軟磁磁性能測(cè)量之直流特性

1.1軟磁材料

通常我們都以勵(lì)磁飽和以后Hc小于1000 A/m的材料稱(chēng)為軟磁材料，其具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率，易于磁化，也易于退磁，在磁性上表現(xiàn)出“軟”的特征。

軟磁材料是由鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素組成，主要分為硅鐵電工鋼、鎳基和鈷基合金、非晶和納米合金、軟鐵四大類(lèi)。

1.2軟磁磁性能特點(diǎn)

軟磁材料的基本特征是易磁化和退磁，反映在磁滯回線(xiàn)和磁化曲線(xiàn)上的特征為磁導(dǎo)率μ高，矯頑力Hc小，高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低的磁滯損耗。因此軟磁材料廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)、變壓器、繼電器、磁放大器、電磁鐵極頭及各種測(cè)量?jī)x器中的傳感器等?？梢?jiàn)軟磁材料主要應(yīng)用于交流勵(lì)磁的場(chǎng)合，但軟磁材料還大量應(yīng)用在作為產(chǎn)生直流磁通的場(chǎng)合，因此測(cè)量軟磁磁性能的直流磁特性是評(píng)價(jià)低頻場(chǎng)下材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

1.3軟磁磁性能測(cè)量?jī)?nèi)容

由上述特點(diǎn)可知，軟磁磁性能測(cè)量分軟磁直流磁性能測(cè)量和軟磁交流磁性能測(cè)量?jī)煞N方式。本文主要介紹軟磁磁性能之直流測(cè)量方法，即指在靜態(tài)（直流）條件下，依據(jù)GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測(cè)量方法》測(cè)量：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)，并繪制基本磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)。

2、軟磁磁性能直流特性測(cè)量

2.1軟磁直流測(cè)量簡(jiǎn)介

軟磁磁性能之直流特性測(cè)量的試樣分為閉磁路和開(kāi)磁路樣品，GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測(cè)量方法》分別對(duì)這二類(lèi)樣品描述了測(cè)量方法：

a)環(huán)樣法——閉路樣品測(cè)量

環(huán)樣法適用于測(cè)量片材疊裝的環(huán)樣，或整體實(shí)心的環(huán)樣以及燒結(jié)環(huán)樣，且磁場(chǎng)強(qiáng)度在10KA/m以下閉路樣品測(cè)量；環(huán)樣自身可形成閉合磁路，且形狀規(guī)則，磁路長(zhǎng)度L可較精確計(jì)算，勵(lì)磁線(xiàn)圈N1和次級(jí)線(xiàn)圈N2繞組，如下圖：

b)磁導(dǎo)計(jì)法——開(kāi)路樣品測(cè)量

磁導(dǎo)計(jì)法用于磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍在（1-200）KA/m之間的開(kāi)路樣品測(cè)量。

磁導(dǎo)計(jì)分A類(lèi)磁導(dǎo)計(jì)和B類(lèi)磁導(dǎo)計(jì)，A類(lèi)磁導(dǎo)計(jì)磁化線(xiàn)圈N1繞于磁導(dǎo)計(jì)骨架上，測(cè)量試樣最小長(zhǎng)度250mm，B類(lèi)磁導(dǎo)計(jì)磁化線(xiàn)圈N1繞于磁導(dǎo)計(jì)磁軛上，測(cè)量試樣最小長(zhǎng)度100mm，最主要區(qū)別在于產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度大小不同。因條形、棒狀、片狀試樣無(wú)法自身形成閉合磁路，需將試樣夾在磁導(dǎo)計(jì)兩塊磁軛之間，形成閉合磁路。

2.1軟磁磁性能直流測(cè)量原理

軟磁磁性能直流特性，主要測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁通密度B，且B=u0H+J，可繪制出基本B-H或B-J磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)，從而計(jì)算出飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

a)磁場(chǎng)強(qiáng)度H測(cè)量

勵(lì)磁電源對(duì)磁化線(xiàn)圈N1進(jìn)行勵(lì)磁，產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度H，可由安培環(huán)路定律計(jì)算得到（安培環(huán)路定理如下圖）。環(huán)樣法可根據(jù)安培環(huán)路定理直接計(jì)算H，磁導(dǎo)計(jì)法需在試樣上外接H線(xiàn)圈測(cè)量。

b)磁通密度B測(cè)量

通過(guò)磁通積分器與次級(jí)繞組N2連接，讀取磁通積分器示值，并計(jì)算得出磁通密度的變化值。環(huán)樣測(cè)量方法如下圖，磁導(dǎo)計(jì)法需外接B線(xiàn)圈（次級(jí)繞組N2）測(cè)量，測(cè)量原理與環(huán)樣法類(lèi)似。

2.2軟磁磁性能直流測(cè)量步驟

軟磁磁性能直流特性測(cè)量，依據(jù)GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測(cè)量方法》，步驟如下：

a)試樣退磁，從磁場(chǎng)強(qiáng)度不小于5KA/m開(kāi)始，反復(fù)換向，并逐漸降低退磁場(chǎng)；

b)校準(zhǔn)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁通密度B或磁極化強(qiáng)度J的磁通積分器；

c)調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出直流源大小，從零開(kāi)始增大磁化電流，直至產(chǎn)生最大磁場(chǎng)強(qiáng)度的電流值，繪制出正常的B-H或B-J磁化曲線(xiàn)；

d)慢慢減小電流至零，變向，再增大至其最大負(fù)值，回調(diào)至零，再變相并增大至最大值，繪制去完整的B-H或B-J磁滯回線(xiàn)。

e)通過(guò)軟件X-Y記錄及分析，繪制完整的B-H或B-J磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)，并得到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

軟磁磁性能測(cè)量結(jié)果

3、典型軟磁磁性能直流測(cè)量裝置

軟磁磁性能直流測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性、一致性、可比性和準(zhǔn)確度，以及磁參量溯源至電學(xué)基本量的能力，是評(píng)估軟磁磁性能直流測(cè)量設(shè)備優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。

經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造商綜合能力對(duì)比，長(zhǎng)沙天恒測(cè)控技術(shù)有限公司各方面表現(xiàn)突出，且軟磁磁性能直流測(cè)量系列產(chǎn)品完善。特別是TD8220軟磁直流測(cè)試系統(tǒng)，不僅克服了繼電器電流調(diào)節(jié)的弊端，實(shí)現(xiàn)了寬范圍電流連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，還內(nèi)置了長(zhǎng)沙天恒測(cè)控專(zhuān)用的校準(zhǔn)程序，并對(duì)磁參量直接溯源至電學(xué)基本量，國(guó)內(nèi)僅長(zhǎng)沙天恒測(cè)控一家。

軟磁磁性能測(cè)量示意圖