软磁材料直流B-H曲线的测量方法

【摘要】：

测量软磁材料直流BH曲线以及磁特性等参数的测量设备大致分两种：一种是采用核磁共振法的；另一种是采用扫描法或冲击法的。作者：丁佳泉 湖南省永逸科技有限公司 转载需注明出处

　　测量软磁材料直流BH曲线以及磁特性等参数的测量设备大致分两种：一种是采用核磁共振法的；另一种是采用扫描法或冲击法的。

　　采用核磁共振法的设备是取软磁材料的粉末样品，属于开路样品的测量，与实际器件（闭路）差别较大。

　　采用扫描法或冲击法的设备（国外的设备都是扫描法，国内的设备是冲击法或两者并存）是取软磁材料的典型模式样品测量，如闭路的圆环样品、CD型、EE型等；如开路的长圆棒、长条带等；或者开路样品通过磁轭导磁而形成闭路，转化为闭路测量，如磁导计。

　　下面我们通过湖南省永逸科技有限公司生产的FE-2100SD软磁直流B-H仪（FE-2100SD软磁材料直流测量装置），测量各种形状的软磁材料的磁特性。

　　1 闭路样品的测量

　　闭路样品中经典的模型是圆环。

　　这里需要注意：A/B≤1.1（老国标提A/B≤1.25）。这是为了保证样品内的磁场强度H分布均匀。

　　1.1测量原理如下所示：

　　先给磁环绕制两组线圈，N1为磁化线圈，N2为测试线圈。控制恒流电源给N1提供电流I，如果磁环的磁路周长为Le，则产生的磁场强度

H=N1*I/Le

　　N2的感应电压U通过积分得到磁通φ

　　如果样品的截面积为Ae，可以计算得到磁通密度B

B=φ/（N2*Ae）

　　1.2 测试过程

  注意：N2之所以先绕，是为了测量线圈更贴近样品。

  N2的匝数多少由磁通计的量程大小（20mWb）以及分辨率决定。一般20匝左右较合适。N1的多少由测试条件H（样品达到饱和的小磁场强度Hm）以及电流源的电流输出大小(10A)决定。所以N1≥Hm*Le/10。

　　以低碳钢环形样品为例，样品尺寸为φ40*32*11.1，测试条件为Hm=15000A/m，所以N2绕制20匝，N1绕制240匝。

　　测得磁滞回线如下。

　　测得磁化曲线如下。

其他闭路样品（CD型，EE型等）的测量与此类似。

2 开路样品的测量

　　开路样品的测量方法可分两种：一种是用螺线管测量开路样品的磁特性；另一种是采用磁导计测量开路样品的磁特性。其实采用磁导计是将开路测量转化为闭路测量。

　　2.1用螺线管测量开路样品的磁特性

　　其测试原理如下：

　　恒流电源给螺线管通电，电流大小为I，螺线管的匝数为N1,螺线管的长度为L，则螺线管中心产生的磁场强度H=N1*I/L。棒形样品放置在螺线管的中心，其截面积为Ae，并且套上测量线圈，测量线圈的匝数为N2，则棒形样品的磁通密度B=φ/（N2*Ae）。

　　只是开路测量时，样品内部会产生反向的磁场强度（退磁场），从而影响H的测量。退磁场的大小与外加磁场强度的大小和样品的形状尺寸相关，所以，为了减少退磁场的影响，应将样品加工成细长的样品，即长径比要大，并且大于20。

　　以钢棒样品为例，钢棒尺寸为φ14*260。测试条件H=24000A/m。

　　测得的磁滞回线如下：

　　由于开路样品有退磁场的影响，测试的磁滞回线都会往右倾斜。

　　软件对曲线进行退磁场修正，得到类似闭路样品的磁滞回线，如下：

修正后的磁滞回线。

　　修正后的磁化曲线。

　　其他长条带型的样品与此类似。

　　2.2用磁导计测量开路样品的磁特性

　　如果条带形的样品较宽较短，此时已不适合螺线管测量了。我们可以采用磁导计方法测量其直流磁性能。

　　原理如下：

　　上下磁轭夹住片状样品，使磁力线闭合。励磁线圈通电产生磁场强度H，测量线圈的电压积分得到磁通，进而换算磁通密度B。

　　但是磁轭自身的剩磁、矫顽力以及磁导率大小，均会影响测量结果。磁轭的磁导率越高，矫顽力越小，对样品的测量结果影响越小。

　　以铁钴合金片状样品为例，样品尺寸为100mm*30mm*1mm。

　　测试条件H=10000A/m。

　　测得磁滞回线如下：

　　测得磁化曲线如下：

　　当然磁导计可分 A 类磁导计和 B 类磁导计，上面提到的是 A 类磁导计。B 类磁导计的 模型大体相同，只是励磁线圈是绕制在两个磁轭上面，它产生的 H 值需要用磁势线圈（磁 位计或 H 线圈）测量。

　　还有将开路测量转化为闭路测量的方法，如将4个条带样品搭接成口子，再绕制两个线圈，当做闭路样品测量。

　　如果长条形样品尺寸是30*300，可以用爱泼斯坦方圈测量，类似4个样品搭接口子形。

如果有些样品是方块，立方体，或者圆柱体，我们可以采用磁导计方案测量，甚至可以采用电磁铁测量。

　　同样的，电磁铁测量方法和磁导计测量方法一样，磁轭的磁性能会影响样品的测量结果。

所有这些开路样品的测量，对样品都有两个要求：一是等截面积；二是两面平行。这样才有利于测量过程，也使磁参数的测量更。