CN101858963B - 静态磁特性测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静态磁特性测量方法，包括以下步骤：首先在待测材料的表面上放置一个∩字型的磁铁，在磁铁上绕置一个励磁线圈；其次对励磁线圈通以直流电，使磁铁与待测材料组成一个闭合磁路；再次增大电流，使待测材料正向饱和磁化；然后通入反向电流，使待测材料反向饱和磁化；再将电流反向，使待测材料再次正向饱和磁化，得到在以代表磁场强度H的横坐标和代表磁感应强度B的纵坐标组成的坐标系中的H-B闭合曲线；最后上下平移横坐标H，使前述H-B闭合曲线在新坐标中关于原点对称。本发明方法在测量过程中无需退磁，从而实现了磁特性参数的连续测量，提高了测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种静态磁特性测量方法。
背景技术
铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。作为描述各种铁磁物质特性的磁特性参数分为静态和动态两类。其中，静态磁特性是指磁性材料使用直流磁场磁化测得的磁特性；它包括基本磁化曲线、磁滞回线、剩磁、矫顽力等。其中，磁滞指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁感应强度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起能量http://baike.baidu.com/view/14394.htm损耗，经一次循环，于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能，使设备升温，效率降低，而对磁滞损耗的分析可以通过对磁滞回线面积的测量得到，因此铁磁材料的磁滞回线是其一个很重要的参数。
目前静态磁特性的主要测量方法主要有利用冲击电流计和环形线圈测量基本磁化曲线、磁滞回线的冲击法；利用冲击电流计和螺线管测量矫顽力的抛脱法和直流磁滞回线仪法三种。
利用冲击电流计和环形线圈测量基本磁化曲线、磁滞回线的冲击法是最基本的测量方法。只要能加工成闭路磁环的样品都可以进行测试，它采用换向直流电源和冲击检流计对每个测试点进行记录，通过计算和在坐标纸上进行磁场强度H以及磁感应强度B的描绘，得到相应的磁特性参数。这种方法容易掌握，但是它需要进行逐点测试，工作繁重、速度慢、误差大，且要求测试样品制成环形试样，在测试前进行严格的退磁到中性状态。
利用冲击电流计和螺线管测量矫顽力的抛脱法在测试前先将样品进行饱和磁化，然后磁场反向，在某磁场下，将样品从螺线管中拉开，如此时的外接冲击检流计无偏转，此时对应的反向磁场就是样品的矫顽力。此种方法存在问题是方法比较复杂、被测工件的尺寸受螺线管内径尺寸的限制、由于是开环法测量磁特性参数故存在由于地磁产生的测量误差。
直流磁滞回线仪法的测试原理与利用冲击电流计和环形线圈测量基本磁化曲线、磁滞回线的冲击法的原理一样，主要是采用了积分器控制，因此比手工测试速度快、结果直观也使用方便。如中国专利文献CN 1456901A公开的一种《软磁材料特性的测量装置》，它包括闭合环状的软磁材料，绕在其上的磁化线圈和探测线圈，磁化线圈与取样电阻、可变电阻及由换向开关或继电器控制的可调直流电源串联构成磁化回路，探测线圈与电子积分器构成测量回路。取样电阻两端和电子积分器输出端与信号调理模块、模数转换电路连接，转换后的数字信号通过计算机的并口或串口卡与计算机连接。这种方法作为对普通冲击法的改进，比较方便操作，但是仍然存在要求测试样品制成环形试样，在测试前进行严格的退磁到中性状态的缺陷，适用范围有限，不利于推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法简单，在测量前无须进行严格退磁且不受待测材料形状影响的静态磁特性测量方法。
本发明的原理是：在待测材料是原始状态即没有被磁化或者经过了严格的退磁后的情况下，它的H-B闭合曲线是关于原点对称的。但一旦经过磁化后，再测H-B曲线时，就不关于原点对称了，这是制约特性曲线连续测量的关键因素，一直以来所采用的解决办法就是在每次测量前先进行严格退磁。然而，在待测材料没有退磁的情况下，H-B曲线的函数关系为：
B＝f(H)±B(r0)
其中，B(r0)为初始剩磁，即磁场强度为零时的磁感应强度大小。根据这一函数关系，我们只需要测得未退磁情况下的H-B曲线，然后上下平移水平轴即可。
根据以上原理，实现本发明目的的技术方案是：一种静态磁特性测量方法，包括以下步骤：
①在待测材料的表面上放置一个∩字型的磁铁，在磁铁上绕置一个励磁线圈；
②对励磁线圈通以直流电，使磁铁与待测材料组成一个闭合磁路；
③增大电流，使待测材料正向饱和磁化；然后通入反向电流，使待测材料反向饱和磁化；再将电流反向，使待测材料再次正向饱和磁化，得到在以代表磁场强度H的横坐标和代表磁感应强度B的纵坐标组成的坐标系中的H-B闭合曲线；
④上下平移横坐标H，使③中的H-B闭合曲线在新坐标中关于原点对称。
所述第③步按照以下步骤进行：
(a)增大电流，使待测材料饱和磁化，得到饱和磁场强度HS+和饱和磁感应强度Bs+；
(b)通入反向电流对待测材料进行退磁，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br+以及磁感应强度为0时的磁场强度Hc+；
(c)继续增大反向电流，使待测材料反向饱和磁化，得到反向饱和磁场强度HS-和反向饱和磁感应强度Bs-；
(d)再将电流反向，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br-以及磁感应强度为0时的磁场强度Hc-；
(e)继续增大电流，使待测材料再次正向饱和磁化至饱和磁感应强度Bs+。
所述第①步中，在磁铁的一端放置霍尔元件，霍尔元件用于将磁信号转换成电信号，从而测量出闭合磁路中的磁感应强度。
所述磁铁为矫顽力小的软磁铁。
所述电流反向由继电器实现。
本发明采用了上述技术方案带来了以下积极的效果：(1)本发明方法在测量过程中无需退磁，从而实现了磁特性参数的连续测量，提高了测量效率。
(2)本发明方法采用了耦合法测量，待测材料、励磁线圈及磁铁构成一对磁轭，待测材料为磁轭的一半，励磁线圈及磁铁为磁轭另一半，从而实现了闭环静态磁轭测量，
与利用冲击电流计和环形线圈测量基本磁化曲线、磁滞回线的冲击法以及抛脱法测量矫顽力相比，本发明的测量方法更简单，无需将待测材料制成环形，待测材料的尺寸没有限制，可直接在待测材料表面测量，因此可用于生产现场的磁特性参数的测量。
(3)本发明方法采用闭环测量，与开环法相比消除了地磁对测量的影响，测量精度更高。
(4)本发明方法中用的磁铁采用矫顽力小的软磁铁，可以减少磁铁本身的磁滞损耗，使测量结果更加精确。
(5)本发明方法不仅可以测量软磁材料而且可以测量结构钢、工具钢等硬磁材料的表面磁特性参数，适用范围广泛。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明方法的磁路模型结构示意图。
图2为由本发明方法获得的磁滞回线曲线。
具体实施方式
(实施例1)
见图1，在待测材料1的表面上放置一个∩字型的磁铁2，在磁铁2上绕置一个励磁线圈3。在磁铁2的一端放置霍尔元件4，霍尔元件4用于将磁信号转换成电压信号，从而测量出闭合磁路中的磁感应强度。磁铁2为矫顽力小的软磁铁。对励磁线圈3通以直流电，使磁铁2与待测材料1组成一个闭合磁路。
见图2，按照以下步骤得到图2中的H-B闭合曲线，其中横坐标代表磁场强度H，纵坐标代表磁感应强度B。
增大电流，使待测材料1饱和磁化，得到饱和磁场强度HS+和饱和磁感应强度BS+，即图中所示a点，其坐标为(HS+，BS+)。
通入反向电流对待测材料1进行退磁，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br+，即图中所示b点，其坐标为(0，Br+)。
继续增加反向电流，得到磁感应强度为0时的磁场强度Hc-，即图中所示c点，其坐标为(Hc-，0)。
继续增大反向电流，使待测材料1反向饱和磁化，得到反向饱和磁场强度HS-和反向饱和磁感应强度Bs-，即图中所示d点，其坐标为(HS-，BS-)。
再将电流反向，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br-，即图中所示e点，其坐标为(0，Br-)。
继续增加正向电流，得到磁感应强度为0时的磁场强度Hc+，即图中所示f点，其坐标为(Hc+，0)。
继续增大正向电流，使待测材料1再次正向饱和磁化至饱和磁感应强度Bs+，即达到图中a点。
这样就得到了一个H-B的闭合曲线，最后上下平移横坐标H至H′，从而使该H-B闭合曲线在新坐标系(H′，B)中关于原点对称，在新坐标系中的H-B曲线即为待测材料的磁滞回线，b点所对应的磁感应强度大小即为待测材料的剩磁大小，而该曲线与H′的两个交点对应的磁场强度大小即为待测材料的矫顽力大小。
在本实施例中，闭合磁路中采用直流可调电源提供磁化电流，磁化电流的方向可以通过换向开关或继电器改变。磁化电流的大小，通过可调电源连续逐步改变。闭合磁路中的采样电流与磁场强度H对应，测量回路中的霍尔元件输出电压与磁感应强度B对应。将与H、B对应的电流、电压信号接到信号调理模块、模数转换电路中，经过放大、数字化处理后，在计算机上实时显示测量曲线和测量数据。
Claims (5)
1.一种静态磁特性测量方法，其特征在于包括以下步骤：
①在待测材料(1)的表面上放置一个∩字型的磁铁(2)，在磁铁(2)上绕置一个励磁线圈(3)；
②对励磁线圈(3)通以直流电，使磁铁(2)与待测材料(1)组成一个闭合磁路；
③增大电流，使待测材料(1)正向饱和磁化；然后通入反向电流，使待测材料(1)反向饱和磁化；再将电流反向，使待测材料(1)再次正向饱和磁化，得到在以代表磁场强度H为横坐标和代表磁感应强度B为纵坐标组成的坐标系中的H-B闭合曲线；
④上下平移横坐标H，使③中的H-B闭合曲线在新坐标系中关于原点对称；具体来说第③步按照以下步骤进行：
(a)增大电流，使待测材料(1)饱和磁化，得到饱和磁场强度HS+和饱和磁感应强度Bs+；
(b)通入反向电流对待测材料(1)进行退磁，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br+以及磁感应强度为0时的磁场强度Hc-；
(c)继续增大反向电流，使待测材料(1)反向饱和磁化，得到反向饱和磁场强度Hs-和反向饱和磁感应强度Bs-；
(d)再将电流反向，得到磁场强度为0时的磁感应强度Br-以及磁感应强度为0时的磁场强度Hc+；
(e)继续增大电流，使待测材料(1)再次正向饱和磁化至饱和磁感应强度Bs+。
2.根据权利要求1所述的静态磁特性测量方法，其特征在于：所述第①步中，在磁铁(2)的一端放置霍尔元件(4)，霍尔元件(4)用于将磁信号转换成电压信号，从而测量出闭合磁路中的磁感应强度。
3.根据权利要求2所述的静态磁特性测量方法，其特征在于：所述磁铁(2)为矫顽力小的软磁铁。
4.根据权利要求3所述的静态磁特性测量方法，其特征在于：所述电流换向通过开关或继电器实现。
5.根据权利要求4所述的静态磁特性测量方法，其特征在于：所述电流的大小，通过数控电源连续逐步改变；闭合磁路中的电流与磁场强度H对应；将与磁场强度H、磁感应强度B对应的电流、电压信号接到信号调理模块、模数转换电路中，经过放大、数字化处理后，在计算机上实时显示测量曲线和测量数据。
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