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磁偏角测量仪测量原理和设备校准

2022/07/12 10:04
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【摘要】:
FE-2100AM磁偏角测量仪的测量方法基于亥姆霍兹线圈与磁通计组合形成的开磁路磁矩测量原理,这是目前开路成品磁体磁矩检验比较方便、比较准确的方法之一。

      FE-2100AM磁偏角测量仪的测量方法基于亥姆霍兹线圈与磁通计组合形成的开磁路磁矩测量原理,这是目前开路成品磁体磁矩检验比较方便、比较准确的方法之一。

实际磁化方向

      如图1,M'为理想磁化方向的磁矩,M为实际磁化方向的磁矩。在理想磁化方向下,该方法测量的是磁体磁化方向的总磁矩,这时 M'=M。但是,当实际磁化方向与理想磁化方向有偏差时,磁矩测量结果为实际磁化方向在理想磁化方向的磁矩分量,这时M'=Mcos(y)。按照这一原理,通过测量不同的磁矩分量即可得到磁偏角 y的值。为了便于分析,采用图2 所示的三维磁体磁化方向矢量图建立数学模型。FE-2100AM永磁体磁偏角测量仪由三维亥姆霍兹线圈连接独立的三分量磁通计,构成硬件测试部分,通过对三个分量的测试数据进行微机换算,构成一套完整的永磁材料品质测试系统。将磁体放入样品台上,通过提拉法测试出磁通分量,并通过计算得到磁矩以及主轴方向的磁场偏差角度值。可显示总磁矩M、主轴磁偏角α、x、y、z以及对应测试线圈的线圈常数。

磁体磁化方向矢量图


      基于以上数学模型设计的测量装置如图3 所示,主要包括计算机、磁通计、线圈、样品台。


        测量时,样品放到工作台上,保证样品置于线圈的均匀区中,线圈将产生感应电压输入到磁通计,磁通计就可实时记录磁通量的变化,并通过 RS232接口将数据发送到计算机,计算机通过对一个周期内的数据处理,可得到相应放置方向的磁通。改变样品的放置方向,用同样的测量方法可得三个不同方向的磁通分量,最后,计算得到磁偏角γ。

FE-2100AM磁偏角测量仪

      测量装置中的亥姆霍兹线圈和样品台是非常重要的两个部分,亥姆霍兹线圈的大小和绕组需要与被测样品的尺寸以及磁通计的量程相匹配。在机械加工和安装方面,亥姆霍兹线圈要保证垂直度,样品台需要保证足够的水平度,否则,这两方面将直接影响测量的准确度。

      磁偏角测量装置的校准
      按照以上方式建立的测量装置,亥姆霍兹线圈的安装垂直度和样品台的水平度将直接影测量结果,因此,设计了一套校准办法,以减小加工和安装引人的测量误差,进一步提高测量的不确定度。图4中,左侧为校准用的无磁立方体,按照加工. 要求,该立方体各个面的垂直度可以达到 90°±0.05°。校准时,将被测样品分别放置在立方体的A、B、C三个面上,同时保证理想磁化方向与线圈中心轴平行,旋转测量三个方向的磁通值,然后计算磁偏角。在理想情况下,计算结果应该是45°,如果考虑校准用立方体的加工误差,三次测量由校准立方体引入的测量不确定度小于0.15°,如果计算结果大于0.15°,就说明样品台或者线圈的安装带人了测量误差,根据测量结果对线圈的中心轴方向进行调整,从而将由设备引入的测量不确定度控制在 0.20°范围内。

磁偏角样品校准示意图

      校准过程和实验结果表明,测量设备的最大允许误差0.20°,测量重复性优于0.20°,可以满足永磁体磁偏角的测量需求。

参考文献
【1】周寿增,等。烧结钕铁硼稀土永磁材料与技术,冶金工业出版社,2011
【2】林安利,等.中国电气工程大典(第一版)。北京∶中国电力出版社,2009
【3】方凯,等,永磁体磁化方向偏差的研究。上海电气技术,2008
【4】李冶夫,永磁体磁化矢量方向偏角检测与控制,北京;中国科学院研究生院,2010
【5】倪育才,等、实用测量不确定度评定。北京∶中国计量出版社,2008
【6】中国计量科学研究院 《永磁体磁偏角测量方法的研究》