第6章电气测量

.,第一节概述第二节磁场的测量第三节磁性材料的测量,第六章磁的测量,ElectricalMeasure,.,本章要点,电磁测量包括电测量和磁测量，但磁的测量在工程上用的较少，一般多在设计和研究领域中使用。在生产磁性材料的工厂，如硅钢片厂、磁钢厂，使用的多是专用装置，这些装置在一般工厂并不常见，所以本章只介绍磁测量的的基本内容和基本原理，以及通用的磁测量装置，为将来可能从事磁测量工作的同学打下一个基础，在介绍中，也暂不涉及测量中的具体技术问题。,.,第一节概述,磁测量包括两个方面一.磁场测量1、磁场：运动电荷（电流）的周围空间存在着一种特殊的物质。磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。2、磁感应强度B是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷)有作用，而电流(或运动电荷)也将产生磁场。3、磁感应强度B在面积S上的通量积分称为磁通,.,4、磁场强度H是计算磁场时常用的物理量，也是矢量。它与磁感应强度矢量的关系为,工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流的关系,5、磁导率是表示磁场空间媒介磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。前面已导出环形线圈的磁场强度H，可得磁感应强度B为,.,磁场测量就是测量某个空间或某个位置的磁场强度、或磁感应强度。例如建造一个磁隔离室，就需要测量室内磁场是否完全被屏蔽。又例如对磁铁进行充磁或退磁，就需要测量充磁或退磁的磁场强度是否足够。,.,二.磁性材料的磁性能测量磁性材料：由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质。非磁性材料：如空气、铜、铝和绝缘材料等。,图磁化曲线,.,硬磁材料,硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽力较大（在120-20000A/M，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜于制作永久磁铁。,.,软磁材料,软磁材料（如硅钢片）的磁滞回线窄，矫顽力小（一般小于120A/M），但它的磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，通常用于制造电机、变压器和电磁铁。,.,磁性材料的磁性能表现在它的磁化曲线和磁滞回线上，所以测量磁性材料的磁性能，实际上就是测定磁化曲线和磁滞回线。由于材料在直流状态下和在交流状态下的表现各异，所以要根据需要，按实际工作条件，测量其直流磁特性或交流磁特性。,.,磁化曲线,磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系。,.,铸铁、铸钢及硅钢片的磁化曲线,.,磁滞回线,当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场H，介质的磁感应强度B并不沿着起始磁化曲线减小，B的变化滞后于H的变化。这种现象叫磁滞。在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。,图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线,图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线,图3铁磁材料与H并系曲线,.,磁滞现象：铁磁材料的磁化过程是不可逆的。,反向减小H到0，则B沿de到Br。H按原方向增加经ef到Hc；继续增大H，则B沿fa回到原来饱和状态。,当铁磁质达到饱和后，减小H，B沿图ab下降；当H=0时BBr，称为剩磁。当HHc时，B=0，bc段是退磁曲线Hc称为矫顽力；反向继续增大H，铁磁质反向沿cd段达到饱和；,-Hc,-Br,Br,.,常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力,材料名称,返回本章首页,.,第二节磁场的测量,一、用冲击检流计测量磁通冲击检流计：一种特殊结构的磁电系仪表，主要用于测量暂短的脉冲电量。,.,.,冲击检流计特性：冲击检流计的可动线圈具有较大的惯性，若与另一测量线圈相连接，则测量线圈所感应的瞬时电流与持续时间的乘积与冲击检流计的可动线圈的最大偏转角成正比。,.,冲击检流计测量磁通原理：测量磁场时将测量线圈移进到被测磁场，从冲击检流计的最大偏转角，求得测量线圈所处的空间的磁通变化量。,若从被测磁场移出，磁通变化量即等于磁通量，若将测量线圈旋转180，磁通变化量等于磁通量两倍。,.,二、磁通计磁通计又称“韦伯计”，是一种特殊结构的磁电系检流计。1.磁通计结构：磁通计使用高阻尼、无反作用游丝的磁电系仪表，偏转后可动线圈会停留在最终位置，不会因为断电而退回零点。因此可以用来测量偏转角的最大值，开始测量时可用复位按钮将指针调回到零点位置。然后将测量线圈移进或移出磁场，测定偏转角的最大值。,.,2.磁通计测量原理：将测量线圈移进被测磁场，或从被测磁场移出，测量线圈所感应的电动势可按下式求出,也就是磁通计的偏转角与被测磁通变化量成正比。,.,三、高斯计高斯计也就是特斯拉计，是利用半导体霍尔效应原理检测磁性材料或物体上的一个点及一个面的磁感应强度的仪器。其主要部件是霍耳探头、电子线路和指示电表。霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。,.,.,返回本章首页,高斯计是利用半导体的霍尔效应来测量磁感应强度的仪器。若用电压表测量，就可以根据的电压值求出对应高斯值，或者直接在电压表的标尺上，用高斯值刻度，即构成了高斯计。,.,第三节磁性材料的测量,一、磁性材料测量方法要测量磁性材料的性能首先要把待测材料制成试样并在试样上绕制线圈，然后根据材料的工作条件，测量它的直流或交流磁特性。测量时要求样品内部磁场必须分布均匀。试样可制成环状、棒状或条状。,.,二、用冲击电流计测量磁性材料直流磁特性用冲击电流计测量磁特性步骤第一步：测定冲击电流计的磁通冲击常数,图中先将开关投向右边，由电流表测出通过互感的电流值，记下冲击电流计测出的最大偏转角。,若式中M为已知，可从上式求得值。,.,用冲击电流计测量磁特性步骤第三步：测量基本磁化曲线从最大磁感应强度的较小的值开始，依次改变磁化电流，将每次磁化电流值代入安培环路定律的公式，求出磁场强度H，再用冲击电流计测出磁感应强度B，根据每次对应的H、B。即可画出基本磁化曲线。,.,用冲击电流计测量磁特性步骤第四步：测定磁滞回线由于磁滞回线是对称的，所以只要测出磁滞曲线的一个半边，另一个半边就可以按对称原则画出。测量时励磁电流可以从最大值开始，然后逐渐调小，直至等零。然后再从零向负向最大值调节，至负最大值为止。之间可以取若干点。测量顺序如下式。,.,三、交流磁特性的测量交流磁特性是指磁性材料在交变磁场反复磁化时所测出的H-B关系曲线。并称为动态磁滞回线。若交变磁场的磁场强度最大值不同，所形成的动态磁滞回线也不同，将不同的动态磁滞回线顶点连起来，即形成动态磁化曲线。从动态磁化曲线上求出的磁导率，则称之为振幅磁导率。可见交流磁特性可归结为的测量。,.,1.最大磁感应强度的测量,移项得,.,2.最大磁场强度的测量测量最大磁场强度必须测出通过样品绕组的最大电流，由于电流不是正弦波，磁化电流最大值要用一个互感线圈测量。,.,四、在交变