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永磁材料测量中尚存的若干问题

2019/12/20 15:54
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【摘要】:
对永磁材料的磁参量进行准确测量,一直是磁学工作者探讨和追求的目标。近几年来,我国在永磁测量领域里,取得了较大的进展,在测量设备、测量方法、人员素质方面得到了很大的进步。但在永磁材料测量技术中仍还存在着不少间题。本文对永磁材料测量技术中尚存在的不足与问题作了一些探讨。
摘自华瑛-上海钢铁研究所
摘要:本文对永磁测量技术中尚存在的不足与问题作了一些探索与讨论,旨在使目前的永磁测量技朝着更趋于完善的方向发展。 
关键词:永磁体 磁化场 磁特性 永磁材料测量
 
1 前言:对永磁材料的磁参量进行准确测量,一直是磁学工作者探讨和追求的目标。近几年来,我国在永磁测量领域里,取得了较大的进展,在测量设备、测量方法、人员素质方面得到了很大的进步。但在永磁材料测量技术中仍还存在着不少间题。本文对永磁材料测量技术中尚存在的不足与问题作了一些探讨。通过这些讨论,使人们的思想意识能从解决测量手段到追求准确性、高可比性的方面转换从解决材料的磁特性测量方法到进一步加强产品的质量检验手段的方向发展,使永磁测量技术能朝着更趋于完善的目标迈进。
 
2 样品的端面平整度问题
  由于工艺上的原因,常规试样的端面往往出现不很平整,有一些表面缺陷,光洁度不高等问题。为了分析端面平整对磁性能影响的程度,我们取了三种材料的样品,对其磨平前与磨平后进行了十八组对比实验,比较它们磨平前后的磁性能测量结果,发现样品的端面平整度对测量结果有很大的影响,磨平后的磁性能较磨平前高。矫顽力可以高1.24%,剩磁可以高4.27%。分析其原因:是由于样品在测量磁路中漏磁通的大小所造成的。因为据电磁学原理,在磁路中安培环路定理成立。而永磁磁路的总磁通是由两部分组成的,通过漏磁间隙的漏磁通(用漏磁通密度B1表示)和通过有效间隙的有效磁通(用有效磁通密度Bu表示)。在实际测量过程中,随着试样与电磁铁距离的变化,磁路中的磁通分布以及总磁导都要发生变化。而漏磁通的分布是随磁路长短、接合处情况和工作间隙的大小而变化的。当试样与电磁铁接触面接合处间隙的距离愈小,Bu增大,B1减小。反之,距离愈大,B1增大,Bu减小。
 
3 表面场测量问题
  目前,永磁材料应用广泛,制成的产品几何尺寸各异。有些产品很难按照工业标准方法测量全部的磁特性参数,但为了实现对产品的质量控制,必须对其中的某些参数进行测试。多数情况下是用霍尔磁强计来测量样品的表面磁场强度。霍尔磁强计是根据霍尔效应原理来进行测量的,即是利用霍尔传感器来测量。因磁场不同而产生的不同霍尔电动势。这种方法对于产品的质量控制可以起到一定的作用,但由于测量结果受到各种因素的影响,可比性和可靠性都比较差,单用这一个参数对产品的质量进行控制仍然存在着不少技术上的问题。
  3.1造成测量误差的因素分析
  实验分析造成测量结果误差的原因是,在一般情况下,永磁体表面场的分布是不均匀的,用同一霍尔传感器测量同一磁体的同一面,有如下规律①轴向取向圆片,圆心处最低,边缘最高,圆心部位的表面场只有边缘表面场的左右。②各向同性圆片,圆心处表面场最低,圆边最高,圆心处表面场是边缘处表面场的左右。③轴向取向圆环,靠近内外圆边处高,中间处低。④方块、四角最高,其它按短边方向,中间低,两边高。⑤圆周内、外多极磁,单面多极磁,表面场的分布由充磁技术决定,可呈正弦分布或马鞍形分布。
  对于各向异性磁体,除了同一面表面场不均匀外,取向方向上不同面的表面场还存在较大的差异。因此,若不进行材料性能的测试,单凭表面场来判断磁体性能的情况下,测试位置很关键。
  除了测量位置外,还有一个重要的问题,就是测量仪器的问题。同一磁体,划定传感器大小的测试位置,不同型号的仪器测试结果往往不相同。经分析,测量仪器方面引起的误差主要由霍尔传感器的结构尺寸,即霍尔传感器的保护套的厚度和霍尔传感器的有效面积尺寸的大小所造成。
 
4 饱和磁化场问题
  从原理上讲图,实现磁性材料的饱和磁化,在实际测量中是一件比较困难的事情,特别是当样品趋于饱和磁化状态时,外磁场的变化对材料磁化状态的改变已经非常小,甚至超过了测量仪器灵敏度或对测量结果的不确定度已无明显影响。因此,从测量的角度讲,有必要规定一个磁场强度值,当外磁化场强度达到这一值时,测量得到的结果与饱和状态下得到的值无明显差别,该磁场强度称为饱和磁场强度Hs,所对应的磁化状态为技术磁饱和状态。
  在测量高内察矫顽力材料的样品时可以观察到磁化强度随外磁化场强度的增加而降低的现象。这是由于电磁铁极头材料局部磁饱和所造成的。
 
5 测量方法方面的问题
  国标(GB/T3217-92)中提出的测量方法可分为两种,简单地说是①先定原点,后测退磁曲线方法②描绘完退磁曲线后,再定坐标原点方法。
  从理论上讲,这两种方法是一样的,但实际测量中往往是有误差的,有时误差还较大。取几组样品,两种方法测量后比较其实际效果,得出采用方法①比较可靠。
  图为测量一梯形体所得到的变形光栅像,为避免栅线与棱边平行,调节使栅线与各棱边近似成“。傅里叶变换法处理所得的结果:由于被测物体表面梯度变化很大,因此栅线周期不能取得太小,傅里叶变换频谱的各谱线分离的就不彻底,处理过程中采用了作者提出的高幂次指数低通滤波器和二维傅里叶变换,取得较好的结果。  
  傅里叶变换法形貌测量对变形栅像质量的要求并不是最关键的,但若处理好实验采集条件,得到满足要求的图象,对处理结果是有很大影响的。
  分析引起两种测量方法测试数据不一致的最主要原因一个是电磁铁的剩磁影响,另一个是与记录仪的灵敏度有关。
 
6 测最仪器方面的问题
  目前采用的场一型磁特性测试仪,是运用全晶体管组成的积分器原理制成,特点是测量速度快,测量范围宽,灵敏度较高,能较好地达到仪器要求的精度,但是线圈制作比较繁琐。