电气测量技术.ppt

1、9. 磁 测 量,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,9.1 磁测量的任务,磁测量的基本被测量：,磁通，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,特斯拉计（0-1.2T） 0.1JJG242-1995 磁通计 （0.1100）mWb 2*10-3 JJG316-1983 磁强计 （0.0110）mT 1.0 JJG317-1983 磁感应量具25mT-1.2T1.0%JJG242-1995,亥姆霍兹线圈测量磁场,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

2、且这对线圈的距离O1O2= R 。,图1 亥姆霍兹线圈,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点处的磁感应强度为：,在线圈的中心O点，x=0, 磁感应强度为：,O1与O2在轴上一点合成磁感应强度为:,实验仪器,9.2 基本磁规律和磁单位,磁单位,磁路定律,磁场的基本规律：安培环路定律,基本磁学量：B和H,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：,9.2.1 基本磁学量,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：, 是面积元ds的法线（n）与B之间的夹角。,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

3、通量定义图,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：,磁场强度,磁场强度向量H:,单位 :,单位换算：,Oe,9.2.2 磁场的基本定律,（1） 安培环路定律 （ 在真空磁场中）,磁场强度的切线分量上是连续的：,令:,（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：,（3）电磁感应定律,9.2.3 磁路定律,磁路,韦斯型电磁铁,和 分别表示主磁通和漏磁通。,磁路定律,无分支磁路,有分支磁路,磁学量单位及其换算关系,9.2.3 磁单位,磁化原理,（1）、一般材料的

4、磁化原理,（2）铁磁质的磁化原理,磁化强度矢量,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 和，用 代表磁化强度矢量，由上述定义可表达成下列公式：,9.3.1 铁磁物质的磁化,9.3 物质的磁性及分类,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,原始磁化曲线,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,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,基本磁化曲线,基本磁化曲线 将在不同Hm下的磁滞回线的正顶点连接，

5、得到的曲线称为基本磁化曲线，简称磁化曲线。,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,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,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。,退磁的方法,超低频退磁,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。,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。,在实际测量中，经常使用交流退磁的方法,（1） （2）

6、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。,9.3.3 铁磁材料的分类,软磁材料 硬磁材料 矩磁材料,各种材料的磁滞回线,按用途基本上分三大类：,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,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。,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。,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

7、感应强度的变化量 为,9.4.3 霍尔效应法,为霍尔元件提供激励,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,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。 磁性材料使用交变磁场磁化测得的磁特性动态磁特性。,试样,取样,形状,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,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,要考虑均匀磁化的问题,9.5 静态磁特性的测量,9.5.1 磁性材料试样的准备,环的平均半径,环内平均磁场强度：,磁导计结构图,l为磁导计样品的长度。,很小，可忽略,9.5.3 用磁通表测量基本磁化

8、曲线和磁滞回线,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 可由下式计算 为测量线圈的匝数 为样品的横截面面积,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；,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

9、Im）,转换K2。 （3）切断磁化电流 测量线圈W2：,磁通计中的 与B1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。,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： 测量线圈测出 使磁化电流沿着磁滞回线从e

10、点C点a点变化a点。 (4)调节I的值重复，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。,9.5.4 基于虚拟仪器的静态特性自动测量,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。,退磁和磁化电流的关断和换向,完成磁化电流的测量,测量线圈感应电压的测量,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。,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,峰值,磁化线圈 W1,磁化电流I,测量线圈 W2,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,峰值表 非正弦测量,峰值表 非正弦测量,峰值表 非正弦测量