電磁測(cè)量課件第九章

電磁測(cè)量課件第九章第一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日最早的磁場(chǎng)探測(cè)器已有2000多年的歷史，通過(guò)感應(yīng)地球磁場(chǎng)辨識(shí)方向或?yàn)榕灤瑢?dǎo)航。隨著磁學(xué)和電學(xué)的發(fā)展，特別是磁學(xué)與電學(xué)之間相互關(guān)聯(lián)現(xiàn)象和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，使磁性測(cè)量技術(shù)得到迅速的發(fā)展，逐漸成為電磁測(cè)量技術(shù)的重要組成部分。

磁性測(cè)量技術(shù)主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：

1.磁場(chǎng)和磁性材料的測(cè)量；(宏觀)2.分析物質(zhì)的磁結(jié)構(gòu)，觀察物質(zhì)在磁場(chǎng)中的各種磁性效應(yīng)；(微觀)3.非磁量的磁測(cè)量。（邊緣）本章主要介紹磁場(chǎng)和磁性材料的基本測(cè)量原理和測(cè)量方法。第二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第一節(jié)磁性測(cè)量的基本知識(shí)

一、磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁通

1．磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)性質(zhì)和強(qiáng)弱的物理量，它是一個(gè)矢量，用B

表示，B的大小表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的方向表示該磁場(chǎng)的方向。國(guó)際單位制單位是韋伯/米(Wb/m2)，電磁單位制單位是高斯（GS）。

2．磁通（量）磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量沿一個(gè)面的面積分稱為穿過(guò)面的磁通量。

第三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

二、磁場(chǎng)強(qiáng)度及安培環(huán)路定律

1．磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度是為了便于分析磁場(chǎng)和電流的關(guān)系而引入的一個(gè)物理量，它也是一個(gè)矢量，用H表示。國(guó)際單位制單位是安培/米（A/m），電磁單位制單位是奧斯特（Oe）。磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系μ為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，單位是亨利/米（H/m），它的大小取決于磁介質(zhì)的性質(zhì)，真空的磁導(dǎo)率為第四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．安培環(huán)路定律在磁場(chǎng)中，矢量沿任何閉合曲線的線積分，等于包圍在閉

合曲線內(nèi)各電流的代數(shù)和，稱為安培環(huán)路定律，用公式表示為三、磁場(chǎng)的邊界條件兩種物質(zhì)分界面兩側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的法線分量相等兩種物質(zhì)分界面兩側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的切線分量相等第五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

四、電磁感應(yīng)

1．電磁感應(yīng)定律不論任何原因使回路的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

2．均勻磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)演示第六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、鐵磁材料的磁特性返回本章首頁(yè)鐵磁材料在外磁場(chǎng)中磁化時(shí)，從原始狀態(tài)逐漸增大磁化，得到非線性的原始磁化曲線，如圖所示。當(dāng)鐵磁材料達(dá)到飽和后，再逐漸減小H，這一以去磁過(guò)程并不沿著原來(lái)的磁化曲線進(jìn)行，而是沿著另一條曲線下降，如圖所示。可見(jiàn)在同樣的H下，去磁時(shí)的B要比磁化時(shí)的B大些，這種現(xiàn)象稱為磁滯。當(dāng)H降到零時(shí)，B不回到零，而保留一定的值，稱為剩磁感應(yīng)強(qiáng)度。如果使B降到零，必須在反方向增加外磁場(chǎng)，使B降到零的這個(gè)反向H稱為矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度或矯頑力Hc，此后繼續(xù)增加H到-Hs

，再去磁、磁化，得到一個(gè)磁滯回線，如圖所示。

可見(jiàn)鐵磁材料的和的關(guān)系不但是非線性的，而且磁化的情況與它以前的磁化歷史有關(guān)。第七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日取不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)磁化，可獲得一系列大小不

等的磁滯回線，如圖所示，在第一象限連接各回線頂點(diǎn)的曲線叫基本磁化曲線，即通常所說(shuō)的磁化曲線，它與原始磁化曲線無(wú)大差別，但性質(zhì)不同，基本磁化曲線在工程技術(shù)中具有重要的實(shí)用價(jià)值。HBBsHs0原始磁化曲線磁滯回線

第八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第二節(jié)空間磁場(chǎng)的測(cè)量

一、感應(yīng)法感應(yīng)法是測(cè)量交變磁場(chǎng)最常用的方法。將平面探測(cè)線圈置于被測(cè)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，則在線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為可在半周期內(nèi)計(jì)算e的平均值，有可得第九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日可以用整流式電壓表測(cè)得的結(jié)果再除以正弦波的波形因

數(shù)，即可得到Eav。如果在整個(gè)線圈平面上磁場(chǎng)均勻，則

這種方法適用于直流恒定磁場(chǎng)的測(cè)量。在被測(cè)磁場(chǎng)中的線圈勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，則線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為正弦波，其有效值為二、旋轉(zhuǎn)線圈法第十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、沖擊法沖擊法是測(cè)量直流磁場(chǎng)的古典方法，由于這種方法所用的設(shè)備簡(jiǎn)單而且可靠性強(qiáng)，所以目前仍被廣泛采用。

1．用沖擊檢流計(jì)測(cè)量磁通

將匝數(shù)為N、面積為S的測(cè)量線圈放在被測(cè)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，測(cè)量線圈與沖擊檢流計(jì)相連，如圖所示。

圖中：R為整個(gè)回路的電阻；L為整個(gè)回路的電感。當(dāng)通過(guò)線圈的磁通突然發(fā)

生變化時(shí)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)

電流i，則用沖擊檢流計(jì)測(cè)量磁通的電路第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日得設(shè)感應(yīng)電流持續(xù)的時(shí)間間隔為，取上式兩邊在該時(shí)間間隔內(nèi)的積分

沖擊檢流計(jì)的第一次最大偏轉(zhuǎn)角與出脈沖電量的關(guān)系為第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日則式中的叫做檢流計(jì)的磁通沖擊常數(shù)。得在確定磁通沖擊常數(shù)后，即可計(jì)算出被測(cè)磁通的變化量。至于被測(cè)磁通與它的變化量之間的關(guān)系，要視此變化量按何種方式變化而確定。如果將測(cè)量線圈從被測(cè)磁場(chǎng)中突然移開(kāi)或從場(chǎng)外突然置入，則磁通變化量都等于Φ；如果將測(cè)量線圈在被測(cè)磁場(chǎng)中以線圈平面為軸旋轉(zhuǎn)180o，則磁通變化量等于2Φ。第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

2．磁通沖擊常數(shù)的測(cè)量

測(cè)量電路如圖。利用S倒向使的一次側(cè)電流改變方向，從而使磁場(chǎng)的方向改變，以獲得較大的磁通變化，調(diào)節(jié)R1使M通過(guò)一次側(cè)的電流為I，則M的二次側(cè)線圈交鏈的磁鏈為測(cè)量磁通沖擊常數(shù)的電路第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)電流I從變化到-I時(shí)，有則得四、磁通門(mén)法磁通門(mén)法是利用高磁導(dǎo)率的鐵心在交流勵(lì)磁下調(diào)制鐵心中的直流磁場(chǎng)分量，并將直流磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷旱囊环N方法。

第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

１．探頭探頭由高導(dǎo)磁率、低矯頑力的軟磁材料制成，上面繞有勵(lì)磁線圈N1和測(cè)量線圈N2

，其結(jié)構(gòu)如圖所示。探頭的結(jié)構(gòu)

勵(lì)磁線圈N1通入三角波勵(lì)磁電流i1（也可以其他波形），電流i1足夠大，使鐵心充分飽和。

當(dāng)外加磁場(chǎng)等于0時(shí)，在交流三角波勵(lì)磁磁場(chǎng)作用下，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是對(duì)稱的梯形波，梯形波的上升沿和下降沿在測(cè)量線圈中感應(yīng)出的電勢(shì)是對(duì)稱的方波，如圖所示，該方波中只有奇次諧波而沒(méi)有偶次諧波。第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日外加磁場(chǎng)等于0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度和感應(yīng)電勢(shì)的波形第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

當(dāng)外加磁場(chǎng)不等于0時(shí)，鐵心除了受交流磁場(chǎng)H作用外，

還受直流磁場(chǎng)H0作用。在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)方向相同的半周期中，鐵心提前進(jìn)入飽和區(qū)，滯后退出飽和區(qū)；在交流磁場(chǎng)與直流磁場(chǎng)方向相反的半周期，鐵心滯后進(jìn)入飽和區(qū)，提前退出飽和區(qū)。因此，鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B′是不對(duì)稱的

梯形波，如圖所示。外加磁場(chǎng)不等于0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度和感應(yīng)電勢(shì)的波形第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

此方波中不但有奇次諧波，還包含偶次諧波，偶次諧波的大小和相位分別反映了直流磁場(chǎng)的大小和方向，測(cè)出測(cè)量線圈中感應(yīng)電勢(shì)偶次諧波電壓的幅值和相位，即可測(cè)得直流磁場(chǎng)的大小和方向。

２．磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)采用磁通門(mén)法實(shí)現(xiàn)的測(cè)量裝置稱為磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)，它由探頭和測(cè)量電路兩部分組成，磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。

第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日磁通門(mén)磁強(qiáng)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)框圖

第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

五、霍爾效應(yīng)法

1．原理當(dāng)把一塊金屬或半導(dǎo)體薄片放在磁場(chǎng)中時(shí)，沿垂直磁場(chǎng)方向通入流

I

，則在薄片另一方向的側(cè)面產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)eH

，即霍爾電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)?；魻栯妱?dòng)勢(shì)為霍爾效應(yīng)示意圖

第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日式中的RH為霍爾系數(shù)，它是一個(gè)與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；d為霍爾元件厚度；K為霍爾元件形狀系數(shù)，是一個(gè)與霍爾元件長(zhǎng)度和寬有關(guān)的常數(shù)；I為通過(guò)霍爾元件的電流；B為外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)保持不變時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)和工作電流都是直流時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)為直流；當(dāng)兩者之一為交變時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)就是交變的。由于交流信號(hào)易于放大，所以在測(cè)量直流磁場(chǎng)時(shí)往往采用交流供電；而在測(cè)量交流磁場(chǎng)時(shí)則采用直流供電。第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．不等位電勢(shì)補(bǔ)償從理論上講，當(dāng)電流和磁場(chǎng)之一為零時(shí)，霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)就應(yīng)該等于零，但由于制造工藝的缺陷，當(dāng)有驅(qū)動(dòng)電流無(wú)磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)不等于零，此時(shí)輸出的霍爾電勢(shì)稱為不等位電勢(shì)。在這種情況下，必須對(duì)不等位電勢(shì)進(jìn)行補(bǔ)償。右圖給出了不等位電勢(shì)的補(bǔ)償電路，通過(guò)調(diào)節(jié)RW可以調(diào)節(jié)2端的電位，可以使不等位電勢(shì)等于零。不等位電勢(shì)的補(bǔ)償電路第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日3．溫度補(bǔ)償由于霍爾元件是由金屬和半導(dǎo)體材料制成的，因此，對(duì)溫度的變化比較敏感，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，將給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。溫度補(bǔ)償電路H421RSISIH3I右圖給出了一種簡(jiǎn)單的溫度補(bǔ)償電路，霍爾元件由恒流源供電，在1，3兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，當(dāng)溫度升高時(shí)，霍爾電勢(shì)和內(nèi)阻都隨之增加，由于I恒定不變，RS起到分流作用，使流過(guò)霍爾元件的電流減小，從而降低霍爾電勢(shì)，取合適的RS，可以使輸出的霍爾電勢(shì)保持不變。第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

4．交流弱磁場(chǎng)的測(cè)量對(duì)于交流弱磁場(chǎng)的測(cè)量常采用檢零式測(cè)量原理，其測(cè)量電路如圖所示。當(dāng)被測(cè)直流弱磁場(chǎng)穿過(guò)霍爾元件時(shí)，在霍爾元件的輸出端產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)通過(guò)放大后，其輸出電流通過(guò)線圈在鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)B0，B0與被測(cè)磁場(chǎng)互相抵消，有

交流弱磁場(chǎng)的測(cè)量電路第二十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日電流在電阻R兩端產(chǎn)生的電壓得該電壓通過(guò)交直流電壓轉(zhuǎn)換器，輸出直流電壓為電壓UO與被測(cè)磁場(chǎng)的有效值成正比，所以通過(guò)對(duì)的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)交流弱磁場(chǎng)的測(cè)量。第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

對(duì)于交流強(qiáng)磁場(chǎng)常采用直接式測(cè)量，測(cè)量電路如圖。

5．交流強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量交流強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量電路當(dāng)被測(cè)直流磁場(chǎng)B穿過(guò)霍爾元件時(shí)，在霍爾元件輸出的霍爾電勢(shì)經(jīng)放大后，得輸出電壓因此，通過(guò)對(duì)uo的測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)交流強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量。第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

6．用霍爾效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題（1）要保持電流方向與磁場(chǎng)方向垂直；（2）測(cè)量非均勻磁場(chǎng)時(shí)，霍爾探頭要盡量??；（3）對(duì)霍爾元件必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償和不等位電勢(shì)補(bǔ)償；（4）霍爾元件的供電電流要足夠穩(wěn)定，否則也會(huì)產(chǎn)生誤差；（5）測(cè)量較弱磁場(chǎng)時(shí)應(yīng)采用霍爾系數(shù)較大的材料作霍爾元件，以獲得較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)。第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

六、磁通表法

1．結(jié)構(gòu)磁通表是測(cè)量磁通的直讀儀表，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

2．工作原理通過(guò)測(cè)量線圈的磁鏈變化為磁通表的結(jié)構(gòu)通過(guò)表內(nèi)可動(dòng)線圈的磁鏈變化為根據(jù)第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日有令得所以，根據(jù)磁通改變前后磁通表的指針偏轉(zhuǎn)角的變化，可以決定磁通的變化量。

第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

七、核磁共振法根據(jù)塞曼(P．Zeeman)效應(yīng)原理，在外磁場(chǎng)的作用下，原子的能級(jí)將發(fā)生分裂，當(dāng)用一個(gè)等于塞曼躍遷頻率的電磁場(chǎng)作用在原子上時(shí)，塞曼能級(jí)之間將發(fā)生感應(yīng)躍遷，這種現(xiàn)象稱為磁共振。理論和實(shí)驗(yàn)證明，塞曼能級(jí)分裂的能量與外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。因此，只要測(cè)量出磁共振時(shí)施加的磁場(chǎng)的頻率，就可求得能級(jí)分裂的能量，從而可確定外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于頻率可以測(cè)量得非常準(zhǔn)確，所以利用磁共振法可以準(zhǔn)確地測(cè)量磁場(chǎng)。返回本章首頁(yè)第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日八、超導(dǎo)測(cè)量法超導(dǎo)結(jié)

超導(dǎo)結(jié)超導(dǎo)測(cè)量法是利用超導(dǎo)結(jié)的臨界電流隨外磁場(chǎng)周期起伏變化的現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)測(cè)量的，如圖所示。在超導(dǎo)結(jié)兩端加上電源，電壓表無(wú)顯示時(shí)電流表顯示的電流為超導(dǎo)電流，電壓表開(kāi)始有顯示時(shí)電流表所顯示的電流為臨界電流。

第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)加入磁場(chǎng)后，臨界電流將有周期性起伏變化，其極大

值逐漸衰減，振蕩的次數(shù)乘以磁通量子即透入超導(dǎo)結(jié)的磁通

量。因?yàn)榇磐ㄅc外磁場(chǎng)成正比，求出磁通也就求出了磁場(chǎng)。

若磁場(chǎng)有變化，則磁通也變化，臨界電流的振蕩次數(shù)乘以磁

通量子就可反映磁場(chǎng)變化的大小。因此，通過(guò)測(cè)量利用超導(dǎo)

結(jié)可測(cè)量磁場(chǎng)的大小及變化。

由于低溫較難達(dá)到，為了使超導(dǎo)材料具有實(shí)用性，現(xiàn)有超導(dǎo)測(cè)磁儀器主要是對(duì)高溫超導(dǎo)進(jìn)行測(cè)量。超導(dǎo)量子干涉裝置（SQUID）是典型的高溫超導(dǎo)測(cè)磁儀器，是目前靈敏度最高的低強(qiáng)度磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器。超導(dǎo)測(cè)量法適應(yīng)的磁場(chǎng)頻率范圍很寬，能響應(yīng)的磁場(chǎng)頻率變化在0～1000MHz之間。第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三節(jié)鐵磁材料靜態(tài)磁性的測(cè)量鐵磁材料的靜態(tài)磁性是指磁性材料在直流磁場(chǎng)磁化下的磁特性，即磁性材料的直流磁化曲線、磁滯回線以及由這些曲線所定義出的磁參量，如剩磁、矯頑力、磁導(dǎo)率等。

一、測(cè)量樣品

1．閉路樣品

2．開(kāi)路樣品

3．樣品的去磁動(dòng)畫(huà)演示

二、磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量測(cè)量樣品內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般都采用測(cè)量線圈，使測(cè)量線圈緊貼樣品表面密繞在樣品的均勻磁化部分，如圖所示。第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日根據(jù)沖擊法或感應(yīng)法測(cè)

出樣品的總磁通，在沿截面均勻磁化的條件下，樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為由于測(cè)量線圈和樣品表面之間可能存在氣隙，測(cè)得總磁通中包含氣隙磁通在內(nèi)，按上式算出的B就會(huì)偏大，為消除這種誤差，可采用修正后的公式計(jì)算，修正后的公式為測(cè)量線圈的繞法第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日

三、磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量

1．扁平線圈法通過(guò)測(cè)量緊貼樣品表面空氣中的磁場(chǎng)強(qiáng)度就能完全確定樣品內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

用扁平線圈測(cè)量樣品內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)測(cè)量線圈的磁鏈樣品表面內(nèi)外的磁場(chǎng)強(qiáng)度用扁平線圈測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的電路

得樣品中的磁場(chǎng)強(qiáng)度第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日2．雙層同軸線圈法如圖，兩層線圈的匝數(shù)相同，均為N匝，內(nèi)層線圈緊貼樣品表面，外層線圈與內(nèi)層線圈之間墊著絕緣片。內(nèi)層線圈的面積為S1，外層線圈的面積為S2

，穿過(guò)內(nèi)層線圈截面的磁通為樣品內(nèi)部的磁通，穿過(guò)外層線圈截面的磁通等于樣品內(nèi)部的磁通再加上的環(huán)形面積中穿過(guò)的磁通，該磁通為當(dāng)兩層線圈反向串接時(shí)，它的總磁鏈為兩者磁鏈之差則樣品內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度為

第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、基本磁化曲線的測(cè)量返回本章首頁(yè)演示沖擊法測(cè)量基本磁化曲線的電路由于基本磁化曲線是一系列磁滯回線頂點(diǎn)的連線，因此，沒(méi)有必要測(cè)出所有的磁滯回線，只需要測(cè)出磁滯回線在第一象限的頂點(diǎn)即可。測(cè)量磁滯回線頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以根據(jù)測(cè)得的磁化電流來(lái)計(jì)算；測(cè)量對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可根據(jù)沖擊法進(jìn)行測(cè)量，電路如圖。

第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日采用電流遞增的方式進(jìn)行測(cè)量，先給定測(cè)量所需的最

小磁化電流I1，根據(jù)計(jì)算第一個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，再利用沖擊法測(cè)量對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨后依次增加磁化電流I2，I3…，分別重復(fù)上述步驟，得到一系列磁滯回線的頂點(diǎn)（B1，H1）、（B2，H2）…，最后將各頂點(diǎn)連接起來(lái)，就得到了基本磁化曲線。第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四節(jié)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁性的測(cè)量

動(dòng)態(tài)磁性測(cè)量的主要對(duì)象是鐵磁材料在工頻、音頻或射頻交流磁化下所表現(xiàn)出的磁性能，包括交流磁化曲線、交流磁滯回線、鐵損和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的測(cè)量等。

一、交流磁化曲線的測(cè)量測(cè)量交流磁化曲線的電路

交流磁化曲線是指在一定頻率下，磁感應(yīng)強(qiáng)度為正弦量時(shí)，樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值與磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值的關(guān)系曲線。第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)給磁化線圈通入電流時(shí)，在測(cè)量線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)用平均值電壓表測(cè)出電動(dòng)勢(shì)在半周期的平均值，得

當(dāng)磁化電流為正弦量時(shí)，從電流表讀出磁化電流的有效值，然后計(jì)算出最大值，則磁場(chǎng)強(qiáng)度的最大值為當(dāng)磁化電流為非正弦量時(shí)，在磁化回路中串入一個(gè)互感器M，則在互感器二次側(cè)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日同樣用平均值電壓表測(cè)出在半周期的平均值，可得磁化電流的最大值然后再計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的最大值。至此，得到了磁化曲線的第一個(gè)點(diǎn)（Hm1，Bm1），隨后依次增加磁化電流I2，I3…，分別重復(fù)上述步驟，得到一系列磁滯回線的頂點(diǎn)（Bm1，Hm1）、（Bm2，Hm2）…，最后將各頂點(diǎn)連接起來(lái)，就得到了交流磁化曲線。第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日測(cè)量交流磁化曲線時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）測(cè)量前，樣品要充分去磁，并保證樣品有良好的絕緣；（2）根據(jù)被測(cè)材料的使用情況，選擇磁化電源的頻率；（3）要求測(cè)量過(guò)程中和都保證是正弦量是不可能的，因此一般要求保證為正弦的測(cè)量條件，以便評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。保證B為正弦，首先要求磁化電流有良好的正弦性，其次，磁化電路的電阻應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于感抗值，一般要求感抗與電阻的比值大于50。第四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、鐵芯損耗的測(cè)量功率表法測(cè)鐵損的電路下圖是功率表法測(cè)鐵芯損耗的電路。

圖中的電流表和電壓表采用電動(dòng)系或電磁系，r1和r2分別為一次和二次線圈的導(dǎo)線電阻，功率表的電壓線圈接二次側(cè)電壓，以避免一次側(cè)線圈銅損帶來(lái)的誤差。第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日一次側(cè)線圈輸出的功率包括三部分，可表示為等號(hào)右邊第一項(xiàng)是樣品磁化所消耗的功率，即鐵損；第二項(xiàng)是二次側(cè)線圈的銅損；第三項(xiàng)是電壓表內(nèi)阻的損耗。

可得一般情況，取N1=N2，又因，故上式寫(xiě)成取上式兩邊在一周期內(nèi)的積分，可得鐵損的平均值為第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的測(cè)量軟磁材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度近似為線性關(guān)系，材料

中的磁場(chǎng)強(qiáng)度為正弦時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度也為正弦，但磁感應(yīng)強(qiáng)度

滯后磁場(chǎng)強(qiáng)度一個(gè)δ角。則磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比被定義為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，即復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部叫彈性磁導(dǎo)率，可表示材料的導(dǎo)磁性

能；虛部叫粘性磁導(dǎo)率，可表示材料的損耗。

將被測(cè)樣品及線圈等效成下圖的電路。第四十六頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D中的Rd為樣品線圈的直流電阻，Rx表示鐵芯損耗的電阻，Lx是被測(cè)樣品線圈的等值電感。用三表法、電橋法等方法測(cè)出Rx和Lx即可按下式計(jì)算出復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部。第四十七頁(yè)，共五十二頁(yè)，編輯于2023年，星期日第五節(jié)金屬管道缺陷的無(wú)損漏磁檢測(cè)一、金屬管道缺陷的無(wú)損漏磁檢測(cè)原理返回本章首頁(yè)利用磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)可以進(jìn)行金屬管道的漏磁無(wú)損檢測(cè)，對(duì)抑制管道泄漏和保證管道正常運(yùn)行等具有十分重要的意義。下圖是交變漏磁檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖，由線圈產(chǎn)生交流激勵(lì)磁場(chǎng)，利用霍爾元件檢測(cè)工件漏磁場(chǎng)的變化，適合于鋼管表面最容易出現(xiàn)的裂紋缺陷的檢測(cè)，對(duì)于測(cè)量螺紋缺陷具有很高的靈敏度和精確度。