磁参数的测量

磁参数的测量

磁参数的测量是磁学基础研究和磁性材料及元器件工业的重要组成部分，电工测量技术中不可缺少的分支。它主要包括磁场测量和磁性材料测量两方面的内容。

这部分的内容接触到高中物理的一些知识，同学们也都没有测量过磁类的参数，属于比较生疏的部分，所以先对基本知识做查询了解。

磁性元件：如收音机的磁棒，电视机中的磁芯、磁帽、偏转线圈磁环等。

磁性材料：通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。主要分为软磁材料和硬磁材料，还有一些特种磁性材料。金属的磁性材料主要有电工钢、镍基合金和稀土合金，非金属的主要是铁氧体材料。

磁性材料是生产、生活、国防科学技术中广泛使用的材料。如制造电力技术中的各种电机、变压器，电子技术中的各种磁性元件和微波电子管，通信技术中的滤波器和增感器，国防技术中的磁性水雷、电磁炮，各种家用电器等。此外，它在地矿探测、海洋探测以及信息、能源、生物、空间新技术中也获得了广泛的应用。

1. 磁场测量

在生厂上要求一些磁性元件的部位能够产生一定强度的磁场，或者限制元件周围的磁场强度。测量方法很多，主要有三类：

（1） 利用电磁感应原理，将磁场强弱转换成测试线圈的感生电动势；

（2） 利用载流导体在磁场中受电磁力作用的原理，转换为力测量；

（3） 利用物体在磁场中表现特性的不同，转变成电参量测量。

以下列举了一些课本上的测量磁场的方法做初步了解。

1.1用冲击检流计测磁通

测量的原理图见书图2-5-2。

电磁感应原理：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。

由图中可见，移动测量线圈，必将产生一个感应电动势e ，线圈回路中得到一个脉冲电流，检流计也接在这个回路之中，脉冲电流使可动线圈产生偏移，记偏最大移角为m α。根据电路图中的电压平衡和初始值、以及偏转量与脉冲电荷q 的关系式q k q m 1=α，最后可得m α与磁通△φ的正比关系式：φα∆-=R

k w q B m 现常用的有上海电表厂的AC4/3冲击式直流检流计、及改善了的AC17

1.2用磁通计测量磁通

磁通计是由测量线圈和一个无反作用力矩的磁电系测量机构成。测量的原理图见书图2-5-3：（1）将被测线圈移向或移出被测磁场，线圈中产生感应电动势e ；（2）在e 的作用下，可动线圈产生偏移，在气隙中转动同样感生出电动势e c ；（3）忽略回路电阻，可认为e=e c ，得φ∆与磁通计偏转角度α∆的正比关系式：αφ∆=∆B

C w BSw

磁通计的类型依次经过了磁电式、电子式、数字积分式的转变。现今数字磁通计的生产厂家很多，如北京中西器材的M328312、绵阳力田磁电科技的PF9002、香港振联的NDK 磁通计NFX-1000、上海亨通的HT700G、上海天端的GM808、温州三和的WT30A台式磁通计等。

1.3用高斯计测磁场

高斯计是利用半导体在磁场中的霍尔效应直接测出空间的磁感应强度。高斯计使用方法简单，测量精度较高，是目前最常用的仪表。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应，见下图1：

图1：霍耳效应原理

加上测量表，如课本图2-4-5可得：霍尔电压U H=K H I C B，用电压表直接测出霍尔电压的数值，便可求得磁感应强度B，测量时可直接读出，无需计算。

生产高斯计的国外著名企业有美国F.W.BELL技术公司、新西兰Group3技术公司、日本东机产业株式会。国内各地也很多。下图为美国HOLADAY的高斯计HI4416及天端的台式高斯计GM608。

图2：高斯计HI4416、GM608

2.磁性材料的测量

为了合理选用磁性材料或检验磁性材料的磁性能，就需要对材料进行磁性能的测量。

对于硬磁材料，主要的参数为：剩磁Br、矫顽力Hc、最大磁能积（B·H）m。一般可以只测直流静态特性。

当磁场强度周期性变化时，表示铁磁性物质或亚铁磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线，

叫磁滞回线，相对于坐标原点对称的 称“正常磁滞回线”。由于最大磁感应强度不同，对应有许多条大小不同的磁滞回线，将这些磁滞回线的顶点连接起来，就得到基本磁化曲线。

图3：基本磁化曲线

对于软磁材料，主要的磁性能参数是磁导率、损耗。它一般要求有较高的磁导率，以及尽可能低的矫顽力和损耗。一般测动态特性。

磁性材料的性能主要表现在它的磁化曲线和磁滞回线上。因而，主要通过测量这两条线取得磁的性能参数。由于材料的磁性能与工作条件有关，都要求工作在实际条件下测定；且磁性材料需要取出样品进行测量。样品一般最好做成环形闭合试样，也可做成条形、棒形，放在磁轭空隙中通过磁轭构成闭合回路。

2.1直流磁特性曲线的测量

在六十年代和七十年代主要采用冲击法；六十年代中期，国内就开始研制具有互感反馈的光电积分磁性测量装置；八十年代，电子积分自动测磁装置为我国第二代磁性测量装置；之后，实现计算机全过程控制和数据处理的测磁装置为我为第三代磁性测量装置。

直流磁特性曲线常用冲击检流计测量，在样品上绕上线圈，图见书图2-5-8。基本步骤为：

（1）测检流计的磁通冲击常数QR C C q =φ；

（2）退磁：将开关S 1倒向左边，同时调节电阻R 1、R 2扳动S 2使电流逐渐减小到0；

（3）测量基本磁化曲线：从最小磁滞回线开始利用公式测出B 、H 值。D I N H π11=，α∆=∆S N R

k B q 2。逐渐增加磁化电流，记录下每次的B 、H ，直到饱和。

（4）测定磁滞回线

此法费时太多、步骤太繁。现在生产的直流磁性测量仪都采用自动测量自动记录的方法，在记录仪上之间显示磁滞回线。例如国产的CL-1、CL-6。

2.2交流磁性的测量

是对各种的软磁体，测量在各种工作磁通密度及给定工作频率下的磁导率和损耗。最简单的方法是用指示仪表。

磁导率可从磁滞回线中求得。但由于同时存在磁滞效应和在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的涡流效应，导致交流磁滞回线的形状介于磁滞回线和椭圆之间。于是