9. 磁 测 量 本章主要内容 概 述 基本磁规律和磁单位 物质的磁性及其分类 静态磁特性的测量 动态磁特性的测量.

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1 9. 磁 测 量 本章主要内容 概 述 基本磁规律和磁单位 物质的磁性及其分类 静态磁特性的测量 动态磁特性的测量

2 9.1 磁测量的任务 磁测量的基本被测量： 磁通Φ，磁感应强度B，磁场强度H，磁化强度M等。 磁量具分为： 磁通量具 磁感应量具 磁距量具

3 特斯拉计 （0-1.2T） 0.1 JJG 磁通计 （0.1~100）mWb 2* JJG 磁强计 （0.01~10）mT JJG 磁感应量具 25mT-1.2T ≥1.0% JJG

4 亥姆霍兹线圈测量磁场 图1 亥姆霍兹线圈 亥姆霍兹线圈是由一对半径为R，匝数 分别为N，相互平行，同轴放置的圆形线圈同向串联组成。并且这对线圈的距离O1O2= R 。

5 亥姆霍兹线圈的磁场分布 毕奥-萨伐尔定律，在线圈轴线上距O点χ处的磁感应强度为： 在线圈的中心O点，x=0, 磁感应强度为：

6 O1与O2在轴上一点合成磁感应强度为:

7 实验仪器

8 9.2 基本磁规律和磁单位 基本磁学量：B和H 磁场的基本规律：安培环路定律 磁路定律 磁单位

9 9.2.1 基本磁学量 磁感应强度 右图所示，磁感应强度定义为： 在国际单位中，磁感应强度的单位为：

10 β 是面积元ds的法线（n）与B之间的夹角。
载流导体所产生磁场的方向判定 ——右手螺旋定则 磁通 磁通定义为： β 是面积元ds的法线（n）与B之间的夹角。

11 在均匀磁场中，若截面s与磁感应强度向量B垂直，则上式可变为：
磁通量定义图

12 在国际单位制中，磁通的单位为韦伯（Wb），但在工程上有时仍用电磁制单位麦克斯韦，简称麦（Mx），它们之间的换算关系为：

13 磁场强度 磁场强度向量H: 单位 : Oe 单位换算：

14 磁场的基本定律 （1） 安培环路定律 （ 在真空磁场中） 令: 磁场强度的切线分量上是连续的：

15 （2）磁通连续性原理 穿过任意闭合面的磁通代数和恒等于零，即： 由此可知，磁感应强度的法线方向分量连续：

16 （3）电磁感应定律

17 和 分别表示主磁通和漏磁通。 9.2.3 磁路定律 磁路 韦斯型电磁铁

18 磁路定律 无分支磁路

19 有分支磁路

20 9.2.3 磁单位 磁学量单位及其换算关系 量及其符号 SI单位名称 CGS单位名称 换算关系 磁感应强度B 特斯拉(T) 高斯(Gs)
磁通 韦伯(Wb) 麦克斯韦(Mx) 1Wb=108Mx 磁场强度H 安/米(A/m) 奥斯特(Oe) 1A/m=1/80Oe 真空磁导率 4·10-7(H/m) 1(无量纲)

21 磁化原理 （1）、一般材料的磁化原理 B0 B/ （2）铁磁质的磁化原理 B0 （a）无外磁场时 （b）有外磁场时 （b）有外磁场时

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23 磁化强度矢量Ｍ 引入磁化强度矢量的概念,它定义为单位体积内分子磁矩的矢量和, 用 代表这个体积元内所有分子磁矩的矢量
用 代表这个体积元内所有分子磁矩的矢量 和，用 代表磁化强度矢量，由上述定义可表达成下列公式：

24 9.3 物质的磁性及分类 9.3.1 铁磁物质的磁化 称为起始磁导率 称为最大磁导率。磁化曲线上任意一点B随H的变化率

25 原始磁化曲线

26 磁滞回线

27 B和H的 非线性 依赖关系 非单值 与经过何种磁化 过程相关。 如：局部磁滞回线的存在
铁磁物质在m和m’点之间，经过反复十多次正、反向的磁化——磁锻炼，得到一条稳定的对称于原点的磁滞回线 B和H的 非线性 依赖关系 非单值 与经过何种磁化 过程相关。 如：局部磁滞回线的存在

28 基本磁化曲线 将在不同Hm下的磁滞回线的正顶点连接，得到的曲线称为基本磁化曲线，简称磁化曲线。 基本磁化曲线

29 退磁 外磁场在正、负之间反复变化，同时幅值逐渐减小，最后减到0， 既完成了铁磁材料的退 磁过程。 退磁过程

30 9.5.2 样品的退磁 退磁的方法 热退磁 交流退磁 超低频退磁

31 退磁的方法 1 超低频退磁——比较麻烦 使H的幅值逐渐降低，方向交替变化。 超低频退磁

32 交流退磁——在实际测量中经常使用 （1） （2）磁化电流固定不调，将样品从螺线管中取出，慢慢远离螺线管。

33 特点：退磁完全；操作手续麻烦，可能导致样品晶粒结构的变化。
3 热退磁 将样品加热到材料的居里点以上，再在无外加磁场的条件下，缓慢冷却至室温。 特点：退磁完全；操作手续麻烦，可能导致样品晶粒结构的变化。

34 在实际测量中，经常使用交流退磁的方法 （1） （2）磁化电流固定不调，将样品从螺线管中取出，慢慢远离螺线管。

35 9.3.3 铁磁材料的分类 按用途基本上分三大类： 软磁材料 硬磁材料 矩磁材料 各种材料的磁滞回线

36 9.4 磁场的基本测量方法 9.4.1 冲击法—— 利用冲击电流测量磁场的方法 利用电磁感应定理进行磁场测量。 求 只要对e积分即可。
用检流计完成积分运算

37 注意：此法是国家标准推荐的方法，也是目前各级技术监督部门通常使用的方法。但由于操作步骤较繁，一般实验室和工程中很少使用。

38 9.4.2 磁通表法 磁通计法和冲击法的测量原理是相同的，不同的是完成积分运算的冲击检流计这里用磁通计来代替。
磁通表法 磁通计法和冲击法的测量原理是相同的，不同的是完成积分运算的冲击检流计这里用磁通计来代替。 当测量线圈的横截面面积为S时，被测的测量线圈中平均磁感应强度的变化量 为

39 为霍尔元件提供激励 9.4.3 霍尔效应法 为测量系统调零提供零磁场标准 消除霍尔元件的不等位电位误差

40 9.5 静态磁特性的测量 9.5.1 磁性材料试样的准备 磁性材料使用直流磁场磁化测得的磁特性——静态磁特性。
9.5 静态磁特性的测量 磁性材料试样的准备 磁性材料使用直流磁场磁化测得的磁特性——静态磁特性。 磁性材料使用交变磁场磁化测得的磁特性——动态磁特性。 代表性、随机性：对样品性能检测可获得一批材料的性能。 要尽可能简单方便 取样 试样 放在磁导计中的棒形样品 截面为方形或长方形的环形样品 形状 要考虑均匀磁化的问题

41 磁性材料试样的准备 环的平均半径 环内平均磁场强度：

42 很小，可忽略 l为磁导计样品的长度。 磁导计结构图

43 用磁通表测量基本磁化曲线和磁滞回线

44 样品中磁感应度的测量 由磁通表间接测出。当磁化电流有一增量 变化时，测量线圈两端必会产生出感应电压脉冲，磁通表便有读数增量 。磁感应度增量
由磁通表间接测出。当磁化电流有一增量 变化时，测量线圈两端必会产生出感应电压脉冲，磁通表便有读数增量 。磁感应度增量 可由下式计算 为测量线圈的匝数 为样品的横截面面积

45 2. 基本磁化曲线的测量电路 (1)退磁电路：将开关K1合向AC——交流退磁（B=0,H=0） (2)磁化电路：
磁锻炼——将开关K1合向DC，使磁锻后样品中的磁场强度处于＋Hm。 磁化—— (3)测量电路——用磁通表测量磁通，计算磁感应强度增量；

46 3. 基本磁化曲线的测量步骤 （1）退磁：开关K1合向AC——获得B=0,H=0
（2）磁锻：将开关K1合向DC——获得稳定的闭合回路，使磁场强度处于＋Hm（即磁化电流为＋Im）,转换K2。 （3）切断磁化电流 测量线圈W2： 磁通计中的 与ΔB1成正比。 （4）磁化电流 在测量线圈W2中 可得最大磁感应强度： 最大磁场强度： 在不同的磁化电流下，可测出对应的Bm和Hm值， 在坐标纸上连接这些点，就得到基本磁化曲线。

47 思路：只要画出磁滞回线的一半，即可对称画出另一半。可知上面有3个特殊点a.d.c所对应的B和H，再测量其它点。
磁滞回线的测量 特点：原点对称，只要测量出一边即可。 思路：只要画出磁滞回线的一半，即可对称画出另一半。可知上面有3个特殊点a.d.c所对应的B和H，再测量其它点。 （1）测出Bm与Br,算出Hm （2）在磁滞回线ad段上，B、H的测量： 测量线圈测出 （3）在磁滞回线dc段上，B、H值的测量： 由Br开始： 使磁化电流沿着磁滞回线从e点→C点→a点变化→a点。 (4)调节I的值重复②，③两步，即可测出一半磁滞回线，由对称性可画出完整的磁滞回线。

48 9.5.4 基于虚拟仪器的静态特性自动测量 I A U f W 在程序控制下完成直流电压的调节，以便获得测量所需的磁化电流。
测量线圈感应电压的测量 退磁和磁化电流的关断和换向 程 控 直 流 电 源 换 向 开 关 交直流 电流变 送器 交 压 变 送 器 W 1 2 控制总线 环形被测试样 I U f A 数据采集系统 计 算 机 完成磁化电流的测量

49 9.6 动态磁特性的测量 9.6.1 用指示仪表测量动态磁化曲线 非正弦测量 非正弦测量 非正弦测量 非正弦测量 峰值 峰值表 峰值表
9.6 动态磁特性的测量 用指示仪表测量动态磁化曲线 峰值 峰值表 非正弦测量 峰值表 非正弦测量 峰值表 非正弦测量 峰值表 非正弦测量 磁化线圈 W1 在交流磁化过程中，磁性材料的非线性必然导致磁化电流和感应电压是非线性的。为了便于比较规定磁性能测试必须在正弦磁通下进行 磁化电流I 测量线圈 W2

50 在不同的磁化电流下，测得一系列得Bm和Hm，可画出交
流基本磁化曲线Bm＝f（Hm）——方法简单，但准确度不高

51 测量动态磁滞回线 磁化线圈W1： Us与H成正比，反映H的瞬时值 测量线圈W2： 反映B的变化 经积分放大：

52 9.6.3 基于虚拟仪器的动态磁特性自动测量 i A W V 在程序控制下完成交流电压的调节，以便获得测量所需的磁化电流。
基于虚拟仪器的动态磁特性自动测量 程 控 变 频 电 源 交流电流 变送器 交 流 压 送 器 数 据 采 集 系 统 W 1 2 环形被测试样 控制总线 i A V 计 算 机 在程序控制下完成交流电压的调节，以便获得测量所需的磁化电流。 测量线圈感应电压的测量 完成磁化电流的测量