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磁性材料测量(1)—— 磁性测量导论 -龙8官网app下载地址

the author:  page views:452  release time:2015-06-01


磁性测量的范围不仅仅局限于磁性材料测试或磁场测量直接或间接测量磁性参数例如磁场强度h磁感应强度b磁导率μ磁化系数χ磁致伸缩系数λ常用于科学和技术的其他领域中像古地磁学磁考古学矿山探测位移或距离检测电流检测材料无损检测和医学诊断等磁场测量实际应用是无限的例如可以使用磁致伸缩传感器测试其他物质的数量如酸度ph血凝固度蓖麻油蓖麻毒素浓度甚至沙门氏菌的存在

尽管磁和电的测量需要类似的工具”(两者都是通过电压或电流确定),但磁场测量通常更加复杂甚至更加不明确多年来仍假设磁性材料磁化由磁场强度h和磁感应强度b两个参数表示然而几年前的公认结论国际标准紧随其后是与磁感应强度相比为少数人熟知的名词——极化强度 j(j=b-μ0h) 能更准确地描述材料的磁化状态此外现在有些专家认为更好的采用磁化强度m来描述磁性材料在磁性材料磁场测量上有两个学派一个是通过应用安培定律通过测量励磁电流间接测量另一个通过测量线圈应用法拉第电磁感应定律直接测量在真正选择测量磁场的传感器时目前仍在讨论是测量磁场强度h还是磁感应强度b因此与建立了明确术语的电参量测量相比磁性测量有许多基本问题仍在讨论中

在电气测量方面电流与电压之间存在简单关系可表达为欧姆定律如图1.1所示测试样品电势差由供电电压v表示电流用i表示电流值取决于材料的电阻率ρ电阻为 r=ρl/al是样品长度a是横截面积)。根据欧姆定律电流为i=v/r在电场e作用情况下更精确地反映材料电阻率ρ的是电流密度j。

由图1.1还可得出磁性材料的响应由磁场强度h作用下的磁导率μ表示流过线圈的电流i产生h,也就是线圈中产生了磁通φ。换句话说磁场强度h作用下材料的磁导率μ可由磁通量密度即磁感应强度)b=φ/a表示磁感应强度通常由二次侧n匝线圈感应电压来测量——电压值取决于磁感应强度的导数在励磁磁场强度h和响应磁感应强度b之间有相对简单的关系 b=μh……(1.2)但是通常磁性材料的测量比较复杂远远超过同种情况的电气测量因为

(1) 通常典型导电材料如长方体或圆柱形电流分布是均匀的只有少数情况例外举例来说高频电流导致集肤效应)。对于磁性材料而言这种情况几乎完全相反——磁性材料测试样品磁化通常都是不均匀的只有极少数例外如椭圆形状的样品)。

(2)典型的导电材料中电流和电压之间的关系是高度线性只有一些个别的例外因此材料可以用单一标量值电阻r描述相反大多数典型磁性材料磁场强度和磁感应强度关系是高度非线性的因此通常表达两者关系适用b=f(h)描述这就是磁化曲线

(3)大多数的导电材料具有相同质性因此电流也分布均匀由于磁性材料样品的晶粒和畴结构在大多数情况下磁化都不均匀

(4)除少数例外大多数导电材料呈现各向同性实际中需要的是电阻率张量而大多数磁性材料具有各向异性的特性

因此假设测试一个典型磁性材料样品磁感应强度的分布很大程度上取决于样本的形状因此不能简单地只讨论材料的磁特性只能预先确定某些样品的属性如环形铁芯爱泼斯坦方圈薄板或细长条形),一般建议采用闭合磁路因开路样品需要外部磁轭磁化

即使采用标准的试验样品因为铁磁材料是非线性的还有另外一个问题需要解决那就是磁场强度和磁感应强度两个都有可能是非正弦的如果是使用交流试验方法),磁感应强度和磁场强度两者哪一个采用正弦的测量结果有非常大的差异公认的标准是磁感应强度必须是正弦的这需要使用特殊的先进数控磁化设备产生高值的磁感应强度

然而即使测试样品采用确定的形状和严格的磁化波形还有许多其他困难需要克服因为材料通常各向异性应该精确地确定磁化方向这个问题再二维或三维测试中更加重要测试结果很大程度上还要受到磁化频率的影响在直流静态磁化情况下也会出现额外问题因为根据法拉第定律若要产生感应电压磁通必须是交变的由于磁性材料测试中面临的大量困难因此大多数测试只能在专业实验室中进行

磁滞回线通常被视为磁性材料具有的一种现象因此也是一个最经常测试的磁特性1.2为磁滞回线的典型测试方法因为磁感应强度为时间的导数尽管先进的示波器可以执行操作但通常积分放大器是必不可少的励磁磁场强度通常取决于磁化电流值电压降vh),根据安培定律h=i1n1/l(l是磁路长度在环形样品中取平均周长,n1是磁化绕组匝数)。磁感应强度通常可由法拉第定律db/dt=-v2n2/a得出

马蹄型永久磁铁通常被用作一个磁性的标志现代稀土磁铁可产生的bh高于400kj/m3非常接近于理论极限假定为485kj/m3诸如1200ka/m以上矫顽力的非常大磁场的测量研究促进了硬磁材料测试新方法的发展其中一种龙8官网app下载地址的解决方案是使用脉冲测试领域的技术

磁场可影响许多其他的物理特性例如电阻率机械应力光学特性等因此这些现象通常用于磁场传感器的设计霍尔效应传感器磁阻传感器和电感传感器等磁场传感器不仅经常用于磁场的检测还可用于磁性材料无损检测材料评价和其他量的测量特别是机械和电信号的测量当然也可以用于设计商用测量仪器目前磁场测量仪器市场上超导量子干涉器件具有测量几个ft(10-15t)低磁场的能力这小到可以与人类大脑活动的磁场相类比对于小磁场的测量常用磁通门传感器而霍尔效应传感器常用于测量大的磁场

地球的磁场会造成磁测量中一个很大的问题若测量几个ft(10-15t)的低磁场就必须考虑强度超过其大小百万倍大约50μt)的地球磁场的存在此外该领域伴随着类似或更大的工业磁干扰特殊的磁屏蔽室是该领域内测量不可或缺的

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