核磁共振”。l 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）測(cè)量范圍約為）測(cè)量范圍約為1 2T （2）準(zhǔn)確度：可達(dá)）準(zhǔn)確度：可達(dá) （3）只能在均勻磁場(chǎng)中使用。）只能在均勻磁場(chǎng)中使用。510210上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l5.3.1 軟磁材料靜態(tài)特性的測(cè)量l5.3.2軟磁材料動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量軟磁材料動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量l5.3.3 軟磁材料損耗的測(cè)量磁性材料的性能主要表現(xiàn)在它的磁化曲線和磁滯回線上。測(cè)量磁性材料的性能主要通過(guò)測(cè)量磁化曲線和磁滯回線取得。測(cè)量磁滯回線需注意2個(gè)問(wèn)題： （1）材料的磁性能與工

22、作條件有關(guān)，測(cè)量磁性能應(yīng)使材 料工作在實(shí)際的條件下進(jìn)行測(cè)定； （2）磁材料需要取出樣品測(cè)量，要求樣品內(nèi)有一個(gè)均勻磁場(chǎng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l1. 磁性材料樣品磁性材料樣品常用的樣品有閉合磁路樣品和棒狀開路樣品常用的樣品有閉合磁路樣品和棒狀開路樣品l2. 用沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品的磁特性用沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品的磁特性(1)測(cè)量前的準(zhǔn)備工作測(cè)量前的準(zhǔn)備工作(2)測(cè)量基本磁化曲線測(cè)量基本磁化曲線(3)測(cè)量磁滯回線測(cè)量磁滯回線 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回樣品中的磁勢(shì)為： INHLF閉合磁路樣品有方形和圓形兩種，以閉合磁路樣品有方形和圓形兩種，以環(huán)形樣品漏磁較少而應(yīng)用較多。環(huán)形樣品漏磁較少而應(yīng)用較多。圖5.3.1 環(huán)形

23、閉合磁樣品磁場(chǎng)強(qiáng)度H： 2 rINHN為繞有勵(lì)磁線圈的匝數(shù)，L為樣品的磁路長(zhǎng)度，r表示磁路周長(zhǎng)的平均半徑。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回81內(nèi)外內(nèi)外RRRR圖5.3.2 雙磁軛磁導(dǎo)計(jì)1、6勵(lì)磁線圈 2、5磁軛 3測(cè)B線圈 4樣品 7樣品表面線圈棒狀開路樣品磁路不閉棒狀開路樣品磁路不閉合，為了測(cè)定樣品內(nèi)磁場(chǎng)，合，為了測(cè)定樣品內(nèi)磁場(chǎng)，應(yīng)對(duì)其磁化，應(yīng)用磁導(dǎo)計(jì)應(yīng)對(duì)其磁化，應(yīng)用磁導(dǎo)計(jì)能夠?qū)悠吩阼F磁材料構(gòu)能夠?qū)悠吩阼F磁材料構(gòu)成的閉合磁路中磁化，構(gòu)成的閉合磁路中磁化，構(gòu)成閉合回路的好處是提高成閉合回路的好處是提高了樣品磁化的均勻度。了樣品磁化的均勻度。一種常用的結(jié)構(gòu)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 測(cè)量的原理電路測(cè)量的原理

24、電路: 圖5.3.3 沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品直流特性的電路l原理：原理：2 rINH上一頁(yè)下一頁(yè)返 回N1是均勻繞在樣品上的勵(lì)磁線圈，通過(guò)開關(guān)是均勻繞在樣品上的勵(lì)磁線圈，通過(guò)開關(guān)K2和和K由由電源電源E供電；供電；R1，R2可調(diào)節(jié)供電回路中電流，并由電流表可調(diào)節(jié)供電回路中電流，并由電流表A讀出；讀出；測(cè)量基本磁化曲線時(shí)，不用電阻測(cè)量基本磁化曲線時(shí)，不用電阻R1，K1閉合，僅在測(cè)閉合，僅在測(cè)量磁滯回線時(shí)使用；量磁滯回線時(shí)使用；N2是測(cè)量線圈，是測(cè)量線圈，G是沖擊檢流計(jì)，是沖擊檢流計(jì)，R3與與R4用來(lái)調(diào)節(jié)檢用來(lái)調(diào)節(jié)檢流計(jì)外電路電阻，以便檢流計(jì)工作在最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，流計(jì)外電路電阻，以便檢流計(jì)工作在最佳運(yùn)動(dòng)

25、狀態(tài)，以及得到適當(dāng)?shù)撵`敏度；以及得到適當(dāng)?shù)撵`敏度；電阻電阻Rh與線圈與線圈N2的內(nèi)阻的內(nèi)阻Rh相等，在測(cè)量檢流計(jì)的沖相等，在測(cè)量檢流計(jì)的沖擊常數(shù)時(shí)，用擊常數(shù)時(shí)，用Rh代替代替Rh；M是標(biāo)準(zhǔn)互感器，其初級(jí)用開關(guān)與是標(biāo)準(zhǔn)互感器，其初級(jí)用開關(guān)與S2與電源與電源E接通，接通，次級(jí)接在樣品的測(cè)量回路里。次級(jí)接在樣品的測(cè)量回路里。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 測(cè)量應(yīng)該在樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量應(yīng)該在樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H=0H=0的情況下開始，一般情的情況下開始，一般情況下，初始狀態(tài)況下，初始狀態(tài)H0H0，所以測(cè)量前必須給樣品退磁；，所以測(cè)量前必須給樣品退磁；l 退磁的方法有交流和直流兩種；退磁的方法有交流和直流兩種；l

26、 直流退磁時(shí)，先把開關(guān)直流退磁時(shí)，先把開關(guān)K K1 1、K K3 3短路，短路，K K4 4任意，任意，K K2 2投向投向2 2側(cè)，側(cè)，K K任意（如接向任意（如接向1 1側(cè)）；側(cè)）；l 直流去磁：調(diào)節(jié)電阻直流去磁：調(diào)節(jié)電阻R R2 2，把回路中的電流，把回路中的電流I I調(diào)到等于磁性調(diào)到等于磁性材料充分飽和時(shí)的電流材料充分飽和時(shí)的電流I Im m；逐漸緩慢地增大電阻；逐漸緩慢地增大電阻R R2 2，使，使磁化電流逐漸地減小，與此同時(shí)，不斷地用開關(guān)磁化電流逐漸地減小，與此同時(shí)，不斷地用開關(guān)K K給電流給電流換向，電流減小到最小值時(shí)斷開開關(guān)換向，電流減小到最小值時(shí)斷開開關(guān)K K，使樣品勵(lì)磁線圈

27、，使樣品勵(lì)磁線圈中的電流為零；完成去磁操作。中的電流為零；完成去磁操作。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 交流去磁：把圖中直流電源交流去磁：把圖中直流電源E E換成交流換成交流50Hz50Hz的電源，去磁的電源，去磁的辦法是漸漸增大的辦法是漸漸增大R R2 2，把勵(lì)磁電流減小到零。與直流不，把勵(lì)磁電流減小到零。與直流不同的是，同的是，K K可以放任意位置，在去磁過(guò)程中不需改變它的可以放任意位置，在去磁過(guò)程中不需改變它的位置。交流去磁操作不要太快，需位置。交流去磁操作不要太快，需2-32-3分鐘。分鐘。l 去磁后的樣品不能立刻測(cè)量，需要穩(wěn)定一段時(shí)間。去磁后的樣品不能立刻測(cè)量，需要穩(wěn)定一段時(shí)間。l 測(cè)量前另一

28、項(xiàng)準(zhǔn)備工作是測(cè)定沖擊檢流計(jì)在該具體電流測(cè)量前另一項(xiàng)準(zhǔn)備工作是測(cè)定沖擊檢流計(jì)在該具體電流中的磁通沖擊常數(shù)。中的磁通沖擊常數(shù)。 去磁后把開關(guān)去磁后把開關(guān)K K2 2投向投向1 1側(cè)，側(cè)，K K任意，設(shè)在任意，設(shè)在1 1側(cè)；側(cè)；K K1 1、K K3 3短路，短路，K K4 4投投向向2 2側(cè)，調(diào)節(jié)電阻側(cè)，調(diào)節(jié)電阻R R2 2，得到某一電流，得到某一電流I I值，由電流表得出此數(shù)值。值，由電流表得出此數(shù)值。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 初級(jí)線圈中的電流變化值為初級(jí)線圈中的電流變化值為:l 次級(jí)線圈中磁通的變化量次級(jí)線圈中磁通的變化量: R為回路的總電阻，為回路的總電阻，Cq為沖擊檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)。為沖擊

29、檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)。l 沖擊檢流計(jì)的磁通沖擊常數(shù)等于沖擊檢流計(jì)的磁通沖擊常數(shù)等于: 注意：讀出檢流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)角后，開關(guān)注意：讀出檢流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)角后，開關(guān)S3立刻短路；測(cè)立刻短路；測(cè)量好磁通沖擊常數(shù)后，回路的總電阻不允許再變。量好磁通沖擊常數(shù)后，回路的總電阻不允許再變。I2I1 mqRCIM12mmqIMIMRCC21上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 基本磁化曲線基本磁化曲線: 測(cè)量磁化曲線首先要測(cè)測(cè)量磁化曲線首先要測(cè)出磁滯回線頂點(diǎn)縱坐標(biāo)出磁滯回線頂點(diǎn)縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，值，其橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)其橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度度H值用磁化電流值用磁化電流I計(jì)算計(jì)算得到。得到。圖5.3.4 基

30、本磁化曲線測(cè)量示意圖上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 測(cè)量從實(shí)驗(yàn)條件下所能測(cè)出的最小磁場(chǎng)測(cè)量從實(shí)驗(yàn)條件下所能測(cè)出的最小磁場(chǎng)H0開始，開始，先將先將K3、K1短路，短路，K4投向投向1側(cè)，側(cè)，K2投向投向2側(cè)，側(cè)，K任意（如任意（如1側(cè)），調(diào)節(jié)電阻側(cè)），調(diào)節(jié)電阻R2，使電流，使電流I=I0，對(duì)，對(duì)應(yīng)樣品中磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)樣品中磁場(chǎng)強(qiáng)度H0為：為：lNIH100上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 樣品中的磁通變化量為樣品中的磁通變化量為:l 樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為: 由此可得到磁化曲線上的由此可得到磁化曲線上的A0點(diǎn)。同理，可以得到點(diǎn)。同理，可以得到A1、A2等點(diǎn)。等點(diǎn)。 20002NCSB2002SNCB上一

31、頁(yè)下一頁(yè)返 回l沖擊法測(cè)量磁滯回線沖擊法測(cè)量磁滯回線: 圖5.3.5 沖擊法測(cè)量磁滯回線實(shí)際中往往要求測(cè)量磁性材料的最大磁滯回線，測(cè)量方法是從Am點(diǎn)開始。在測(cè)量基本磁化曲線后開始測(cè)量磁滯回線最方便，不必退磁。磁滯回線的上升部分與下降部分相對(duì)原點(diǎn)是對(duì)稱的，因此，只需要測(cè)出下降部分曲線，上升部分可以對(duì)稱畫出。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 將將K K1 1、K K3 3短路，短路，K K2 2置于置于2 2側(cè)，側(cè)，K K4 4置于置于1 1側(cè)，側(cè)，K K置于置于1 1側(cè)，調(diào)節(jié)側(cè)，調(diào)節(jié)電阻電阻R R2 2，使電流，使電流I=II=Im m，此時(shí)，樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度，此時(shí)，樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度B=BB=Bm m,H=

32、H,H=Hm m, ,是曲線上的是曲線上的A A點(diǎn)；點(diǎn)；l 固定電阻固定電阻R R2 2，在測(cè)量磁滯回線過(guò)程中不再改變；，在測(cè)量磁滯回線過(guò)程中不再改變；l 斷開斷開K K1 1，調(diào)節(jié)電阻，調(diào)節(jié)電阻R R1 1，使電流由，使電流由I Im m下降到下降到I I1 1，此時(shí)，樣品，此時(shí)，樣品中磁場(chǎng)強(qiáng)度中磁場(chǎng)強(qiáng)度H=HH=H1 1，B=BB=B1 1，對(duì)應(yīng)于，對(duì)應(yīng)于A A1 1點(diǎn)；點(diǎn)；l 接通接通K K1 1，使樣品的此狀態(tài)又回到，使樣品的此狀態(tài)又回到A Am m點(diǎn)，連續(xù)變換開關(guān)進(jìn)點(diǎn)，連續(xù)變換開關(guān)進(jìn)行磁鍛煉，使樣品的最大磁滯回線處于穩(wěn)定狀態(tài)，開關(guān)行磁鍛煉，使樣品的最大磁滯回線處于穩(wěn)定狀態(tài)，開關(guān)最后停

33、在最后停在1 1處，至此，做好測(cè)量處，至此，做好測(cè)量A A1 1點(diǎn)的準(zhǔn)備。點(diǎn)的準(zhǔn)備。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 樣品中的磁通的變化數(shù)值等于：樣品中的磁通的變化數(shù)值等于：l 磁感應(yīng)強(qiáng)度下降到磁感應(yīng)強(qiáng)度下降到B1： 1111)(NCSBBm121SNCBBm 斷開開關(guān)S3，使沖擊檢流計(jì)接入線路，斷開K1，此時(shí)勵(lì)磁電流由I=Im下降到I=I1，記下最大偏轉(zhuǎn)角a1，樣品的磁狀態(tài)由Am點(diǎn)下降到A1點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l A2點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值是點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值是: 222SNCBBm讀出a1后，閉合開關(guān)S3，把檢流計(jì)保護(hù)起來(lái)。至此，完成A1點(diǎn)測(cè)量。A2點(diǎn)的測(cè)量實(shí)在A1點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。此時(shí)，S1已斷

34、開，I=I1，調(diào)節(jié)R1使電流I=I2，對(duì)應(yīng)于圖A2點(diǎn)。注意使電流均勻降到I2，不能增加，避免出現(xiàn)局部磁滯回環(huán)。把開關(guān)K由位置1變到位置2，樣品中的勵(lì)磁電流I=-I2，再閉合開關(guān)K1，勵(lì)磁電流由-I2變?yōu)?Im，最后把開關(guān)K返回到位置1，樣品中的磁狀態(tài)由-Am返回到Am點(diǎn)，以免產(chǎn)生局部磁滯回線而影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。至此，完成A2點(diǎn)測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。測(cè)量時(shí)首先斷開K3，檢流計(jì)接入電路，再斷開K1，使電流為I2，沖擊檢流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)角為a2，記下a2值后立即閉合K3，完成A2點(diǎn)測(cè)量。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l A6點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值為點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的值為:l A7點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值等于:626SNCBBm727SN

35、CBBm第一象限中A3、A4點(diǎn)測(cè)量方法同A2。第二、三象限的A6A8點(diǎn)測(cè)量方法與第一象限不同。A6點(diǎn)的測(cè)量可以在A4點(diǎn)測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行。開關(guān)K1處于打開狀態(tài)，I=I4，把開關(guān)K由位置1接到位置2，閉合K1，再返回到位置1，此時(shí)樣品的磁狀態(tài)已按箭頭的方向返回到Am點(diǎn)，完成A6點(diǎn)測(cè)量前的準(zhǔn)備工作。測(cè)量A6點(diǎn)的操作，先打開K3，繼而打開K1的同時(shí)把開關(guān)由位置1投到位置2，此時(shí)勵(lì)磁線圈中電流由Im到I4再到-I4，對(duì)應(yīng)A6點(diǎn)。記下a6，上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 剩磁剩磁BrBr可以在測(cè)磁滯回線過(guò)程中得到，矯頑力可以在測(cè)磁滯回線過(guò)程中得到，矯頑力HcHc可在可在測(cè)量測(cè)量A6A8A6A8點(diǎn)后作圖得到。點(diǎn)后作圖

36、得到。l 用基本磁化曲線可以推算出用基本磁化曲線可以推算出 曲線，求出初始曲線，求出初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率等參數(shù)。磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率等參數(shù)。BH上一頁(yè)下一頁(yè)返 回在交流下，磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間存在相位差，兩者波形不同，如其中一個(gè)是正弦量，另一則是含有高次諧波的交流變量，其材料的交流磁導(dǎo)率是復(fù)數(shù)。磁性材料動(dòng)態(tài)磁特性測(cè)量主要是軟磁材料，測(cè)量主要任務(wù)是測(cè)量交流磁滯回線、交流磁化曲線和損耗，測(cè)量都是在感應(yīng)法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l (1)(1)用示波器測(cè)量交流磁滯回線用示波器測(cè)量交流磁滯回線鐵磁示波器的原理性電路鐵磁示波器的原理性電路: 圖5.3.6 鐵磁示波器原理圖N1是

37、勵(lì)磁繞組，磁化電流在Rs上壓降經(jīng)放大器放大送到示波器x軸上；X方向的偏轉(zhuǎn)正比于樣品的磁場(chǎng)強(qiáng)度；N2繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2,次級(jí)回路電流經(jīng)積分器積分，積分電壓Uc被示波器y軸放大后送示波器y軸偏轉(zhuǎn)板。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 如電阻如電阻R足夠大，上式變?yōu)樽銐虼螅鲜阶優(yōu)? l 次級(jí)回路電流次級(jí)回路電流: l 電容器電容器C兩端的電壓兩端的電壓:CUdtdiLRie222dtdBSNRie222dtdBRSNi22dBRCSNdtiCUC221BRCSNUC2可見，示波器Y軸偏轉(zhuǎn)電壓正比B,可以觀察動(dòng)態(tài)磁滯回線。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm的幅值為的幅值為:l 次級(jí)回路中的感應(yīng)電勢(shì)的值

38、為次級(jí)回路中的感應(yīng)電勢(shì)的值為: RUlNIlNHmmm1111dtdBSNe22動(dòng)態(tài)磁化曲線的測(cè)量方法有：伏安法、互感法、電阻法、自動(dòng)測(cè)試記錄等方法。以電阻法為例：若電阻R值較小，它的存在不會(huì)影響i的峰值電流，用峰值電壓表測(cè)出R兩端電壓U1m圖5-3-7 用電阻法測(cè)量B-H曲線的原理電路圖上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 對(duì)正弦波而言，上式積分得：對(duì)正弦波而言，上式積分得：l 感應(yīng)電勢(shì)的平均值為：感應(yīng)電勢(shì)的平均值為：l 等式右邊為：等式右邊為：dtdtdBSNTdteTTT020211mmBBTSdBNTdteT220222dteTeT20222mBBSBfNSdBNTmm2242上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l因此，因此，mSBfNe224SfNeBm224上一頁(yè)下一頁(yè)返 回l 鐵損是指在交流條件下，軟磁材料每磁化一周所消耗能鐵損是指在交流條件下，軟磁材料每磁化一周所消耗能量的大小與磁化頻率量的大小與磁化頻率f的乘積。的乘積。l 單位重量損耗稱為單位重量損耗稱為“比鐵損比鐵損”；l 鐵損按其機(jī)理分為：磁滯、渦流和后效損耗鐵損按其機(jī)理分為：磁滯、渦流和后效損耗3大部分，對(duì)大部分，對(duì)于金屬軟磁材料主要是前者，對(duì)于鐵氧體軟磁材料，主于