第5章-磁性電測(cè)儀表課件

第5章磁性電測(cè)儀表5.1前言5.2空間磁場(chǎng)、磁通的測(cè)量5.3磁性材料的測(cè)量12

第5章磁性電測(cè)儀表

磁的測(cè)量是電工測(cè)量技術(shù)的一個(gè)重要方面，它包括兩方面的內(nèi)容：磁場(chǎng)的測(cè)量如要求在一些磁性元件內(nèi)或設(shè)備某個(gè)部位產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)，或要求在某個(gè)空間范圍內(nèi)對(duì)磁場(chǎng)隔離而進(jìn)行磁場(chǎng)屏蔽，就需要進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量。磁性材料的測(cè)量為了合理選用磁性材料或檢驗(yàn)磁性材料的磁性能，就需要對(duì)材料進(jìn)行磁性能的測(cè)量。

5.1前言

第5章磁性電測(cè)儀表

磁場(chǎng)的測(cè)量主要是對(duì)空間磁參量的測(cè)量：磁通量F；磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）B

等

5.1前言3

第5章磁性電測(cè)儀表

磁性材料的測(cè)量主要是揭示材料在外磁場(chǎng)作用下表現(xiàn)出來(lái)的宏觀磁特性：靜態(tài)特性-動(dòng)態(tài)特性-

5.1前言磁化曲線磁滯回線磁導(dǎo)率磁性材料分為軟磁材料：軟鐵、硅鋼、玻莫合金、軟磁鐵氧體、非晶和超微晶合金等。

常用于恒定磁場(chǎng)、交變磁場(chǎng)、交直流同時(shí)激勵(lì)、脈沖磁場(chǎng)中的導(dǎo)磁體。損耗低、導(dǎo)磁性能良好。硬磁材料：鎢鋼、鉻鋼、鋁鎳鈷合金、含稀土元素的合金、硬磁鐵氧體等。（通常稱為永久磁鐵）保磁性能良好，能提供恒定磁場(chǎng)。5.1前言

第5章磁性電測(cè)儀表55.1前言

第5章磁性電測(cè)儀表磁學(xué)量的度量單位：67磁場(chǎng)測(cè)量依據(jù)的主要原理：磁極間的機(jī)械力效應(yīng)（如磁強(qiáng)計(jì)）。電磁感應(yīng)定律：磁和電現(xiàn)象之間的相互關(guān)系。安培定律：描述了載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受電動(dòng)力F=BIL。畢奧-沙伐定律：在一個(gè)坐標(biāo)系中載流導(dǎo)線在考察點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H約瑟夫森效應(yīng)：具有弱藕合超導(dǎo)結(jié)的超導(dǎo)電流環(huán)中的磁通，由于超導(dǎo)結(jié)的隧道效應(yīng)而量子化。物質(zhì)的磁效應(yīng)，主要包括霍爾效應(yīng)、磁電阻效應(yīng)、核磁共振效應(yīng)、磁光效應(yīng)（法拉第效應(yīng)、克爾效應(yīng)、塞曼效應(yīng)、干涉效應(yīng)等）等。5.1前言

第5章磁性電測(cè)儀表本章目標(biāo)：5.1前言

第5章磁性電測(cè)儀表

本章主要討論空間磁場(chǎng)和磁性材料磁性能的測(cè)量方法和儀器,重點(diǎn)介紹基本測(cè)量方法和儀器的原理。85.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表5.2.1、基于電磁感應(yīng)原理的測(cè)量方法5.2.2、基于磁通門磁強(qiáng)計(jì)的測(cè)量方法5.2.3、基于霍爾效應(yīng)的測(cè)量方法5.2.4、基于核磁共振的測(cè)量方法back95.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量電磁感應(yīng)：穿過(guò)線圈的變化磁通會(huì)在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)被測(cè)磁場(chǎng)：按正弦規(guī)律變化的交流磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

第5章磁性電測(cè)儀表5.2.1基于電磁感應(yīng)原理的方法105.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量直流磁場(chǎng)?變化改變?nèi)藶楦淖兺ㄟ^(guò)測(cè)量線圈的磁通脈沖感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)沖擊法磁通表法沖擊檢流計(jì)

第5章磁性電測(cè)儀表11125.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表改變穿過(guò)測(cè)量線圈磁通的方法有多種：（1）如果被測(cè)的直流磁場(chǎng)是由通電線圈產(chǎn)生的，切斷線圈的電流或者突然改變線圈中電流的方向可以使穿過(guò)線圈的磁通變化F或2F

；（2）若被測(cè)磁通是永久磁鐵或者是地磁場(chǎng)產(chǎn)生的，可以把測(cè)量線圈從磁場(chǎng)中迅速地移到磁場(chǎng)為零的地方；（3）把測(cè)量線圈在原地轉(zhuǎn)動(dòng)180o，使穿過(guò)線圈的磁通變化F或2F

。無(wú)論哪種方法，均力求使磁通的變化時(shí)間盡量短，以便使測(cè)量線圈中的脈沖感應(yīng)電勢(shì)值在沖擊檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)前已經(jīng)消失。5.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表[1]沖擊法——沖擊檢流計(jì)是一種特殊結(jié)構(gòu)的磁電系檢流計(jì)。

與普通檢流計(jì)的區(qū)別在于動(dòng)圈框架較寬，質(zhì)量比較大，因此它具有較大的慣性。可動(dòng)部分用懸絲吊掛，反作用力矩小。沖擊檢流計(jì)是一個(gè)測(cè)量脈沖電荷量的儀表。將磁通的變化量轉(zhuǎn)換成脈沖電荷量，即可用沖擊檢流計(jì)測(cè)量磁通。13線圈中磁通變化量為5.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表被測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度與沖擊檢流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)角成正比。式中，為磁通沖擊常數(shù)，與沖擊檢流計(jì)的電阻和線圈電阻以及檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)有關(guān)。這樣便可得到磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H：14S1S2S3S45.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表沖擊檢流計(jì)的電量沖擊常數(shù)，也可以從產(chǎn)品說(shuō)明書上找到。測(cè)量磁通沖擊常數(shù)

的電路圖Step0,S1、S3閉合，S2投1，S4投1；Step1,調(diào)整Rp，使電流I達(dá)到合適；Step3,斷開(kāi)S3，S2迅速投2，讀檢流計(jì)可得。Step4,S4投2，可進(jìn)行磁通測(cè)量。15165.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表沖擊法測(cè)量直流磁通的操作方法比較復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，但準(zhǔn)確度比較高。

用磁通計(jì)測(cè)量磁通則操作簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度比沖擊法低。它是生產(chǎn)和科研中常用的方法。5.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表磁通表的阻尼因數(shù)β=∞，是嚴(yán)重的過(guò)阻尼。磁通表的指針能隨意平衡，不返回零位。磁通表中的電流是靠無(wú)力矩導(dǎo)流絲導(dǎo)入和導(dǎo)出可動(dòng)線圈的。磁通計(jì)又稱“韋伯計(jì)”。它與普通磁電系檢流計(jì)的主要區(qū)別是沒(méi)有產(chǎn)生反作用力矩的懸絲或張絲。[2]磁通計(jì)——175.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表磁通表測(cè)量磁通的示意圖與沖擊檢流計(jì)相同，測(cè)量線圈置于待測(cè)磁場(chǎng)，線圈兩端接到磁通表上，線圈中磁通的改變方法與前述一致?？赏茖?dǎo)得到磁通表的偏轉(zhuǎn)角為式中，為磁通表的磁通常數(shù)，與回路電阻有關(guān)，一般由儀表給出，不需測(cè)量185.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

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)榻涣麟妷狠敵龆M(jìn)行測(cè)量的儀器。探頭實(shí)際上是一個(gè)磁傳感器，由軟磁材料制成，并繞有勵(lì)磁線圈N1和測(cè)量線圈N2。

第5章磁性電測(cè)儀表由高磁導(dǎo)率軟磁材料制成的鐵心同時(shí)受交變及恒定兩種磁場(chǎng)作用，由于磁化曲線的非線性，以及鐵心工作在曲線的非對(duì)稱區(qū)，使得纏繞在鐵心上的檢測(cè)線圈感生的電壓中含有偶次諧波分量，特別是二次諧波。此諧波電壓與恒定磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例。通過(guò)測(cè)量檢測(cè)線圈的諧波電壓，計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。5.2.2基于磁通門磁強(qiáng)計(jì)的方法195.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表霍爾效應(yīng)是指運(yùn)動(dòng)著的電荷在磁場(chǎng)中受力的一種物理現(xiàn)象?；魻栃?yīng)測(cè)量磁場(chǎng)的特點(diǎn)：連續(xù)讀取被測(cè)磁感應(yīng)的數(shù)值，無(wú)觸點(diǎn)、機(jī)械性能好、使用壽命長(zhǎng)。體積小、厚度薄，能在很小的空間體積內(nèi)（零點(diǎn)幾立方毫米）和小氣隙（幾微米）中測(cè)量磁場(chǎng)?？茖W(xué)家愛(ài)德文·霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的

5.2.3基于霍爾效應(yīng)的方法205.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)半導(dǎo)體內(nèi)載流子的速度N

—半導(dǎo)體每單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目q—每個(gè)載流子的電荷量載流子在磁場(chǎng)內(nèi)所受的電磁力聚積起來(lái)的載流子電荷將產(chǎn)生相反的電場(chǎng)力back215.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表back國(guó)產(chǎn)的CT3型特斯拉計(jì)是用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器，可以測(cè)量交流和直流磁感應(yīng)強(qiáng)度，其結(jié)構(gòu)方框圖如圖所示。225.2空間磁場(chǎng)、磁通測(cè)量

第5章磁性電測(cè)儀表back5.2.4基于核磁共振的方法用核磁共振現(xiàn)象精確地測(cè)量磁場(chǎng)的理論是1946年以后提出來(lái)的。在電磁波的作用下，原子核在外磁場(chǎng)中的磁能級(jí)之間的共振躍進(jìn)現(xiàn)象稱為“核磁共振”。核磁共振理論提供了一種非常有用而準(zhǔn)確的磁場(chǎng)測(cè)量方法，得到了廣泛應(yīng)用。目前，核磁共振磁強(qiáng)計(jì)在國(guó)內(nèi)外均有商品出售，它的測(cè)量范圍約為1×10-2～2T，準(zhǔn)確度可達(dá)到10-5。但是，它只能在均勻磁場(chǎng)中使用。235.3磁性材料的測(cè)量磁性材料的性能主要表現(xiàn)在它的磁化曲線和磁滯回線上。測(cè)量磁性材料的性能主要通過(guò)測(cè)量磁化曲線和磁滯回線取得。測(cè)量磁滯回線時(shí)要注意兩個(gè)問(wèn)題:(1)材料的磁性能與工作條件有關(guān)。測(cè)量磁性能要使材料工作在實(shí)際條件下，然后進(jìn)行測(cè)定。(2)磁材料需要取出樣品進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)要求樣品全部工作在同一工作條件下，也就是說(shuō)要求測(cè)試樣品內(nèi)部有一個(gè)均勻的磁場(chǎng)。否則，樣品各點(diǎn)的B與H值不相同，測(cè)出的只是一種平均狀態(tài)。

第5章磁性電測(cè)儀表245.3.2軟磁材料特性測(cè)量[1]磁性材料樣品

第5章磁性電測(cè)儀表閉合磁路樣品棒狀開(kāi)路樣品方形環(huán)形2526

第5章磁性電測(cè)儀表磁化曲線材料在恒定或非常低頻（約幾Hz）的交變場(chǎng)的作用下的特性[2]磁性材料靜態(tài)特性－磁化表征材料在外磁場(chǎng)H作用下磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨H變化的曲線為磁化曲線。5.3.1磁性材料的特性磁中性磁化磁飽和磁化曲線過(guò)零點(diǎn)單調(diào)上升27

第5章磁性電測(cè)儀表磁化曲線的磁導(dǎo)率定義為B與H的比值。軟磁材料的磁導(dǎo)率曲線

過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)基本磁化曲線所作切線的斜率為最大磁導(dǎo)率5.3.1磁性材料的特性28軟磁材料的磁滯回線族和基本磁化曲線硬磁材料的磁滯回線及次環(huán)

第5章磁性電測(cè)儀表[3]磁性材料靜態(tài)特性－反磁化外磁場(chǎng)正負(fù)變化一周，磁感沿一個(gè)閉合曲線變化一周，這閉合曲線稱為磁滯回線。磁滯回線所包含的面積代表外磁場(chǎng)對(duì)材料做的功，就是所消耗的能量，稱為磁滯損耗。5.3.1磁性材料的特性沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品直流特性的電路[4]沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品的磁特性

第5章磁性電測(cè)儀表用沖擊法測(cè)量環(huán)狀樣品的直流磁特性，樣品中的H通過(guò)測(cè)量磁化電流I，由公式算出：沖擊法測(cè)量的主要任務(wù)就是測(cè)量環(huán)狀樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。N1為勵(lì)磁線圈，S2、S開(kāi)關(guān)接通E；測(cè)磁化曲線時(shí)S1短接，磁滯回線用；N2為測(cè)量線圈，P為沖擊檢流計(jì)。測(cè)量前樣品必須退磁：直流&交流；退磁后樣品必須穩(wěn)定一段時(shí)間；測(cè)量前先測(cè)定沖擊檢流計(jì)在該具體電流中的磁通沖擊常數(shù)Cq。此時(shí)所有可調(diào)電阻不能再調(diào)，保證回路總電阻不變。5.3.2軟磁材料特性測(cè)量29基本磁化曲線測(cè)量示意圖

沖擊法測(cè)量磁滯回線

第5章磁性電測(cè)儀表5.3.2軟磁材料特性測(cè)量3031

第5章磁性電測(cè)儀表[5]磁性材料動(dòng)態(tài)特性在動(dòng)態(tài)磁化時(shí)，材料的導(dǎo)磁率發(fā)生變化。在反復(fù)磁化時(shí)，材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是落后于磁場(chǎng)的變化，稱為磁滯（過(guò)程）。動(dòng)態(tài)磁化曲線一般指在工頻以上交變磁場(chǎng)中的磁性材料的B~H曲線，縱坐標(biāo)可以是Bmax（最大值）、Bav（平均值）或Brms（有效值）等，橫坐標(biāo)可以是Hmax、Hrms等，采用哪種，由工程技術(shù)決定。假設(shè)動(dòng)態(tài)磁化時(shí)的磁場(chǎng)是按照正弦變化的，磁滯現(xiàn)象在動(dòng)態(tài)磁化時(shí)表現(xiàn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度總是比磁場(chǎng)的變化落后一個(gè)相位，其直接后果就是材料的導(dǎo)磁率變成了一個(gè)復(fù)數(shù)。這個(gè)導(dǎo)磁率分成兩部分：一是和磁場(chǎng)方向（或者說(shuō)相位）相同的部分，稱為復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的實(shí)部，又稱為彈性導(dǎo)磁率，它代表材料磁化時(shí)所能夠儲(chǔ)存的能量；二是和磁場(chǎng)相位成90度的部分，稱為復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率的虛部（損耗導(dǎo)磁率），它代表材料在動(dòng)態(tài)磁化時(shí)所消耗的能量。其次，材料在動(dòng)態(tài)磁化時(shí)將產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致渦流損耗。渦流損耗在軟磁材料中是有害的。

back5.3.1磁性材料的特性經(jīng)常不斷地學(xué)習(xí),你就什么都知道。你知