磁性材料的测量主要包括以下几个重要方面:一、磁滞回线测量
原理
磁性材料在磁化和退磁过程中,磁感应强度\(B\)与磁场强度\(H\)呈现非线性关系,这种关系形成磁滞回线。当磁场强度\(H\)施加到磁性材料上时,磁感应强度\(B\)随之增加;当\(H\)减小时,\(B\)并不沿原来的路径返回,而是滞后于\(H\)的变化,这就是磁滞现象。
测量设备和方法
冲击法:这是一种传统的测量方法。需要一个已知匝数\(N\)的探测线圈和一个冲击检流计。当通过线圈的磁通量\(\varPhi\)发生突变时,根据电磁感应定律\(E=-N\frac{d\varPhi}{dt}\),线圈中会产生感应电动势\(E\),进而在检流计中产生脉冲电流。通过测量脉冲电流的大小和方向,可以计算出磁场强度\(H\)和磁感应强度\(B\)的变化。
使用磁滞回线测试仪:现代的磁滞回线测试仪可以自动产生变化的磁场强度\(H\),并通过内置的传感器(如霍尔传感器)测量对应的磁感应强度\(B\)。将磁性材料制成环状样品,在样品上绕制励磁线圈和测量线圈。测试仪产生的交变电流通过励磁线圈产生磁场,测量线圈感应出与\(B\)相关的电压信号,然后通过仪器的处理和显示功能,直接绘制出磁滞回线。
二、磁化曲线测量原理
磁化曲线是指磁性材料的磁感应强度\(B\)随磁场强度\(H\)变化的曲线,包括起始磁化曲线和基本磁化曲线。起始磁化曲线是从磁中性状态(\(H=0\),\(B=0\))开始,逐渐增加\(H\)时\(B\)的变化曲线。基本磁化曲线是将磁滞回线顶点连接起来得到的曲线,它反映了磁性材料在不同磁化程度下的性能。
测量设备和方法
使用直流电源和高斯计:用直流电源为励磁线圈提供逐渐增加的直流电流,从而产生线性变化的磁场强度\(H\)。在磁性材料旁边放置高斯计(一种用于测量磁感应强度\(B\)的仪器),记录不同\(H\)值下对应的\(B\)值,然后绘制出磁化曲线。
基于交流磁化法:通过交流电源为励磁线圈提供交变电流,利用互感原理,在次级线圈中感应出与磁感应强度\(B\)有关的电压信号。同时,通过测量初级线圈的电流和匝数,计算出磁场强度\(H\)。使用示波器等设备采集和处理信号,得到磁化曲线。
三、磁导率测量原理
磁导率\(\mu\)是描述磁性材料磁化难易程度的物理量,它等于磁感应强度\(B\)与磁场强度\(H\)的比值,即\(\mu=\frac{B}{H}\)。在不同的磁场强度下,磁性材料的磁导率可能会发生变化。
测量设备和方法
环形样品法:将磁性材料制成环形样品,在环上绕制线圈。根据安培环路定律和法拉第电磁感应定律,通过测量线圈的电感,可以计算出磁导率。对于匝数为\(N\)、平均磁路长度为\(l\)、截面积为\(A\)的环形磁芯,其电感\(L\)与磁导率\(\mu\)的关系为\(L=\frac{\muN^{2}A}{l}\)。通过测量电感\(L\),可以计算出磁导率\(\mu=\frac{Ll}{N^{2}A}\)。
使用阻抗分析仪:对于高频下的磁性材料,可以将材料制成合适的形状放入高频线圈中。利用阻抗分析仪测量含有磁性材料的线圈的阻抗,根据线圈的等效电路模型和预先设定的参数,计算出磁性材料的复磁导率(包括实部和虚部),实部表示磁能的存储,虚部表示磁能的损耗。
四、剩磁和矫顽力测量原理
剩磁\(B_r\)是指当磁场强度\(H\)减小到零时,磁性材料中仍然保留的磁感应强度。矫顽力\(H_c\)是指当磁感应强度\(B\)减小到零时,所需要施加的反向磁场强度的大小。它们是磁性材料的重要参数,反映了材料的磁滞特性。
测量设备和方法
从磁滞回线获取:通过上述磁滞回线测量方法,在绘制出的磁滞回线上直接读取剩磁和矫顽力的值。当\(H=0\)时,对应的\(B\)值就是剩磁\(B_r\);当\(B=0\)时,对应的\(H\)值(绝对值)就是矫顽力\(H_c\)。
使用专门的磁性测量仪:一些先进的磁性测量仪器可以通过特定的测量模式和算法,直接测量和显示磁性材料的剩磁和矫顽力。这些仪器通常采用高精度的传感器和信号处理技术,以提高测量的准确性。
作者声明:内容由AI生成