电磁测量第九章.ppt

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1、现在学习的是第1页，共53页现在学习的是第2页，共53页特点：特点：频段宽，磁性材料及元器件广泛用于现代科学技术各个领域频段宽，磁性材料及元器件广泛用于现代科学技术各个领域磁性测量的内容多，直接测量磁性测量的内容多，直接测量B、H，磁效应的观察、研究等。磁效应的观察、研究等。为了测量材料的磁特性，要把材料做成样品，在外磁场为了测量材料的磁特性，要把材料做成样品，在外磁场 的作用下，测量材料的磁响应。的作用下，测量材料的磁响应。1.对对空间磁场、磁性材料性能的空间磁场、磁性材料性能的测量测量(宏观宏观)；2.分析物质磁结构，观察物质在磁场中各种磁效应分析物质磁结构，观察物质在磁场中各种磁效应(微

2、观微观)；3.磁性测量在其他学科领域的应用，如磁性探伤、磁性诊断。磁性测量在其他学科领域的应用，如磁性探伤、磁性诊断。本章主要讨论本章主要讨论空间磁场空间磁场、磁性材料磁性材料性能测量方法和测量仪器。性能测量方法和测量仪器。一、磁测量的任务一、磁测量的任务磁测量磁测量:是一种用测量仪器和测量方法对磁性材料及磁性产品进行磁是一种用测量仪器和测量方法对磁性材料及磁性产品进行磁性参数测量的技术。性参数测量的技术。现在学习的是第3页，共53页二、磁性测量的历史回顾二、磁性测量的历史回顾 1086年沈括：地磁偏角的发现年沈括：地磁偏角的发现(梦溪笔谈梦溪笔谈)；1785年库仑：利用磁针在磁场中的自由振荡

3、周期来测定地磁场；年库仑：利用磁针在磁场中的自由振荡周期来测定地磁场；1831年法拉第：电磁感应定律；年法拉第：电磁感应定律；20世纪世纪30年代：出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的年代：出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁强计磁强计；应用：早期用于测量地磁场的微变，勘探铁矿；应用：早期用于测量地磁场的微变，勘探铁矿；后来用于军事探潜和侦查武器；后来用于军事探潜和侦查武器；近年来用于火箭和卫星姿态的控制、空间磁场的探测；近年来用于火箭和卫星姿态的控制、空间磁场的探测；20世纪世纪50年代：电子技术和半导体器件的发展为测磁仪器的发年代：电子技术和半导体器件的发展为测磁仪器的发 展提供条件展提供条

4、件霍尔效应、磁阻效应、磁敏效应等效应。霍尔效应、磁阻效应、磁敏效应等效应。核磁共振现象核磁共振现象(1946)：使磁场测量准确度可达：使磁场测量准确度可达10-6；约瑟夫森效应约瑟夫森效应(1962)：使磁场测量的下限达到：使磁场测量的下限达到10-15 T；现在学习的是第4页，共53页磁感应强度磁感应强度(B)描述磁场性质的物理量描述磁场性质的物理量，大小表示该点磁场强弱，大小表示该点磁场强弱。国际单位制。国际单位制:单位是韦伯单位是韦伯/米米2，即特斯拉（，即特斯拉（T）电磁单位制电磁单位制:B的单位是高斯（的单位是高斯（GS）换算关系换算关系:1T=1Wb/m2=104GS磁通磁通()磁

5、通磁通:磁感应强度矢量沿一个面磁感应强度矢量沿一个面S的面积分称的面积分称B穿过穿过S面的面的磁通量磁通量=S BdS若磁场均匀，若磁场均匀，S面是平面且与磁场垂直，则面是平面且与磁场垂直，则 =BS一、磁感应强度和磁通一、磁感应强度和磁通现在学习的是第5页，共53页如果如果S面是一个闭合面，有面是一个闭合面，有=S BdS=0 这是磁场的重要特性之一。这是磁场的重要特性之一。磁场强度磁场强度(H)磁场强度是为了便于分析磁场和电流的关系而引入的一个物理磁场强度是为了便于分析磁场和电流的关系而引入的一个物理量，也是矢量，它与磁感应强度的关系为量，也是矢量，它与磁感应强度的关系为:H=B/式中式中

6、是磁介质的磁导率，决定于磁介质的性质。是磁介质的磁导率，决定于磁介质的性质。H的单位是安培的单位是安培/米米(A/m),真空磁导率为：真空磁导率为：0=410-7亨利亨利/米米(H/m)。：r=/0二、磁场强度及安培环路定律二、磁场强度及安培环路定律现在学习的是第6页，共53页安培环路定律安培环路定律 在磁场中，矢量沿任何闭合曲面的线积分，等于包在磁场中，矢量沿任何闭合曲面的线积分，等于包围在闭合曲线内各电流的代数和，用公式表示围在闭合曲线内各电流的代数和，用公式表示 Hdl=I三、磁场的边界条件三、磁场的边界条件Bn的边界条件的边界条件 B1n=B2n Ht的边界条件的边界条件 H1t=H2

7、t四、电磁感应四、电磁感应电磁感应定律电磁感应定律在均匀磁场中转动的线圈内的感应电动势在均匀磁场中转动的线圈内的感应电动势e=NBSSin te=-Nddt现在学习的是第7页，共53页 导磁能力导磁能力:导磁率导磁率来表示材料导磁能力强弱，根据磁来表示材料导磁能力强弱，根据磁导率的大小，分为铁磁性材料和非铁磁性材料两大类导率的大小，分为铁磁性材料和非铁磁性材料两大类。非铁磁性材料：非铁磁性材料：导磁能力很差，其导磁率约为真空的导磁能力很差，其导磁率约为真空的导磁率导磁率0。铁磁性材料：铁磁性材料：导磁能力很强，其导磁率为真空导磁率导磁能力很强，其导磁率为真空导磁率的百倍万倍以上，如硅钢、铸钢等

8、。的百倍万倍以上，如硅钢、铸钢等。铁磁材料铁磁材料软磁材料：软磁材料：磁导率很高（如硅钢）磁导率很高（如硅钢），但，但矫顽力矫顽力很小，反映在很小，反映在磁滞回线上是回线狭而长，退磁容易，适用于需要反复磁化的磁滞回线上是回线狭而长，退磁容易，适用于需要反复磁化的场合，用来制造变压器、电机、继电器和电磁铁等。场合，用来制造变压器、电机、继电器和电磁铁等。硬磁材料：硬磁材料：磁导率不太高，但矫顽力很大，磁导率不太高，但矫顽力很大，剩磁剩磁也很大，也很大，反映在磁滞回线上是磁滞回线宽而短。反映在磁滞回线上是磁滞回线宽而短。现在学习的是第8页，共53页 直流磁特性曲线：直流磁特性曲线：铁磁材料在直流磁

9、化的情况下，磁铁磁材料在直流磁化的情况下，磁感应强度感应强度B与磁场强度与磁场强度H之间的关系曲线，表示各种铁之间的关系曲线，表示各种铁磁材料的基本特性磁材料的基本特性。原始磁化曲线：原始磁化曲线：当磁性材料在完全去磁状态下，将其当磁性材料在完全去磁状态下，将其磁化磁场强度磁化磁场强度H由零逐渐增加直到饱和状态，这样得由零逐渐增加直到饱和状态，这样得到的到的BH曲线。曲线。原始磁化曲线原始磁化曲线HBBsHs0现在学习的是第9页，共53页磁滞现象磁滞现象：如果从饱和状态如果从饱和状态开始减小磁化磁场强度，则磁开始减小磁化磁场强度，则磁感应强度感应强度B将不沿原来的磁化将不沿原来的磁化曲线减小，

10、而是缓慢的减小，曲线减小，而是缓慢的减小，B的变化落后于的变化落后于H的变化的的变化的现象现象 基本磁化曲线基本磁化曲线：对于不同的对于不同的磁化磁场强度，在磁锻炼下磁化磁场强度，在磁锻炼下可以得到无数条相应的封闭可以得到无数条相应的封闭的稳定磁滞回线。的稳定磁滞回线。BsBrBcHsHH0基本磁化曲基本磁化曲线线B2B3BmBBH2H3HmHH磁滞回线磁滞回线现在学习的是第10页，共53页在半周期内计算额在半周期内计算额e的平均值，对上式积分有：的平均值，对上式积分有：Ep=4Nfm 即即 m=Ep/4Nf 电磁感应法是以电磁感应定律为基础的磁场测量方法。电磁感应法是以电磁感应定律为基础的磁

11、场测量方法。电磁感应法的电磁感应法的磁传感器磁传感器是一个匝数是一个匝数N、截面积、截面积S的的探测线圈探测线圈。平面探测线圈置于探测磁场平面探测线圈置于探测磁场B0中，通过线圈的抽动、旋转振动中，通过线圈的抽动、旋转振动等使线圈中的磁通等使线圈中的磁通 发生变化，则探测线圈中的感应电势发生变化，则探测线圈中的感应电势dtdBNSdtdNe0mttpNfdTNdtdtdTNEmm 42221现在学习的是第11页，共53页 当磁通为正弦波当磁通为正弦波 则则Bm=m S=4NfSEpHm=Bm 0=4NfS0 EpE=22EpB=2fNSEH=2fNS0 E如果在整个线圈平面上磁场均匀，则如果在

12、整个线圈平面上磁场均匀，则Ep的测量：可以用整流式电压表测得的结果再除以正弦波的的测量：可以用整流式电压表测得的结果再除以正弦波的 波形因数得到。波形因数得到。电磁感应法的电磁感应法的测量范围测量范围10-13103T，测量误差测量误差10-310-2现在学习的是第12页，共53页 若探测磁场为若探测磁场为直流磁场直流磁场，可将探测线圈由角速度为，可将探测线圈由角速度为 的的电机带动旋转，并使旋转轴线与磁场方向垂直，由于电机带动旋转，并使旋转轴线与磁场方向垂直，由于 =SB0sin t，则则线圈的感应电势为线圈的感应电势为tBNSdtdNe cos0适用于直流恒定磁场，适用于直流恒定磁场，10

13、-810T，误差，误差10-410-2优点：可增加线圈的转速来测量较弱的磁场。优点：可增加线圈的转速来测量较弱的磁场。二、旋转线圈法二、旋转线圈法UNm 2其中其中U为感应电势的有效值为感应电势的有效值UNSSBmm 2得得为保证测量准确，旋转线圈的法线方向应与磁场方向一致。为保证测量准确，旋转线圈的法线方向应与磁场方向一致。现在学习的是第13页，共53页 测量直流磁场的古典方法，设备简单，可靠性高测量直流磁场的古典方法，设备简单，可靠性高 缺点：测量速度慢缺点：测量速度慢 用冲击检流计测量磁通用冲击检流计测量磁通 冲击检流计冲击检流计 冲击检流计是可动部分具有较大惯性的磁电式检冲击检流计是可

14、动部分具有较大惯性的磁电式检流计。流计。特点：特点：当脉冲电流持续很短时，保证脉冲电流结束之当脉冲电流持续很短时，保证脉冲电流结束之前，检流计的可动部分静止不动，则检流计的第一次前，检流计的可动部分静止不动，则检流计的第一次最大偏转最大偏转m与脉冲电量与脉冲电量Q成正比。成正比。即即 m=SQQ 或或 Q=CQ m CQ 为电量冲击常数为电量冲击常数 m：冲击检流计第一次最大偏转角：冲击检流计第一次最大偏转角现在学习的是第14页，共53页其中，其中，R为整个回路的电阻，为整个回路的电阻，L为整个回路的电感，为整个回路的电感，即即 用冲击检流计测量磁通时，是将匝数为用冲击检流计测量磁通时，是将匝

15、数为N，面积为，面积为S的的测量线圈放在被测磁场中，线圈平面与磁场垂直，把测量测量线圈放在被测磁场中，线圈平面与磁场垂直，把测量线圈与冲击检流计相连，如果通过线圈的磁通突然发生变线圈与冲击检流计相连，如果通过线圈的磁通突然发生变化，在线圈中产生感应电流化，在线圈中产生感应电流i，则，则 GBRL用冲击检流计测磁通的电路用冲击检流计测磁通的电路dtdiLRie dtdiLRidtdNe dtdtdiLidtRdtdtdN 000测量方法测量方法设电流设电流 i 持续的时间间隔为持续的时间间隔为0，取上式两边在该时间间隔内的积分取上式两边在该时间间隔内的积分现在学习的是第15页，共53页有有其中其

16、中是电流是电流i持续的时间间隔内通过检流计的电量。持续的时间间隔内通过检流计的电量。（0）和）和（）是）是t=0和和t=时穿过线圈的磁通，时穿过线圈的磁通，i(0)和和 i()是是t=0和和t=时的电流值，它们都等于零。则时的电流值，它们都等于零。则 )()0()()0(iidiLRQdN 0idtQ NdNRQ)()0(是磁通从是磁通从t=0到到t=的变化量。的变化量。可见，通过检流计的电量与磁通的变化量成正比。可见，通过检流计的电量与磁通的变化量成正比。现在学习的是第16页，共53页式中式中 叫检流计的磁通冲击常数叫检流计的磁通冲击常数mQRCN NCm QRCC 又因为又因为 Q=CQ

17、m则则CQ：冲击检流计的电量冲击常数；：冲击检流计的电量冲击常数；m：冲击检流计第一次最大偏转角；：冲击检流计第一次最大偏转角；mmQNSCNSRCSB 当产生磁场的电流方向改变，或测量线圈转动当产生磁场的电流方向改变，或测量线圈转动180度，则度，则测量线圈中的磁通改变了测量线圈中的磁通改变了2，即，即mNSCB 2 用冲击法测量恒定磁场的操作方法较复杂、费时，但测量用冲击法测量恒定磁场的操作方法较复杂、费时，但测量准确度高。准确度高。现在学习的是第17页，共53页 磁通冲击常数的测定磁通冲击常数的测定 AGER1KLMR3R2测量测量C的电路的电路k1k2M为标准互感，为标准互感，R3和和

18、L是测量线圈的等值参数，是测量线圈的等值参数，K是标准互感初级电流的换向开关，是标准互感初级电流的换向开关，R2是调节检流计是调节检流计工作状态的电阻。工作状态的电阻。将将k1、k2闭合，闭合，K投到任投到任一侧，调节一侧，调节R1使通过使通过M初初级的电流为级的电流为I断开断开k2，切换切换K使使M的的初级电流由初级电流由I变到变到-I，磁，磁场的方向改变，则场的方向改变，则M的的次极线圈交链的磁链变次极线圈交链的磁链变化，记录化，记录G第一次最大偏第一次最大偏转角转角 m现在学习的是第18页，共53页MI当当I变化变化I时，时，变化变化 NIMmIMC NmC IMCNm 式中式中M是常数

19、，是常数，I可从可从电流表中获得，电流表中获得，可从检可从检流计中读出流计中读出m 根据：根据：得：得：现在学习的是第19页，共53页 霍尔效应：霍尔效应：是物质在磁场中表现出的一种特性，当把一块金是物质在磁场中表现出的一种特性，当把一块金属或半导体薄片垂直放在磁场中，沿垂直磁场方向通入电流属或半导体薄片垂直放在磁场中，沿垂直磁场方向通入电流I，则在薄片另一方向的侧面产生电动势，则在薄片另一方向的侧面产生电动势eH(霍尔电动势霍尔电动势)。IBKdReHHbBIIdeHE霍尔效应示意图霍尔效应示意图RH：霍尔系数：霍尔系数d：霍尔片厚度：霍尔片厚度K：霍尔片形状系数：霍尔片形状系数I：通过霍尔

20、片的电流：通过霍尔片的电流B：外磁场的磁感应强度：外磁场的磁感应强度四、霍尔效应法四、霍尔效应法霍尔效应于霍尔效应于1879年德国人霍尔年德国人霍尔(Hall)发现。发现。半导体材料的霍尔效应明显，一般材料的霍尔效应不明显半导体材料的霍尔效应明显，一般材料的霍尔效应不明显。现在学习的是第20页，共53页为使为使B与与eH之间有线性关系，电流之间有线性关系，电流I由恒流源供电。由恒流源供电。由于霍尔电势较小，需放大后测量。由于霍尔电势较小，需放大后测量。为放大方便，希望为放大方便，希望eH为交流，测交流磁场，直流电流供电；为交流，测交流磁场，直流电流供电；测直流磁场，交流电流供电。测直流磁场，交

21、流电流供电。能连续地、线性地读数；能连续地、线性地读数；无触点，无可动元件；无触点，无可动元件；方法简单，使用寿命长，方法简单，使用寿命长，霍尔变换器可以做的很小，很薄；霍尔变换器可以做的很小，很薄；主要缺点是误差较大。主要缺点是误差较大。霍尔效应测量磁场的特点：霍尔效应测量磁场的特点：霍尔效应测量磁场的供电电路：霍尔效应测量磁场的供电电路：现在学习的是第21页，共53页主主要误差源要误差源：仪器的定标校正仪器的定标校正采用有核磁共振法校准的磁场源，采用有核磁共振法校准的磁场源，测量准确度测量准确度10-4以上；以上；测量仪表的显示测量仪表的显示采用数字电压表，测量准确度采用数字电压表，测量准

22、确度10-3以上；以上；电流的不稳定性电流的不稳定性恒流源供电，稳定性可达恒流源供电，稳定性可达10-7；霍尔器件的材料和形状影响；霍尔器件的材料和形状影响；磁阻效应的影响磁阻效应的影响霍尔器件的电阻率因磁场的增大而霍尔器件的电阻率因磁场的增大而 提高；提高；对霍尔常数产生影响；对霍尔常数产生影响；要求霍尔器件的材料要求霍尔器件的材料(1)载流子的迁移率大载流子的迁移率大 (2)电阻率不能太大或太小电阻率不能太大或太小半导体材料半导体材料霍尔器件的尺寸的大小要考虑尺寸效应霍尔器件的尺寸的大小要考虑尺寸效应温度的影响温度的影响霍尔器件的电阻率、迁移率及霍尔系数都是霍尔器件的电阻率、迁移率及霍尔系

23、数都是 温度的函数。应用时必须进行温度补偿。温度的函数。应用时必须进行温度补偿。不等电位的影响不等电位的影响在制造时很难保证霍尔电势的两个电极在制造时很难保证霍尔电势的两个电极 在同一等位面上。在同一等位面上。现在学习的是第22页，共53页 结构结构NSNN0 磁通表的结构磁通表的结构五、磁通表法五、磁通表法结构如图，由于没有产生反作用力矩的游丝或吊丝，所以在不用结构如图，由于没有产生反作用力矩的游丝或吊丝，所以在不用时指针可以停在标尺的任意位置上。时指针可以停在标尺的任意位置上。磁通表是测量磁通的直读仪表。磁通表是测量磁通的直读仪表。测量时被测线圈与表内可动线圈相连，构成一个闭合的测量回路测

24、量时被测线圈与表内可动线圈相连，构成一个闭合的测量回路 工作原理工作原理当被测磁通变化当被测磁通变化 时，通过时，通过测量线圈的磁链变化为测量线圈的磁链变化为N其中其中N是测量线圈的匝数是测量线圈的匝数通过表内可动线圈的磁链变化为通过表内可动线圈的磁链变化为 SBNNB0000可动线圈可动线圈N0包围的面积包围的面积2Slr现在学习的是第23页，共53页两个线圈的磁链的变化应互相补偿，测量回路的总磁链恒定两个线圈的磁链的变化应互相补偿，测量回路的总磁链恒定B SBNN00 NSBN00)(00SBNC 磁磁通通表表常常数数 NC即即则则现在学习的是第24页，共53页六、核磁共振法六、核磁共振法

25、 根据塞曼效应，在外磁场作用下的原子能级将发生感应跃根据塞曼效应，在外磁场作用下的原子能级将发生感应跃迁，这种现象称为核磁共振。迁，这种现象称为核磁共振。塞曼能级分裂的能量与外磁场的塞曼能级分裂的能量与外磁场的B成正比。成正比。只要测量出磁共振时的电磁场频率，塞曼能级分裂的能量，只要测量出磁共振时的电磁场频率，塞曼能级分裂的能量，进而确定外磁场的磁感应强度。进而确定外磁场的磁感应强度。核磁共振磁强计的测量范围：核磁共振磁强计的测量范围：0.012T；准确度：准确度：10-5以上。以上。现在学习的是第25页，共53页七七、用、用磁通门磁强计磁通门磁强计测量磁场测量磁场测量方法测量方法:利用高磁导

26、率的铁心在交流励磁下调制铁心磁场分量，并将直利用高磁导率的铁心在交流励磁下调制铁心磁场分量，并将直流磁场转变为交流电压输出。流磁场转变为交流电压输出。磁通门磁强计磁通门磁强计探头探头:由高导磁、低矫顽力软磁由高导磁、低矫顽力软磁材料制成材料制成,绕有励磁线圈绕有励磁线圈N1和测磁线圈和测磁线圈N2。励磁电流励磁电流i1:足够大的三角波恒流源，能使铁足够大的三角波恒流源，能使铁心充分饱和心充分饱和1N2N1i0H 若铁心中的直流磁场若铁心中的直流磁场H0=0，在交流三角波励磁磁场，在交流三角波励磁磁场H作用下，铁心中作用下，铁心中的磁感应强度为对称梯形波。的磁感应强度为对称梯形波。对称的梯形波的

27、上升沿和下降沿在测量线圈中的感应电势对称的梯形波的上升沿和下降沿在测量线圈中的感应电势e为对称方波。为对称方波。该波形中无偶次谐波。该波形中无偶次谐波。现在学习的是第26页，共53页 若把探头放在待测的若把探头放在待测的直流磁场直流磁场H0中，铁心中的合成磁场中，铁心中的合成磁场H=H+H0。在交流磁场与直流磁场方向相同的半周内，铁心提。在交流磁场与直流磁场方向相同的半周内，铁心提前进入饱和区，滞后退出饱和区；在相反的半周内则正相反。前进入饱和区，滞后退出饱和区；在相反的半周内则正相反。因此，铁心中的因此，铁心中的B是不对称的。不对称的是不对称的。不对称的B感应的感应电势感应的感应电势e亦为不

28、对称方波。该波形中既有奇次谐波，也亦为不对称方波。该波形中既有奇次谐波，也有偶次谐波有偶次谐波。感应电势感应电势e的波形中既有奇次谐波，也有偶次谐波。的波形中既有奇次谐波，也有偶次谐波。偶次谐波的大小和相位分别反映了直流磁场的的幅值和方向。偶次谐波的大小和相位分别反映了直流磁场的的幅值和方向。现在学习的是第27页，共53页BHmBmB HH 0HHtttttee BB 1T2T21TT 1T2T21TT 单铁心探头结构单铁心探头结构的基波幅值远大于二次谐波的幅值。因此，的基波幅值远大于二次谐波的幅值。因此，检测出二次谐波很困难。检测出二次谐波很困难。改变探头的结构改变探头的结构。现在学习的是第

29、28页，共53页双铁心探头结构双铁心探头结构 励磁磁场在两磁芯中方向相反。励磁磁场在两磁芯中方向相反。励磁线圈测量线圈磁芯1磁芯2HmB 0HHttt磁芯磁芯2 2磁芯磁芯1 1BmBBte e1 1e e2 2e e 不管被测的直流磁场不管被测的直流磁场是否为零，测量线圈中输是否为零，测量线圈中输出的基波电势相互抵消。出的基波电势相互抵消。当当H0=0时，偶次谐波时，偶次谐波电势为零；当电势为零；当H0=0时，偶时，偶次谐波电势加倍。次谐波电势加倍。偶次谐波中，二次谐波偶次谐波中，二次谐波占主要成分，为消除噪声和占主要成分，为消除噪声和防止谐振，测量线路中加入防止谐振，测量线路中加入了低通滤

30、波器。了低通滤波器。现在学习的是第29页，共53页一、测量样品一、测量样品闭路样品闭路样品 一般做成圆环形或方框形的，磁路闭合，漏磁小一般做成圆环形或方框形的，磁路闭合，漏磁小。环形样品的内外半径相差不宜过大，应满足。环形样品的内外半径相差不宜过大，应满足 环形样品内部的磁场强度可以由下式决定环形样品内部的磁场强度可以由下式决定 81内外内外RRRRRNIH2lNIH 9-3 铁磁材料静态磁性的测量铁磁材料静态磁性的测量0Dh1DeHdH m m开路样品开路样品 一般做成柱形或条形，磁场强度为一般做成柱形或条形，磁场强度为磁性材料磁性材料 现在学习的是第30页，共53页铁磁材料及样品铁磁材料及

31、样品现在学习的是第31页，共53页 样品的去磁样品的去磁 测量铁磁材料的磁性，要从中性状态（测量铁磁材料的磁性，要从中性状态（B=0，H=0）开始。）开始。方法：方法：利用磁化线圈给样品加上一个数值逐渐减小，方向不断改变的去利用磁化线圈给样品加上一个数值逐渐减小，方向不断改变的去磁磁场，使样品内部的磁磁场，使样品内部的B和和H经过多次循环不断减弱，直到等于零。经过多次循环不断减弱，直到等于零。二、样品中的磁场测量二、样品中的磁场测量 测量样品的磁感应强度测量样品的磁感应强度 测量样品内部磁感应强度的测量线圈紧贴样品表面密绕在样品的均测量样品内部磁感应强度的测量线圈紧贴样品表面密绕在样品的均匀磁

32、化部分。匀磁化部分。按冲击法或感应法测出样品的总磁通按冲击法或感应法测出样品的总磁通，在沿截面，在沿截面S均匀磁化的条件下均匀磁化的条件下可计算可计算BSB 现在学习的是第32页，共53页 由于测由于测B线圈和样品表面之间可能存在气隙，测得的总磁线圈和样品表面之间可能存在气隙，测得的总磁通中包含气隙磁通通中包含气隙磁通 0，此时可按下式修正，此时可按下式修正 式中式中H0是样品表面的磁场强度，是样品表面的磁场强度，S0是测是测B线圈的有效面积线圈的有效面积。)1(0000SSHSSB测量样品的磁场强度测量样品的磁场强度测量方法有两种：测量方法有两种：测测H的扁平线圈的扁平线圈测测H的双层同轴线

33、圈的双层同轴线圈现在学习的是第33页，共53页原理：利用两种介质分界面两侧磁场强度的切向分量向相等原理：利用两种介质分界面两侧磁场强度的切向分量向相等测量线圈的磁链为：测量线圈的磁链为：HNS0 00 NSHHi (2)测测H的双层同轴线圈的双层同轴线圈HSS021)(两层线圈之间磁通两层线圈之间磁通HSSN021)(总磁链总磁链现在学习的是第34页，共53页试样试样磁化线圈磁化线圈磁轭磁轭测磁线圈测磁线圈利用磁导计测磁场利用磁导计测磁场 它是产生强磁场的磁化装置。主要用它是产生强磁场的磁化装置。主要用来测量矫顽力在几十来测量矫顽力在几十A/m以上磁性材以上磁性材料料(硅钢、纯铁硅钢、纯铁)在

34、高磁场下的磁参数。在高磁场下的磁参数。磁轭的截面很大，由高磁导率、高饱和磁磁轭的截面很大，由高磁导率、高饱和磁感应强度、低剩磁的软铁材料作成将试样感应强度、低剩磁的软铁材料作成将试样紧压磁轭极头间，即可使样品沿长度均匀紧压磁轭极头间，即可使样品沿长度均匀磁化，忽略磁轭磁阻磁化，忽略磁轭磁阻IlNH l为试样的有效长度为试样的有效长度0120)(SSNHHi 样品内部磁样品内部磁场强度场强度现在学习的是第35页，共53页 测量电路组成：测量电路组成：分成测量回路、磁化回路和磁通冲击常数分成测量回路、磁化回路和磁通冲击常数测定回路三个部分。测定回路三个部分。基本磁化曲线：基本磁化曲线：指样品指样品

35、 从中性状态（从中性状态（H=0，B=0）开始，逐步单调的增加磁）开始，逐步单调的增加磁场强度时，对应各个不同磁场所测出场强度时，对应各个不同磁场所测出的一系列闭合磁滞回线的顶点连线。的一系列闭合磁滞回线的顶点连线。测量磁滞回线用的测量磁滞回线用的辅助电路辅助电路：虚线连接部分，测量基本磁化曲线时将：虚线连接部分，测量基本磁化曲线时将K2合向合向“+”的位置就可使这一部分脱开磁化回路不用。的位置就可使这一部分脱开磁化回路不用。冲击法是测量样品的静态磁特性的经典方法；冲击法是测量样品的静态磁特性的经典方法；结构简单，价格低廉，稳定性好，使用寿命长；结构简单，价格低廉，稳定性好，使用寿命长；现在仍

36、是国际上公认的磁性材料静态磁特性测试的标准方法。现在仍是国际上公认的磁性材料静态磁特性测试的标准方法。1.冲击测量法冲击测量法现在学习的是第36页，共53页AGAE R4R3R2R1N0K6K5K4K3K2K1NlSMAB-+I N0：测量线圈：测量线圈M：互感器：互感器G：冲击电流计：冲击电流计R3、R4：电阻：电阻 K5：短路开关：短路开关 K6：阻尼开关：阻尼开关 N：线圈：线圈K1、K2、K3：换向开关：换向开关 A1：电流表：电流表 E：直流电源：直流电源 R2：滑线电阻：滑线电阻磁化回路磁化回路磁通冲击常数磁通冲击常数测定回路测定回路测量回路测量回路现在学习的是第37页，共53页

37、进行测量前，样品首先要进行测量前，样品首先要退磁退磁。lNIH11 3.3.磁锻炼过程：磁锻炼过程：为使样品达到稳定状态，利用换向开关为使样品达到稳定状态，利用换向开关K1K1将将 磁化电流反复换向，使磁滞回线达到重复闭合磁化电流反复换向，使磁滞回线达到重复闭合(稳定过程稳定过程)。2.2.确定最小磁化电流确定最小磁化电流：将：将R R1 1调到最大阻值，合上调到最大阻值，合上K K6 6，将，将K K3 3合合“B B”，K K1 1与与K K2 2合向合向 “+”接通磁化电路，减小接通磁化电路，减小R R1 1使磁化电流使磁化电流I I为测量所需为测量所需要的最小值要的最小值I I1 1，

38、此时，此时 最小磁场强度值为：最小磁场强度值为：现在学习的是第38页，共53页1m 010101)1(2mSSHSNCB 011NCm 1012mSNCB 就可计算出就可计算出B15.增加磁化电流重复增加磁化电流重复3、4，并联接各顶点即，并联接各顶点即可得到基本磁化曲线。可得到基本磁化曲线。4.4.测量：测量：打开阻尼开关打开阻尼开关K K6 6 ，然后将，然后将K K1 1由位置由位置“+”迅速投向位置迅速投向位置“-”，同时读取冲击电流计的最大偏转，同时读取冲击电流计的最大偏转 ,现在学习的是第39页，共53页2.直流磁滞回线的自动记录装置直流磁滞回线的自动记录装置i1CBNN R1R超

39、低频超低频电源电源样品样品 送入送入X-Y记录仪记录仪X通道的取样通道的取样电阻电阻R上的电压，正于激磁电上的电压，正于激磁电流，即正比于磁场强度流，即正比于磁场强度H；检测线圈的输出电压正比于检测线圈的输出电压正比于d/dt，经积分后得到，经积分后得到 或或B，送，送入记录仪入记录仪Y通道。通道。改变电流的幅值，在纪录仪上即可获得静态磁滞回线。改变电流的幅值，在纪录仪上即可获得静态磁滞回线。HrBcH B测量测量 原理：原理：现在学习的是第40页，共53页HT600HT600软磁材料测试仪是由计算机控制软磁材料测试仪是由计算机控制主机并接收主机发生的讯号进行数据主机并接收主机发生的讯号进行数

40、据处理及控制的闭环系统，它能准确地处理及控制的闭环系统，它能准确地显示磁性材料磁特性轨迹，并打印出显示磁性材料磁特性轨迹，并打印出测试数据及图形。测试数据及图形。电路图如下：电路图如下：3、磁材料特性测试仪举例、磁材料特性测试仪举例现在学习的是第41页，共53页 定义：定义：指在一定的频率下，在磁感应强度为正弦量时，样品指在一定的频率下，在磁感应强度为正弦量时，样品中的磁感应强度的最大值和磁场强度的最大值的关系曲线中的磁感应强度的最大值和磁场强度的最大值的关系曲线。音频电源音频电源AV1V2N1N2Mi直读指示仪表测量交流磁化曲线直读指示仪表测量交流磁化曲线9-4 铁磁材料动态磁性的测量铁磁材

41、料动态磁性的测量动态磁性：铁磁材料的交流磁化曲线、铁损、复数磁导率。动态磁性：铁磁材料的交流磁化曲线、铁损、复数磁导率。一、交流磁化曲线的测量一、交流磁化曲线的测量 可利用指示仪表法测量可利用指示仪表法测量 mmHfB 原理：原理：在同一励磁状态下，读出平在同一励磁状态下，读出平均值电压表均值电压表V1、V2的值，可得到的值，可得到 BmHm 曲线上的一点。改变励磁电源曲线上的一点。改变励磁电源的输出电压，即可得到一条的输出电压，即可得到一条BmHm曲线。曲线。现在学习的是第42页，共53页样品加入磁化电流时，在测量线圈样品加入磁化电流时，在测量线圈N2中产生感应电动势中产生感应电动势dtdN

42、e 22 NfSEBpm4 SfNEBpm224 lINHmm1 实际上实际上i是非正弦量，引起波形误差。可在磁化回路中串入一个互感器是非正弦量，引起波形误差。可在磁化回路中串入一个互感器，在互感器次极线圈中产生的感应电动势为，在互感器次极线圈中产生的感应电动势为 dtdiMe 用平均值电压表测出用平均值电压表测出e e2 2的平均值的平均值E E2P2P再根据磁化电流再根据磁化电流i的最大值的最大值Im，可以算出磁场强度的最大值，可以算出磁场强度的最大值)2(IIm 当当 i为正弦量为正弦量现在学习的是第43页，共53页 同样用平均值电压表测出同样用平均值电压表测出e1的平均值的平均值E1P

43、，则，则fMEIpm41 fMlENHpm411)(mmHfBmmmHB 由此也可得出磁化曲线上每点的由此也可得出磁化曲线上每点的m在同一励磁状态下，读出平均值电压表在同一励磁状态下，读出平均值电压表V1、V2的值，可得到的值，可得到 BmHm 曲曲线上的一点。取不同的磁化电流可以得到不同的线上的一点。取不同的磁化电流可以得到不同的Bm和和Hm,就可以就可以得到得到BmHm交流磁化曲线交流磁化曲线现在学习的是第44页，共53页艾泼斯坦方圈是用绝缘材料制成的方形框架，艾泼斯坦方圈是用绝缘材料制成的方形框架，框架四边上由四个完全相同的长方形螺线管框架四边上由四个完全相同的长方形螺线管相串联。规定尺

44、寸的相串联。规定尺寸的空心螺线管按一定顺序放置而构成的磁化装置。空心螺线管按一定顺序放置而构成的磁化装置。框框架是中空的方形结构，中间插入条片形试样，以形成闭合磁路，称为架是中空的方形结构，中间插入条片形试样，以形成闭合磁路，称为Epstein方圈。方圈。Epstein方圈方圈 艾泼斯坦方圈主要用于硅钢工频磁参数的测量，方圈要艾泼斯坦方圈主要用于硅钢工频磁参数的测量，方圈要按国际上的标准严格制作。按国际上的标准严格制作。方圈产生的磁场强度方圈产生的磁场强度IlNH Epstein方圈方圈铁磁材料在交变的磁场中的损耗由磁滞效应和涡铁磁材料在交变的磁场中的损耗由磁滞效应和涡流效应引起，单位瓦流效应

45、引起，单位瓦/千克。千克。现在学习的是第45页，共53页当外加电源经调压器输入电路时，功率表测得的功率瞬时值为：当外加电源经调压器输入电路时，功率表测得的功率瞬时值为：AWVuu1i1e1r1r2u2e2N1N2 功率表法测铁损的电路功率表法测铁损的电路 Epstein方圈方圈功率表法功率表法接线方法：功率表的电压线圈接次极电压，以避免初级线接线方法：功率表的电压线圈接次极电压，以避免初级线圈的铜损带来的误差。圈的铜损带来的误差。12212ierRRiupvv e2是次极线圈中的感应电动势，是次极线圈中的感应电动势，RV是是后接的电压表和功率表电压线圈的并后接的电压表和功率表电压线圈的并联电阻

46、。联电阻。现在学习的是第46页，共53页2)(22vRur1212NNee1122eNNe11122ieNNrRRpVV由于由于e1和和e2与同一铁芯的磁通交链，因此有与同一铁芯的磁通交链，因此有 代入上式有代入上式有输入初级线圈的功率包括三部分，可表示为输入初级线圈的功率包括三部分，可表示为vvcRuRurpie2222112)(Pc 为样品磁化所消耗的功率，即铁损为样品磁化所消耗的功率，即铁损;为次级线圈的铜损；为次级线圈的铜损；为电表内阻的损耗为电表内阻的损耗vRu22现在学习的是第47页，共53页vvvvcRuRrNRNrRpp222212)1()(vcRupp22 TVVCRUPdt

47、RupTP02222)(1一般情况，取一般情况，取N1=N2，又因，又因RV r2，故上式可写成，故上式可写成取上式两边一周期内的积分，可得铁损的平均值取上式两边一周期内的积分，可得铁损的平均值VP为功率表读数，为功率表读数，U2为次极线圈端电压有效值，可从为次极线圈端电压有效值，可从 读出。读出。现在学习的是第48页，共53页复数磁导率复数磁导率在很宽的频率条件下，软磁材料的在很宽的频率条件下，软磁材料的 和和 近似为线性关系，材近似为线性关系，材料中的磁场强度为正弦时，磁感应强度也为正弦，但料中的磁场强度为正弦时，磁感应强度也为正弦，但 滞后滞后 一个一个角。角。21 jeHBHBj 三、

48、复数磁导率的测量三、复数磁导率的测量H定义复数磁导率定义复数磁导率:BBH1叫弹性磁导率，可说明材料的导磁性能；叫弹性磁导率，可说明材料的导磁性能；2叫粘性磁导率，可说明材料的损耗。叫粘性磁导率，可说明材料的损耗。带有样品磁芯的线圈可以等效为一个带有样品磁芯的线圈可以等效为一个电感电感Lx和电阻和电阻Rx组成的串联电路。组成的串联电路。可以通过测量可以通过测量Lx、Rx来计算出来计算出 1、2。现在学习的是第49页，共53页 Rx表示铁芯损耗的电阻，表示铁芯损耗的电阻，Lx是被测样品线圈的等值电是被测样品线圈的等值电感。样品磁化电流与线圈磁场强度的关系为感。样品磁化电流与线圈磁场强度的关系为x

49、LxRUIRdHNlI 线圈的感应电压与磁感应强度的关系为线圈的感应电压与磁感应强度的关系为BNSjU )(1222 jlSNlSNjHlNBNSjIULjRZXX 则则可得可得xxRSNlLSNl2221 现在学习的是第50页，共53页DuRxLxRdR3R4R2C4利用麦氏电桥，测出利用麦氏电桥，测出Rx和和Lx，可得到复数磁导率和铁损。，可得到复数磁导率和铁损。xcxxRIPRSNlLSNl22221 弹性磁导率反映了磁化过程中的能量弹性磁导率反映了磁化过程中的能量存储，而粘性磁导率则与一个周期内存储，而粘性磁导率则与一个周期内磁化的能量损耗情况。磁化的能量损耗情况。现在学习的是第51页

50、，共53页当测量出当测量出Rx和和Lx时，就可计算出时，就可计算出1和和2，从而得到复数磁导率。，从而得到复数磁导率。DuRxLxRdR3R4R2C4电桥的平衡条件为电桥的平衡条件为 dxxRRRRRCRRL432432求出求出Rx和和Lx，即可得到，即可得到1和和2。用电压表测量。用电压表测量R2上的电压，可得上的电压，可得到磁化电流值，利用电压表读出的结果，还可计算出样品中的到磁化电流值，利用电压表读出的结果，还可计算出样品中的铁损为铁损为:xxcRRURIP2222 该方法要求电源频率范围该方法要求电源频率范围100Hz10MHz,准确度准确度(3 5)%现在学习的是第52页，共53页1