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软磁材料直流B-H曲线的测量方法

2020/07/01 10:49
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【摘要】:
测量软磁材料直流BH曲线以及磁特性等参数的测量设备大致分两种:一种是采用核磁共振法的;另一种是采用扫描法或冲击法的。作者:丁佳泉 湖南省永逸科技有限公司 转载需注明出处
  测量软磁材料直流BH曲线以及磁特性等参数的测量设备大致分两种:一种是采用核磁共振法的;另一种是采用扫描法或冲击法的。
  采用核磁共振法的设备是取软磁材料的粉末样品,属于开路样品的测量,与实际器件(闭路)差别较大。
  采用扫描法或冲击法的设备(国外的设备都是扫描法,国内的设备是冲击法或两者并存)是取软磁材料的典型模式样品测量,如闭路的圆环样品、CD型、EE型等;如开路的长圆棒、长条带等;或者开路样品通过磁轭导磁而形成闭路,转化为闭路测量,如磁导计。
  下面我们通过湖南省永逸科技有限公司生产的FE-2100SD软磁直流B-H仪FE-2100SD软磁材料直流测量装置),测量各种形状的软磁材料的磁特性。
FE-2100SD软磁材料直流B-H仪
  1 闭路样品的测量
  闭路样品中最经典的模型是圆环。
软磁环形样品
 
  这里需要注意:A/B≤1.1(老国标提A/B≤1.25)。这是为了保证样品内的磁场强度H分布均匀。
  1.1测量原理如下所示:
  先给磁环绕制两组线圈,N1为磁化线圈,N2为测试线圈。控制恒流电源给N1提供电流I,如果磁环的磁路周长为Le,则产生的磁场强度
H=N1*I/Le
  N2的感应电压U通过积分得到磁通φ
 
  如果样品的截面积为Ae,可以计算得到磁通密度B
B=φ/(N2*Ae)
软磁磁环测量
  1.2 测试过程

测试圆环量尺寸

1准备好等待测试的样环,并量好尺寸。

圆形样品包好绝缘带

3 包好绝缘胶带。

软磁圆环测量承重

2 称好重量。

圆形样品绕制线圈

4 先绕制N2线圈,再绕好N1线圈,并将线圈端头去漆。

 
  注意:N2之所以先绕,是为了测量线圈更贴近样品。
  N2的匝数多少由磁通计的量程大小(20mWb)以及分辨率决定。一般20匝左右较合适。N1的多少由测试条件H(样品达到饱和的最小磁场强度Hm)以及电流源的电流输出大小(10A)决定。所以N1≥Hm*Le/10。
  以低碳钢环形样品为例,样品尺寸为φ40*32*11.1,测试条件为Hm=15000A/m,所以N2绕制20匝,N1绕制240匝。
低碳钢环形样品绕线
 
  测得磁滞回线如下。
磁滞回线
 
  测得磁化曲线如下。
磁化曲线
 
其他闭路样品(CD型,EE型等)的测量与此类似。
 
2 开路样品的测量
软磁条绑带状样品
 
  开路样品的测量方法可分两种:一种是用螺线管测量开路样品的磁特性;另一种是采用磁导计测量开路样品的磁特性。其实采用磁导计是将开路测量转化为闭路测量。
  2.1用螺线管测量开路样品的磁特性
  其测试原理如下:
螺线管测量
  恒流电源给螺线管通电,电流大小为I,螺线管的匝数为N1,螺线管的长度为L,则螺线管中心产生的磁场强度H=N1*I/L。棒形样品放置在螺线管的中心,其截面积为Ae,并且套上测量线圈,测量线圈的匝数为N2,则棒形样品的磁通密度B=φ/(N2*Ae)。
  只是开路测量时,样品内部会产生反向的磁场强度(退磁场),从而影响H的测量。退磁场的大小与外加磁场强度的大小和样品的形状尺寸相关,所以,为了减少退磁场的影响,应将样品加工成细长的样品,即长径比要大,并且大于20。
  以钢棒样品为例,钢棒尺寸为φ14*260。测试条件H=24000A/m。
钢棒
 
  测得的磁滞回线如下:
磁滞回线
 
  由于开路样品有退磁场的影响,测试的磁滞回线都会往右倾斜。
  软件对曲线进行退磁场修正,得到类似闭路样品的磁滞回线,如下:
闭路样品的磁滞回线
 
修正后的磁滞回线。
闭路样品修正后的磁化曲线
  修正后的磁化曲线。
  其他长条带型的样品与此类似。
 
  2.2用磁导计测量开路样品的磁特性
  如果条带形的样品较宽较短,此时已不适合螺线管测量了。我们可以采用磁导计方法测量其直流磁性能。
  原理如下:
磁导计测量
 
  上下磁轭夹住片状样品,使磁力线闭合。励磁线圈通电产生磁场强度H,测量线圈的电压积分得到磁通,进而换算磁通密度B。
  但是磁轭自身的剩磁、矫顽力以及磁导率大小,均会影响测量结果。磁轭的磁导率越高,矫顽力越小,对样品的测量结果影响越小。
  以铁钴合金片状样品为例,样品尺寸为100mm*30mm*1mm。
铁钴合金片
  测试条件H=10000A/m。
  测得磁滞回线如下:
铁钴合金片磁滞回线
 
  测得磁化曲线如下:
铁钴合金片磁化曲线
 
  当然磁导计可分 A 类磁导计和 B 类磁导计,上面提到的是 A 类磁导计。B 类磁导计的 模型大体相同,只是励磁线圈是绕制在两个磁轭上面,它产生的 H 值需要用磁势线圈(磁 位计或 H 线圈)测量。
  还有将开路测量转化为闭路测量的方法,如将4个条带样品搭接成口子,再绕制两个线圈,当做闭路样品测量。
开路线圈
 
  如果长条形样品尺寸是30*300,可以用爱泼斯坦方圈测量,类似4个样品搭接口子形。
如果有些样品是方块,立方体,或者圆柱体,我们可以采用磁导计方案测量,甚至可以采用电磁铁测量。
电磁铁测量
  同样的,电磁铁测量方法和磁导计测量方法一样,磁轭的磁性能会影响样品的测量结果。
所有这些开路样品的测量,对样品都有两个要求:一是等截面积;二是两面平行。这样才有利于测量过程,也使磁参数的测量更精确。