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磁导率的测量方法

2022/05/09 10:08
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【摘要】:
磁导率μ 是描述物质磁性的基本的宏观物理量之一。根据所加磁场的性质,磁导率分为静态磁导率、复数磁导率和张量磁导率。三种磁导率的测量方法也有所不同。

      磁导率μ 是描述物质磁性的基本的宏观物理量之一。根据所加磁场的性质,磁导率分为静态磁导率、复数磁导率和张量磁导率。三种磁导率的测量方法也有所不同。

      静态磁导率是物质在静磁场H 的作用下磁感应强度B与H的比值,即μ=B/H。静态磁导率一般用冲击检流计测量。湖南省永逸科技有限公司FE-2100SD软磁材料直流磁性能测试系统主要用于测量在直流静态下的各种软磁铁氧体、纯铁、硅钢、坡莫合金、非晶和纳米晶等环样或开路条棒带状软磁材料的基本磁化曲线和磁滞回线,准确测量其起始磁导率μi、最大磁导率μm、饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc等静态磁特性参数。(开路测量只测量Bs和Hc,其中不导磁材料则只测试磁导率)

FE-2100SD软磁材料直流磁性能测试系统

FE-2100SD软磁材料直流磁性能测试系统

     复数磁导率是物质在交变磁场h的作用下交变磁感应强度b与h的比值。b与h常常具有不同的相位,因为μ为复数,即μ=b/h=μ′-jμ″,式中μ″表示材料的磁损耗。当频率从几赫到几十兆赫时,在用被测材料制成的环状磁芯上均匀绕制线圈,测出线圈的电感L和电阻R,利用公式μ/μ0=【(R-R0)+jωL】/jωL0=L/L0+(R-R0)/jωL0计算出复数磁导率。式中,μ0为空气的磁导率,L0和R0分别为无磁芯时同一线圈的电感和电阻。在微波频率范围内常用的测量方法有驻波法和谐振腔法。湖南省永逸科技有限公司FE-2100SA软磁材料交流测量装置能自动测量软磁材料在动态(交流)条件下的交流磁滞回线、磁化曲线和损耗曲线等。准确测量剩磁Br、矫顽力Hc、比总损耗Ps振幅磁导率μa、损耗角δ、电感磁导率μL、弹性磁导率μ′粘性磁导率μ〞以及Q值等动态磁特性参数。为充分掌握材料交流特性提供强大的基本数据。

FE-2100SA软磁材料交流测量装置

FE-2100SA软磁材料交流测量装置

     说起磁导率μ的测量,似乎非常简单,在材料样环上随便绕几匝线圈,测其电感,找个公式一算就完了。其实不然,对同一只样环,用不同仪器,绕不同匝数,加不同电压或者用不同频率都可能测出差别甚远的磁导率来。造成测试结果差别极大的原因,并非每个测试人员都有精力搞得清楚。本文主要讨论测试匝数及计算公式不同对磁导率测量的影响。
磁导率的测量方法-计算公式的影响
      大家知道,测量磁导率μ的方法一般是在样环上绕N匝线圈测其电感L,对于内径较小的环型磁心,内径不如壁厚容易测量,它们的由来是把环的平均磁路长度当成了磁心的磁路长度。用它们计算出来的磁导率称为材料的环磁导率。有人说用环型样品测量出来的磁导率就叫环磁导率,这种说法是不正确的。实际上,环磁导率比材料的真实磁导率要偏高一些,且样环的壁越厚,误差越大。
      对于样环来说,在相同安匝数磁动势激励下,磁化场在径向方向上是不均匀的。越靠近环壁的外侧面,磁场就越弱。在样环各处磁导率μ不变的条件下,越靠近环壁的外侧,环的磁通密度B就越低。为了消除这种不均匀磁化对测量的影响,我们把样环看成是由无穷多个半径为r,壁厚无限薄为dr的薄壁环组成。
如果样环是由同一种材料组成,则计算出来的磁导率就是其材料的真正磁导率μ。它比其环磁导率略低一些。
磁导率的测量方法-测试线圈匝数N的影响
      由于电感L与匝数N2成正比,按理说计算出来的磁导率μ不应该再与匝数N有关系,但实际上却经常有关系。
关于材料磁导率的测量,一般使用的测试频率都不高,经常在1kHz或10kHz的频率测试。测试信号一般都是使用正弦信号,因为频率不高,样环绕组线圈阻抗的电阻部分可忽略不计,把绕组线圈看作一个纯电感L接在测量仪器上。测试等效电路如图所示,仪器信号源产生的电压有效值为U,Ri为信号源的输出阻抗。


       测量磁导率时,样环中的磁化场强度与测试线圈的匝数有关,当匝数为某一定值时磁场强度就会达到最强值。而材料的磁导率又与磁化场强密切相关,所以导致磁导率的测量与测试线圈匝数有关。结合图具体讨论匝数对磁导率测试的影响。

      所以采用专业磁导率测量仪器测量相当重要。在软磁材料直流特性在磁化曲线的测量中,最不易测试准确的量还是起始磁导率,用冲击检流计或扫描法测试误差可以达到百分之几十。但是国内目前更多的是使用模拟冲击法,在测试微型器件和低剩磁材料难以控制重复性,测试一片毛刺,虽然经过平滑处理但还是折线不断出现。
       FE-2100SD软磁材料直流测量装置在继承模拟冲击法的技术上,对冲击波形、信号进行改良,同时将积分器漂移控制技术不断提高,并优化控制测试点;并且系统能够极好的进行dB/dt的控制技术,高分辨率的电流控制技术、磁通采样技术、以及低漂移控制技术,使得整个测试得到控制。在测试微型元件、低Br材料以及铁粉芯材料中,较国内外同行优势明显,于2014年参加德国柏林线圈展,得到国外企业和国外同行的肯定,并已经开始为国外知名企业提供该款装置,被代理出口美国、德国、以色列、俄罗斯等国科研院所和企业。