软磁材料测量 measurement of soft magnetic material

反映软磁材料磁特性的各种磁学参量的测量，是磁学量测量的内容之一。软磁材料一般指矫顽力Hc≤1000A/m的磁性材料，主要有低碳钢、硅钢片、铁镍合金、一些铁氧体材料等。软磁材料的各种磁性能决定了由该材料制成的磁性器件或装置的技术特性，因此，软磁材料测量在磁学量测量中占有重要位置。

表征软磁材料的磁特性有各种曲线，可按工业应用要求来选择。这些曲线主要是：工作在直流磁场下的静态磁特性曲线和反映磁滞效应的静态磁特性回线；工作在变化磁场（包括周期性交变磁场，脉冲磁场和交、直流叠加磁场等）之下、包括涡流效应在内的动态磁特性曲线和动态磁特性回线等。这些磁特性曲线的横坐标是加在被测材料上的磁场强度H，纵坐标是材料中的磁通密度B。这种表示方式使这些曲线只反映材料的性质,与材料的形状、尺寸无关。此外，软磁材料的动态磁特性还包括复数磁导率和铁损。

静态磁特性测量

测量材料的静态磁特性曲线和磁特性回线，主要测量方法有冲击法和积分法两种。

①冲击法：用以测量静态磁特性曲线，测量线路见图1。材料试样制成镯环形，并绕以磁化线圈和测量线圈。前者通过换向开关、电流表和调节电流的可变电阻接到直流电源上；后者接到冲击检流计上（见检流计）。开始测量时，通过电流表将磁化线圈中的电流调到某一数值，由电流表的读数、磁化线圈的匝数，以及材料试样的磁路几何参数，可计算出磁场强度H值。然后，利用换向开关、快速改变磁化线圈中的电流方向，使材料试样中的磁通密度的方向突然改变，于是在测量线圈中感应出脉冲电动势e，e使脉冲电流流过冲击检流计。检流计的最大冲掷与此脉冲电流所含的电量Q，也就是磁通的变化（△φ）成比例。△φ 在数值上等于材料试样中磁通的两倍。由冲击检流计的读数和冲击常数（韦伯/格），以及材料试样的等效截面，可计算出相应的磁通密度B值。改变磁化电流，可测出静态磁特性曲线所需的所有数据。此种方法的准确度约为1％。

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如将图1的磁化线路进行修改，使磁化电流不断由某一最大值逐次减小到零，再反向，一直到反向最大值止，可获得静态磁特性回线。

②积分法：用以获得静态磁特性回线。可采用静态磁性自动记录仪。此种仪器由磁化电流扫描电路、电子式积分器和X-Y记录仪组成（图2）。扫描电路输出变化缓慢的磁化电流，周期在10～40秒之间，正、负幅值相等，可连续调节。自测量线圈取出对应于磁通密度变化的信号，经电子积分器得到相应的磁通密度B值。 由于磁场变化缓慢,可不计涡流影响，因此X-Y记录仪自动记录下来的回线可认为是试样材料磁滞效应的静态磁特性回线。静态磁性自动记录仪测量磁通密度回路的原理与电子磁通计相同，区别在于前者以X-Y记录仪代替了后者的指示电表。静态磁性自动记录仪的综合磁通常数达10^-7韦伯/毫米，准确度为2％。

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动态磁特性测量

测量材料的动态磁特性曲线和磁特性回线。主要测量方法有3种。

①电压表-电流表法：将被测试材料制成环状、口字形等试样。试样上均匀绕以N₁匝磁化线圈及N₂匝测量线圈。N₁经过电流表A接到可调交流电源上，N₂接到平均值电压表上（图3）。根据平均值电压表的读数_B、匝数N₂、频率f、试样等效截面S，可计算出试样截面中的最大磁通密度B_m，　如用有效值电流表测磁化电流I,则此时试样的磁场强度H=N₁I/L，L为磁路的有效长度。由于I是有效值，所以H也是有效值。若想求得此时的最大磁场强度H_m的数值，须用图中互感M和平均值电压表的组合替代电流表。此时，　_H是平均值电压表的读数。调节交流电源的电压，可获得动态磁特性曲线的全部数据。此种方法的误差为±(3～10)％。

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②示波器法：用于测量动态磁滞回线。测量电路见图4。图中R₀是采样电阻，由此取出的与磁化电流（即磁场强度）有关的信号，加到示波器的X 轴上；取自测量线圈的磁通密度信号，经积分器加到示波器的Y轴。此时，可在示波器的荧光屏上展示出材料试样的动态磁特性回线。此回线反映在材料中存在磁滞与涡流效应时的磁特性。此种方法的测量误差主要来自荧光屏上的读数不够准确，误差一般为±(5～10)％。

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③电桥法：利用某些交流电桥线路可测量磁性材料的复数磁导率和铁损。测量材料在声频下的复数磁导率分量μ₁和μ₂，通常采用麦克斯韦电桥；测量铁损通常采用修正海氏电桥（见经典交流电桥）。环状试样中绕以线圈接到桥路中，调节电桥使之平衡，由所测出的试样线圈等效电感和等效电阻以及试样线圈上的电压，即可计算出复数磁导率和铁损。电桥法测量材料动态磁特性的误差为±(1～5)％。