1、9. 磁 測(cè) 量,概 述 基本磁規(guī)律和磁單位 物質(zhì)的磁性及其分類 靜態(tài)磁特性的測(cè)量 動(dòng)態(tài)磁特性的測(cè)量,9.1 磁測(cè)量的任務(wù),磁測(cè)量的基本被測(cè)量：,磁通，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁場(chǎng)強(qiáng)度H，磁化強(qiáng)度M等。,磁量具分為：,磁通量具,磁感應(yīng)量具,磁距量具,特斯拉計(jì)（0-1.2T） 0.1JJG242-1995 磁通計(jì) （0.1100）mWb 2*10-3 JJG316-1983 磁強(qiáng)計(jì) （0.0110）mT 1.0 JJG317-1983 磁感應(yīng)量具25mT-1.2T1.0%JJG242-1995,亥姆霍茲線圈測(cè)量磁場(chǎng),亥姆霍茲線圈是由一對(duì)半徑為R，匝數(shù) 分別為N，相互平行，同軸放置的圓形線圈同向串聯(lián)組成。并

2、且這對(duì)線圈的距離O1O2= R 。,圖1 亥姆霍茲線圈,亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)分布,畢奧-薩伐爾定律，在線圈軸線上距O點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：,在線圈的中心O點(diǎn)，x=0, 磁感應(yīng)強(qiáng)度為：,O1與O2在軸上一點(diǎn)合成磁感應(yīng)強(qiáng)度為:,實(shí)驗(yàn)儀器,9.2 基本磁規(guī)律和磁單位,磁單位,磁路定律,磁場(chǎng)的基本規(guī)律：安培環(huán)路定律,基本磁學(xué)量：B和H,磁感應(yīng)強(qiáng)度 右圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度定義為：,在國(guó)際單位中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位為：,9.2.1 基本磁學(xué)量,載流導(dǎo)體所產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向判定 右手螺旋定則,磁通,磁通定義為：, 是面積元ds的法線（n）與B之間的夾角。,在均勻磁場(chǎng)中，若截面s與磁感應(yīng)強(qiáng)度向量B垂直，則上式可變?yōu)椋?磁

3、通量定義圖,在國(guó)際單位制中，磁通的單位為韋伯（Wb），但在工程上有時(shí)仍用電磁制單位麥克斯韋，簡(jiǎn)稱麥（Mx），它們之間的換算關(guān)系為：,磁場(chǎng)強(qiáng)度,磁場(chǎng)強(qiáng)度向量H:,單位 :,單位換算：,Oe,9.2.2 磁場(chǎng)的基本定律,（1） 安培環(huán)路定律 （ 在真空磁場(chǎng)中）,磁場(chǎng)強(qiáng)度的切線分量上是連續(xù)的：,令:,（2）磁通連續(xù)性原理,穿過(guò)任意閉合面的磁通代數(shù)和恒等于零，即：,由此可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度的法線方向分量連續(xù)：,（3）電磁感應(yīng)定律,9.2.3 磁路定律,磁路,韋斯型電磁鐵,和 分別表示主磁通和漏磁通。,磁路定律,無(wú)分支磁路,有分支磁路,磁學(xué)量單位及其換算關(guān)系,9.2.3 磁單位,磁化原理,（1）、一般材料的

4、磁化原理,（2）鐵磁質(zhì)的磁化原理,磁化強(qiáng)度矢量,引入磁化強(qiáng)度矢量的概念,它定義為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和, 用 代表這個(gè)體積元內(nèi)所有分子磁矩的矢量 和，用 代表磁化強(qiáng)度矢量，由上述定義可表達(dá)成下列公式：,9.3.1 鐵磁物質(zhì)的磁化,9.3 物質(zhì)的磁性及分類,稱為起始磁導(dǎo)率 稱為最大磁導(dǎo)率。磁化曲線上任意一點(diǎn)B隨H的變化率,原始磁化曲線,磁滯回線,B和H的 非線性 依賴關(guān)系 非單值 與經(jīng)過(guò)何種磁化 過(guò)程相關(guān)。 如：局部磁滯回線的存在,鐵磁物質(zhì)在m和m點(diǎn)之間，經(jīng)過(guò)反復(fù)十多次正、反向的磁化磁鍛煉，得到一條穩(wěn)定的對(duì)稱于原點(diǎn)的磁滯回線,基本磁化曲線,基本磁化曲線 將在不同Hm下的磁滯回線的正頂點(diǎn)連接，

5、得到的曲線稱為基本磁化曲線，簡(jiǎn)稱磁化曲線。,退磁 外磁場(chǎng)在正、負(fù)之間反復(fù)變化，同時(shí)幅值逐漸減小，最后減到0， 既完成了鐵磁材料的退 磁過(guò)程。,退磁過(guò)程,9.5.2 樣品的退磁,退磁的方法,熱退磁,交流退磁,超低頻退磁,1 超低頻退磁比較麻煩 使H的幅值逐漸降低，方向交替變化。,退磁的方法,超低頻退磁,交流退磁在實(shí)際測(cè)量中經(jīng)常使用,（1） （2）磁化電流固定不調(diào)，將樣品從螺線管中取出，慢慢遠(yuǎn)離螺線管。,3 熱退磁 將樣品加熱到材料的居里點(diǎn)以上，再在無(wú)外加磁場(chǎng)的條件下，緩慢冷卻至室溫。 特點(diǎn)：退磁完全；操作手續(xù)麻煩，可能導(dǎo)致樣品晶粒結(jié)構(gòu)的變化。,在實(shí)際測(cè)量中，經(jīng)常使用交流退磁的方法,（1） （2）

6、磁化電流固定不調(diào)，將樣品從螺線管中取出，慢慢遠(yuǎn)離螺線管。,9.3.3 鐵磁材料的分類,軟磁材料 硬磁材料 矩磁材料,各種材料的磁滯回線,按用途基本上分三大類：,9.4 磁場(chǎng)的基本測(cè)量方法,9.4.1 沖擊法 利用沖擊電流測(cè)量磁場(chǎng)的方法 利用電磁感應(yīng)定理進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量。,求 只要對(duì)e積分即可。 用檢流計(jì)完成積分運(yùn)算,注意：此法是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的方法，也是目前各級(jí)技術(shù)監(jiān)督部門通常使用的方法。但由于操作步驟較繁，一般實(shí)驗(yàn)室和工程中很少使用。,9.4.2 磁通表法,磁通計(jì)法和沖擊法的測(cè)量原理是相同的，不同的是完成積分運(yùn)算的沖擊檢流計(jì)這里用磁通計(jì)來(lái)代替。,當(dāng)測(cè)量線圈的橫截面面積為S時(shí)，被測(cè)的測(cè)量線圈中平均磁

7、感應(yīng)強(qiáng)度的變化量 為,9.4.3 霍爾效應(yīng)法,為霍爾元件提供激勵(lì),為測(cè)量系統(tǒng)調(diào)零提供零磁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn),消除霍爾元件的不等位電位誤差,9.5.1 磁性材料試樣的準(zhǔn)備,磁性材料使用直流磁場(chǎng)磁化測(cè)得的磁特性靜態(tài)磁特性。 磁性材料使用交變磁場(chǎng)磁化測(cè)得的磁特性動(dòng)態(tài)磁特性。,試樣,取樣,形狀,代表性、隨機(jī)性：對(duì)樣品性能檢測(cè)可獲得一批材料的性能。 要盡可能簡(jiǎn)單方便,放在磁導(dǎo)計(jì)中的棒形樣品 截面為方形或長(zhǎng)方形的環(huán)形樣品,要考慮均勻磁化的問(wèn)題,9.5 靜態(tài)磁特性的測(cè)量,9.5.1 磁性材料試樣的準(zhǔn)備,環(huán)的平均半徑,環(huán)內(nèi)平均磁場(chǎng)強(qiáng)度：,磁導(dǎo)計(jì)結(jié)構(gòu)圖,l為磁導(dǎo)計(jì)樣品的長(zhǎng)度。,很小，可忽略,9.5.3 用磁通表測(cè)量基本磁化

8、曲線和磁滯回線,樣品中磁感應(yīng)度的測(cè)量 由磁通表間接測(cè)出。當(dāng)磁化電流有一增量 變化時(shí)，測(cè)量線圈兩端必會(huì)產(chǎn)生出感應(yīng)電壓脈沖，磁通表便有讀數(shù)增量 。磁感應(yīng)度增量 可由下式計(jì)算 為測(cè)量線圈的匝數(shù) 為樣品的橫截面面積,2. 基本磁化曲線的測(cè)量電路,(1)退磁電路：將開關(guān)K1合向AC交流退磁（B=0,H=0） (2)磁化電路： 磁鍛煉將開關(guān)K1合向DC，使磁鍛后樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度處于Hm。 磁化 (3)測(cè)量電路用磁通表測(cè)量磁通，計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度增量；,3. 基本磁化曲線的測(cè)量步驟 （1）退磁：開關(guān)K1合向AC獲得B=0,H=0 （2）磁鍛：將開關(guān)K1合向DC獲得穩(wěn)定的閉合回路，使磁場(chǎng)強(qiáng)度處于Hm（即磁化電流為

9、Im）,轉(zhuǎn)換K2。 （3）切斷磁化電流 測(cè)量線圈W2：,磁通計(jì)中的 與B1成正比。,（4）磁化電流 在測(cè)量線圈W2中 可得最大磁感應(yīng)強(qiáng)度： 最大磁場(chǎng)強(qiáng)度： 在不同的磁化電流下，可測(cè)出對(duì)應(yīng)的Bm和Hm值， 在坐標(biāo)紙上連接這些點(diǎn)，就得到基本磁化曲線。,磁滯回線的測(cè)量 特點(diǎn)：原點(diǎn)對(duì)稱，只要測(cè)量出一邊即可。 思路：只要畫出磁滯回線的一半，即可對(duì)稱畫出另一半?？芍厦嬗?個(gè)特殊點(diǎn)a.d.c所對(duì)應(yīng)的B和H，再測(cè)量其它點(diǎn)。,（1）測(cè)出Bm與Br,算出Hm （2）在磁滯回線ad段上，B、H的測(cè)量： 測(cè)量線圈測(cè)出 （3）在磁滯回線dc段上，B、H值的測(cè)量： 由Br開始： 測(cè)量線圈測(cè)出 使磁化電流沿著磁滯回線從e

10、點(diǎn)C點(diǎn)a點(diǎn)變化a點(diǎn)。 (4)調(diào)節(jié)I的值重復(fù)，兩步，即可測(cè)出一半磁滯回線，由對(duì)稱性可畫出完整的磁滯回線。,9.5.4 基于虛擬儀器的靜態(tài)特性自動(dòng)測(cè)量,在程序控制下完成直流電壓的調(diào)節(jié)，以便獲得測(cè)量所需的磁化電流。,退磁和磁化電流的關(guān)斷和換向,完成磁化電流的測(cè)量,測(cè)量線圈感應(yīng)電壓的測(cè)量,在程序控制下完成直流電壓的調(diào)節(jié)，以便獲得測(cè)量所需的磁化電流。,9.6 動(dòng)態(tài)磁特性的測(cè)量,9.6.1 用指示儀表測(cè)量動(dòng)態(tài)磁化曲線,峰值,磁化線圈 W1,磁化電流I,測(cè)量線圈 W2,在交流磁化過(guò)程中，磁性材料的非線性必然導(dǎo)致磁化電流和感應(yīng)電壓是非線性的。為了便于比較規(guī)定磁性能測(cè)試必須在正弦磁通下進(jìn)行,峰值表 非正弦測(cè)量,峰值表 非正弦測(cè)量,峰值表 非正弦測(cè)量