軟磁磁性能測量之直流特性

1.1軟磁材料

通常我們都以勵磁飽和以后Hc小于1000 A/m的材料稱為軟磁材料，其具有低矯頑力和高磁導率，易于磁化，也易于退磁，在磁性上表現(xiàn)出“軟”的特征。

軟磁材料是由鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素組成，主要分為硅鐵電工鋼、鎳基和鈷基合金、非晶和納米合金、軟鐵四大類。

1.2軟磁磁性能特點

軟磁材料的基本特征是易磁化和退磁，反映在磁滯回線和磁化曲線上的特征為磁導率μ高，矯頑力Hc小，高飽和磁感應強度和低的磁滯損耗。因此軟磁材料廣泛應用于各種電機、變壓器、繼電器、磁放大器、電磁鐵極頭及各種測量儀器中的傳感器等?？梢娷洿挪牧现饕獞糜诮涣鲃畲诺膱龊希洿挪牧线€大量應用在作為產生直流磁通的場合，因此測量軟磁磁性能的直流磁特性是評價低頻場下材料性能的關鍵指標。

1.3軟磁磁性能測量內容

由上述特點可知，軟磁磁性能測量分軟磁直流磁性能測量和軟磁交流磁性能測量兩種方式。本文主要介紹軟磁磁性能之直流測量方法，即指在靜態(tài)（直流）條件下，依據(jù)GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測量方法》測量：飽和磁感應強度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導率μi、最大磁導率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)，并繪制基本磁化曲線和磁滯回線。

2、軟磁磁性能直流特性測量

2.1軟磁直流測量簡介

軟磁磁性能之直流特性測量的試樣分為閉磁路和開磁路樣品，GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測量方法》分別對這二類樣品描述了測量方法：

a)環(huán)樣法——閉路樣品測量

環(huán)樣法適用于測量片材疊裝的環(huán)樣，或整體實心的環(huán)樣以及燒結環(huán)樣，且磁場強度在10KA/m以下閉路樣品測量；環(huán)樣自身可形成閉合磁路，且形狀規(guī)則，磁路長度L可較精確計算，勵磁線圈N1和次級線圈N2繞組，如下圖：

b)磁導計法——開路樣品測量

磁導計法用于磁場強度范圍在（1-200）KA/m之間的開路樣品測量。

磁導計分A類磁導計和B類磁導計，A類磁導計磁化線圈N1繞于磁導計骨架上，測量試樣最小長度250mm，B類磁導計磁化線圈N1繞于磁導計磁軛上，測量試樣最小長度100mm，最主要區(qū)別在于產生磁場強度大小不同。因條形、棒狀、片狀試樣無法自身形成閉合磁路，需將試樣夾在磁導計兩塊磁軛之間，形成閉合磁路。

2.1軟磁磁性能直流測量原理

軟磁磁性能直流特性，主要測量磁場強度H和磁通密度B，且B=u0H+J，可繪制出基本B-H或B-J磁化曲線和磁滯回線，從而計算出飽和磁感應強度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導率μi、最大磁導率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

a)磁場強度H測量

勵磁電源對磁化線圈N1進行勵磁，產生磁場強度H，可由安培環(huán)路定律計算得到（安培環(huán)路定理如下圖）。環(huán)樣法可根據(jù)安培環(huán)路定理直接計算H，磁導計法需在試樣上外接H線圈測量。

b)磁通密度B測量

通過磁通積分器與次級繞組N2連接，讀取磁通積分器示值，并計算得出磁通密度的變化值。環(huán)樣測量方法如下圖，磁導計法需外接B線圈（次級繞組N2）測量，測量原理與環(huán)樣法類似。

2.2軟磁磁性能直流測量步驟

軟磁磁性能直流特性測量，依據(jù)GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測量方法》，步驟如下：

a)試樣退磁，從磁場強度不小于5KA/m開始，反復換向，并逐漸降低退磁場；

b)校準測量磁場強度H和磁通密度B或磁極化強度J的磁通積分器；

c)調節(jié)穩(wěn)定輸出直流源大小，從零開始增大磁化電流，直至產生最大磁場強度的電流值，繪制出正常的B-H或B-J磁化曲線；

d)慢慢減小電流至零，變向，再增大至其最大負值，回調至零，再變相并增大至最大值，繪制去完整的B-H或B-J磁滯回線。

e)通過軟件X-Y記錄及分析，繪制完整的B-H或B-J磁化曲線和磁滯回線，并得到飽和磁感應強度Bs、剩磁Br、矯頑力Hc、起始磁導率μi、最大磁導率μm等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

軟磁磁性能測量結果

3、典型軟磁磁性能直流測量裝置

軟磁磁性能直流測量數(shù)據(jù)的重復性、一致性、可比性和準確度，以及磁參量溯源至電學基本量的能力，是評估軟磁磁性能直流測量設備優(yōu)劣的關鍵指標。

經對國內生產制造商綜合能力對比，長沙天恒測控技術有限公司各方面表現(xiàn)突出，且軟磁磁性能直流測量系列產品完善。特別是TD8220軟磁直流測試系統(tǒng)，不僅克服了繼電器電流調節(jié)的弊端，實現(xiàn)了寬范圍電流連續(xù)穩(wěn)定調節(jié)，還內置了長沙天恒測控專用的校準程序，并對磁參量直接溯源至電學基本量，國內僅長沙天恒測控一家。

軟磁磁性能測量示意圖