CN108445434B - 铁磁圆柱直流磁性能标准样品测定方法、磁导计校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，包括步骤：采用磁通计螺线管法测量铁磁圆柱样品的磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品在开路状态的磁化强度M*对外加磁场H_a的第一关系曲线M*(H_a)；对第一关系曲线M*(H_a)进行退磁修正，获得铁磁圆柱样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)；采用B类磁导计测量铁磁圆柱样品至少两个不同位置的磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品的一组第二关系曲线；当获得的一组第二关系曲线完全一致时，将采用磁通计螺线管法测量的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品，并将退磁修正后获得的真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数确定为一级标准样品的真实磁特性参数。

Description

铁磁圆柱直流磁性能标准样品测定方法、磁导计校正方法

技术领域

本发明涉及磁测量技术领域，特别地，涉及一种铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法、二级标准样品测定方法。此外，本发明还涉及一种采用上述一级标准样品进行的磁导计校正方法。

背景技术

为用棒状样品检验软磁材料的磁性能参数而不考虑退磁场的影响，目前唯一的标准测量方法是磁导计法。在磁导计法中(参考标准IEC 60404-4:2000、GB 13012-2008)，样品通过与其两端紧密接触的软磁材料做的磁轭构成闭合磁路，而被绕在磁轭(B类磁导计法)或样品上(A类磁导计法)的通电流绕组进行磁化，样品的磁感应化强度M或磁化场强度H是用套(靠)在其上的线圈中感生电动势的积分用磁通计测量计算获得的。这样，原来开路条状样品中的退磁场，由于其两端的磁极的作用被在磁轭中感生的反号磁极抵消了大部分，致使退磁场的复杂影响忽略不计。与磁化绕组均匀绕在样品上的环样测磁相比，用磁导计可把最大磁场加大多倍，但是磁轭的有限磁阻以及在样品两端邻域复杂的磁极分布未被考虑，导致磁场沿样品长度的不均匀，不能用磁化电流、绕组匝数和磁路长准确计算磁场。这样，磁场的均匀性和测量成了各种磁导计设计中的主要问题。

虽然目前所有配置了磁导计做软磁材料开路样品测量的设备都应该具有校准过的磁通计和磁场线圈，但多数仍然存在磁场强度H测量不确定的问题。与此相关，每当发现同一样品有不同厂家生产的磁导计测量的结果极为不同时，总用磁通准确度、电流准确度和标定线圈的准确度去说服用户，实际上磁导计本身可能存在的内禀误差也是一个主要原因。在无法判断哪个结果准确时，不得不依靠单位之间的协商确定一个标准来统一数据。显然，这种人为确定的标准是缺乏科学根据，因而至今不存在大家认可的国际标准和国家标准。

发明内容

本发明提供了一种铁磁圆柱直流磁性能一、二级标准样品测定方法及磁导计校正方法，以解决现有技术中软磁棒状样品磁性测量结果不一致的技术问题。

一方面，本发明提供了一种铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，包括以下步骤：

步骤S100，采用磁通计螺线管法对铁磁圆柱样品测量其磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品在开路状态的磁化强度M*对外加磁场H_a的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S200，对第一关系曲线M*(H_a)进行退磁修正，获得铁磁圆柱样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)；

步骤S300，采用B类磁导计对铁磁圆柱样品的至少两个不同位置测量其磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品的一组第二关系曲线；

步骤S400，当步骤S300中获得的一组第二关系曲线完全一致时，将步骤S100中采用磁通计螺线管法测量的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品，并将步骤S200中退磁修正后获得的真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数确定为一级标准样品的真实磁特性参数。

进一步地，步骤S100包括：

步骤S101，在铁磁圆柱样品中部外表直接缠绕感应线圈；或者将绕制有感应线圈的骨架套设于铁磁圆柱样品外；

步骤S102，将设置有感应线圈的铁磁圆柱样品装入螺线管中部均匀区中，均匀区的长度大于铁磁圆柱样品的长度；

步骤S103，对螺线管绕组施加衰减消磁电流，对铁磁圆柱样品进行消磁处理，按设定的正向磁化和反向退磁控制测量过程，采用磁通计测量感应线圈两端感生电动势的积分，获得铁磁圆柱样品在不进行退磁修正时的磁化曲线、磁滞回线上对应的各点原始数据，进而获得铁磁圆柱样品的第一关系曲线M*(H_a)。

进一步地，测定方法还包括：

步骤S100’，将铁磁圆柱样品对称切除两端以截短，并对截短后的铁磁圆柱样品采用磁通计螺线管法进行开路状态的测量，获得截短后的铁磁圆柱样品对应的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S100”，重复步骤S100’多次；

步骤S200中，对截短前后的各铁磁圆柱样品所对应的各第一关系曲线M*(H_a)分别利用对每点微分磁化率函数的退磁因子进行退磁修正，获得各铁磁圆柱样品对应的真实关系曲线M(H)。

进一步地，测定方法还包括：

步骤S200’，重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)所对应的各铁磁圆柱样品中，将最短的铁磁圆柱样品的长径比确定为最小长径比；

步骤S400中，将长径比大于或等于最小长径比的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品。

进一步地，重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)中，各真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数偏差在1％内。

优选地，铁磁圆柱样品的长径比大于100。

进一步地，步骤S300中，至少对铁磁圆柱样品的中部以及相对于中部对称的两端分别测量磁化曲线和磁滞回线，获得一组第二关系曲线。

进一步地，步骤S200中，采用以下公式进行退磁修正，

M＝M^*[1-N_f(H_a)r_c ²/r_s ²]^-1，

H＝H_a-N_f(H_a)M，

其中，M为经过退磁修正后的磁化强度，r_s为被测铁磁圆柱样品的半径，r_c为设置在被测铁磁圆柱样品外的感应线圈的半径，N_f(H_a)为对每点做微分磁化率获得的退磁因子函数。

根据本发明的另一方面，还提供了一种磁导计校正方法，包括以下步骤：

步骤S500，在采用上述测定方法所确定的一级标准样品插入磁通感应B线圈和外壁紧贴磁位计H线圈后固定在待校正磁导计中，一级标准样品与待校正磁导计的磁轭形成闭合回路；

步骤S600，采用待校正磁导计配合磁性测量仪测得一级标准样品的实际磁滞回线；

步骤S700，分析实际磁滞回线与一级标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)之间的关系，当实际磁滞回线与真实关系曲线M(H)吻合时，确定待校正磁导计的准确度符合预定要求；当实际磁滞回线与真实关系曲线M(H)有偏离时，采用B或H线性修正系数对实际磁滞回线进行修正，当修正后的实际磁滞回线与标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)吻合时，确定待校正磁导计的准确度符合修正要求。

根据本发明的另一方面，还提供了一种铁磁圆柱直流磁性能二级标准样品测定方法，包括：将经过上述校正方法校正过的磁导计所测试的铁磁圆柱样品作为二级标准样品，并将校正过的磁导计测量获得的磁特性参数作为二级标准样品的真实磁特性参数。

本发明具有以下有益效果：

本发明的铁磁圆柱一级标准样品测定方法，把它用到足够长度样品的测量，便可以得到准确的真实磁性，而具有准确磁性的这个长样品，就可以无可争议的用作一级标准样品，可以用来鉴定磁导计测量结果的正误，以校准或改进磁导计的设计制作。

本发明的磁导计校正方法，通过本发明获得的一级标准样品对磁导计法测试结果进行校正和测试数据的仲裁，以检验磁导计的准确性，有助于改进磁导计的设计制作，以及有利于磁导计对各领域所使用棒状钢铁材料进行磁性能准确测量。

如果实验室不具备螺线管测磁的条件，或长样品不方便所使用的磁导计测试，还可以通过经一级标准样品校准后磁导计直接测定较短的二级标准样品分发使用。有了这种一、二级标准样品，目前严重存在的软磁棒状样品磁性测量结果不一致问题，便可逐步得到解决。本发明的方法所获得的一级标准样品和二级标准样品均可用于对其他使用磁导计法测试铁磁圆柱样品的磁导计进行鉴定。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的铁磁圆柱一级标准样品测定方法的流程图；

图2中是本发明优选实施例的铁磁圆柱一级标准样品测定方法中长径比依次加大的四个样品所测磁化强度对外加磁场的关系曲线M^*(H_a)及退磁修正后的磁化强度对磁场的关系曲线M(H)的示意图；

图3是对于四个样品，N_f作为χ_d+1的函数和N_f作为χ_a,d+1的函数的示意图；

图4是对于γ＝19.2样品的χ_a,d(H_a)曲线和N_f(H_a)曲线；

图5是四个样品在经过本发明的方法做退磁修正后M(H)曲线的对比示意图；

图6是不同长径比的铁磁圆柱进行测试实验以及退磁修正后的数据示意图；

图7是本发明磁导计校正方法的流程图；

图8是四个样品的退磁修正后M(H)曲线(实线)同磁导计法所测M(H)回线(虚线)的比较示意图；

图9是本发明磁导计校正方法案例一的测量数据示意图；

图10是本发明磁导计校正方法案例二的测量数据示意图；

图11是本发明鉴定配置不同面积磁通感应B线圈磁导计案例三的测量数据示意图；

图12是本发明鉴定其他磁导计案例四的测量数据示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明采用磁通计螺线管法和磁导计法对铁磁圆柱样品进行直流磁性能测试样品。所采用的测试装置包括：程控励(退)磁电源、励(退)磁绕组、感应线圈、感应信号放大处理器、磁导计和中央处理器。

励(退)磁电源包括双相恒流直流程控电源。励(退)磁绕组采用可直接利用螺线管的励(退)磁绕组，也可以采用磁导计励(退)磁绕组。励(退)磁绕组与励(退)磁电源的输出端进行连接。磁通感应B线圈采用紧贴棒状样品均匀绕制在样品中部的绕组，也可采用不导磁材料做骨架、在骨架上绕感应线圈。感应线圈与感应信号放大处理器输入端子连接。励(退)磁电源的电流采用中央处理器进行程序控制，并通过串联在励磁电路中的标准电阻进行电流实时采样送中央处理器处理。

在采用螺线管法测试样品时，中央处理器同时对螺线管施加的励(退)磁电流和绕制在棒状样品上的感应线圈的电压积分信号进行采集，并通过软件对采集的原始数据进行准确的退磁修正，获得铁磁圆柱材料的磁性能参数。

在采用磁导计法测试样品时，中央处理器同时对磁导计施加的励(退)磁电流、绕制在棒状样品磁通感应B线圈的电压积分和紧贴安装在棒状样品中段的磁位计H线圈电压积分信号进行采集，并通过软件直接获得铁磁圆柱材料的磁性能参数。

本发明提供了一种铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，采用螺线管法测试铁磁圆柱样品并对采集的原始数据采用对每点微分磁化率函数的退磁因子进行退磁修正，获得铁磁圆柱材料的磁性能参数，进行多次不同长度(次数根据材料磁特性来确定)样品测试，在满足退磁修正获得的磁化曲线和磁滞回线以及相关磁特性参数唯一时(M和H偏差控制在1％以内)时，同时确保铁磁圆柱材料均匀的情况下，确定对应的铁磁圆柱样品符合一级标准样品的要求。

参照图1，该方法包括以下步骤：

步骤S100，采用磁通计螺线管法对铁磁圆柱样品测量其磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品在开路状态的磁化强度M*对外加磁场H_a的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S200，对第一关系曲线M*(H_a)进行退磁修正，获得铁磁圆柱样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)；

步骤S300，采用B类磁导计对铁磁圆柱样品的至少两个不同位置测量其磁化曲线和磁滞回线，获得铁磁圆柱样品的一组第二关系曲线；

步骤S400，当步骤S300中获得的一组第二关系曲线完全一致时，将步骤S100中采用磁通计螺线管法测量的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品，并将步骤S200中退磁修正后获得的真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数确定为一级标准样品的真实磁特性参数。

本发明通过步骤S100的测量和步骤S200的退磁修正，可获得铁磁圆柱样品的真实磁特性参数。通过步骤S300中利用B类磁导计测量铁磁圆柱样品不同位置的磁化曲线和磁滞回线，来确保铁磁圆柱样品在长度上各个位置的材料磁特性是均匀一致的(当一组第二关系曲线完全一致时，说明样品相应位置材料的磁特性是一致的)。亦即，当铁磁圆柱样品的材料均匀时，此时可将采用磁通计螺线管法测试的样品作为一级标准样品。

进一步地，采用磁通计螺线管法对铁磁圆柱样品进行开路测量的步骤S100具体包括以下步骤：

步骤S101，在铁磁圆柱样品中部外表直接缠绕感应线圈；或者将绕制有感应线圈的骨架套设于铁磁圆柱样品外；

步骤S102，将设置有感应线圈的铁磁圆柱样品装入螺线管中部均匀区中，均匀区的长度大于铁磁圆柱样品的长度；

步骤S103，对螺线管绕组施加衰减消磁电流，对铁磁圆柱样品进行消磁处理，按设定的正向磁化和反向退磁控制测量过程，采用磁通计测量感应线圈两端感生电动势的积分，获得铁磁圆柱样品在不进行退磁修正时的磁化曲线、磁滞回线上对应的各点原始数据，进而获得铁磁圆柱样品的第一关系曲线M*(H_a)。

进一步地，本发明的优选实施例中，所述测定方法还包括：

步骤S100’，将铁磁圆柱样品对称切除两端以截短，并对截短后的铁磁圆柱样品采用磁通计螺线管法进行开路状态的测量，获得截短后的铁磁圆柱样品对应的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S100”，重复步骤S100’多次；

相应地，步骤S200中，对截短前后的各铁磁圆柱样品所对应的各第一关系曲线M*(H_a)分别利用对每点微分磁化率函数的退磁因子进行退磁修正，获得各铁磁圆柱样品对应的真实关系曲线M(H)。

本发明对初始样品进行步骤S100的测量后，将初始样品截短，再对截短后的样品采用磁通计螺线管法进行开路状态测量。采用磁通计螺线管法进行开路状态测量的具体步骤可参考上文中步骤S101～步骤S103的阐述。

进一步地，本发明的优选实施例中，测定方法还包括：

步骤S200’，重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)所对应的各铁磁圆柱样品中，将最短的铁磁圆柱样品的长径比确定为最小长径比；

步骤S400中，将长径比大于或等于最小长径比的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品。

进一步地，重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)中，各真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数偏差在1％内。亦即，各真实关系曲线M(H)中相应的M和H偏差控制在1％以内。

优选地，铁磁圆柱样品的长径比大于100。本发明中，未截短的初始铁磁圆柱样品的长径比大于100。亦即，在进行步骤S100中第一次采用螺线管法进行开路测量的铁磁圆柱样品其长径比大于100。通过参考IEC标准中开路样品测试范围(Hc≧100A/m)，本优选实施例中，对于矫顽力较低的铁磁圆柱样品，确定其初始长径比大于100。

进一步地，步骤S300中采用B类磁导计对铁磁圆柱材料进行材料均匀性测量。本发明参考IEC标准研制满足对长径比大于100的铁磁圆柱样品不同位置进行M(H)曲线测试的磁导计，本实施例中所研制的磁导计，其具有工业纯软铁做成的磁轭和极片，通电流绕组绕在磁轭上。

进一步地，步骤S300中，至少对铁磁圆柱样品的中部以及相对于中部对称的两端分别测量磁化曲线和磁滞回线，获得一组第二关系曲线。当然，在其它实施例中，为保证铁磁圆柱样品整个长度上各处材料的均匀性，可对更多不同位置进行测量。

本发明中，步骤S300可以在步骤S100之前进行，亦即，先对最长的初始样品进行材料均匀性的测量，再进行步骤S100的测量。步骤S300也可以在步骤S100之后进行，亦即，先对最长的初始样品进行磁通计螺线管法测量，再对该最长的初始样品进行材料均匀性的测量，接着对初始样品进行截短、对截短后样品进行磁通计螺线管法测量。优选地，只需对最长样品进行一次步骤S300的材料均匀性测量即可，在样品截短后无需再测量材料均匀性，可简化测定过程，节约时间和成本。当然，在其它实施例中，也可以对截短后的样品继续进行步骤S300的材料均匀性测量。

进一步地，步骤S200中，采用以下公式进行退磁修正，

M＝M^*[1-N_f(H_a)r_c ²/r_s ²]^-1，

H＝H_a-N_f(H_a)M，

其中，M为经过退磁修正后的磁化强度，r_s为被测铁磁圆柱样品的半径，r_c为设置在被测铁磁圆柱样品外的感应线圈的半径，N_f(H_a)为对每点做微分磁化率获得的退磁因子函数。

下面给出本发明的铁磁圆柱标准样品测定方法的一个具体实施方式。

测量被测试铁磁圆柱样品的长度l_s、半径r_s，计算长径比参数γ＝l_s/r_s和样品有效面积Ae＝πr_s ²。测量直接缠绕(或通过绕制在骨架上的线圈套装)在铁磁圆柱样品中部的感应线圈(B线圈)的半径r_c，乘以线圈匝数N_s获得感应B线圈的纵面积N_s*πr_c ²。则感应线圈面积与标准样品面积比为r_c ²/r_s ²。

受地磁场干扰和螺线管最大磁场的限制，铁磁圆柱样品的开路测量主要用于内禀矫顽力H_cJ在0.1和10kA·m^-1之间的材料。为此，一根直径2r_s＝9.43mm、长度l_s＝500mm的Q235热拔低碳钢圆柱被用作最长的样品，在其中截面处绕一N_s＝40匝平均直径2r_c＝10.5mm的感应线圈(B线圈)。测量这根样品以后，对称切除其两端做成l_s＝301mm的第二根样品。测量以后用同法依次做成l_s＝181和100.8mm的第三、第四根样品。四根样品的长径比γ＝l_s/r_s分别为53.0,31.9,19.2和10.7。

用FE-2100SD型直流磁性测量仪测量室温下的磁化曲线和磁滞回线。均匀外加磁场H_a由通以可变磁化电流的700mm长、内外径分别为16和38mm的螺线管施加。用磁通计测量B线圈两端感生电动势的积分，即磁通Φ_B。样品就位后先经10Hz交流退磁使磁场磁通归零，然后逐点增加H_a到最大值H_am＝24kA·m^-1，逐点减小H_am，再逐点增加到H_am，同时记录H_a和Φ_B，完成磁化曲线和磁滞回线的测量。

将所测的B值写为B^*＝Φ_B/(N_sπr_s ²)，相应于所测磁化强度M^*＝B^*-H_ar_c ²/r_s ²＝B^*-1.24H_a。各样品的M^*(H_a)曲线用虚线示于图2中。

1)关于外加场H_a可以根据螺线管经典公式获得，并采用标准磁强计探头进行测定，偏差满足0.2％，而退磁修正为真实场H的公式是：

H＝H_a-N_f(γ,χ)M (1)

其中：γ为测试棒材样品的长径比，χ为测试棒材样品的磁化率。

2)关于M和H的退磁修正，因为N_f(γ,χ_d)将被近似为一个其磁化率χ＝χ_d的顺磁圆柱的N_f(γ,χ)，为了简洁起见我们此后将后者的χ写作χ_d。

M^*(H_a)上每点关于M和H的退磁修正的基本公式是：

M＝M^*[1-N_f(γ,χ_d)r_c ²/r_s ²]^-1 (2)

H＝H_a-N_f(γ,χ_d)M (3)

其中：M^*为采用螺线管法直接测试的磁化强度，

M为经过退磁修正后的磁化强度；

r_s为被测铁磁圆柱样品的半径；

r_c为设置在被测铁磁圆柱样品外的感应线圈的半径。

关于H的式(3)只是把式(1)的χ写作χ_d。在写关于M的式(2)时，已经假设在感应B线圈高度方向的平均退磁场与在样品中截面者相等。这在r_c只比r_s稍大时近似成立，否则N_f要乘以一个小于1而与γ和χ_d有关的系数。

3)N_f(γ,χ_d)的计算

为用式(2)和(3)做从M^*(H_a)到M(H)的退磁修正，首先需得到各被测样品的γ值下N_f作为χ_d的函数。文献E.Pardo,A.Sanchez,D.-X.Chen,J.Appl.Phys.91(2002)5260.的表1中给出的数据和一些附加计算的数据(N_f计算精度均优于0.01％)，我们算出在γ＝10.7，19.2，31.9和53.0下χ_d＝-0.6,0,1.5,9,30,99,300,999,3000,9999和30000时的N_f。那么在双对数坐标下N_f作为χ_d+1的函数可用三次样条插值法相当准确地算出，如图3中给出四个γ下的数据点以及它们的插值曲线。图3中为对于γ＝10.7，19.2，31.9和53.0，N_f作为χ_d+1的函数(a)和N_f作为χ_a,d+1的函数(b)。

4)χ_a,d(H_a)的计算

有了N_f(γ,χ_d)，还要算出相应于所测M^*(H_a)的微分磁化率χ_a,d(H_a)曲线。为此，我们将电脑中依次记录的M^*和H_a写作M_k和H_k(k＝1,2,…,n),这里n为记录的总点数。将微分磁化率算作：

χ_a,d(H_k)＝(M_k+4-M_k-4)/(H_k+4-H_k-4) (4)

这样算出对于γ＝19.2的χ_a,d(H_a)，如图4中(a)所示。图4中为对于γ＝19.2样品的χ_a,d(H_a)曲线(a)和N_f(H_a)曲线(b)。虚线箭头表示H_a变化的方向。

5)从χ_a,d(H_a)计算N_f(H_a)

有了N_f(γ,χ_d)和χ_a,d(H_a)之后，算出指定γ下N_f(H_a)的方法如下：

对式(2)和(3)两端作微分得

dM＝dM^*[1-N_f(γ,χ_d)r_c ²/r_s ²]^-1 (5)

dH＝dH_a-N_f(γ,χ_d)dM (6)

式(6)除以(5)导致

χ_d ^-1＝[1-N_f(γ,χ_d)r_c ²/r_s ²]χ_a,d ^-1-N_f(γ,χ_d) (7)

对于所测棒状样品和感应线圈的已知γ和r_c ²/r_s ²，可在指定χ_a,d下由式(7)和如图3(a)所示已经算出的N_f(γ,χ_d)函数，用迭代法得出N_f(χ_a,d),再从如图4中(a)所示已算出的χ_a,d(H_a)关系得出N_f(H_a)。对于γ＝19.2的N_f(H_a)见图4中(b)所示。

6)修正结果

有了样品的N_f(H_a)，就能用式(8)和(9)从所测的M^*(H_a)算出M(H):

M＝M^*[1-N_f(H_a)r_c ²/r_s ²]^-1 (8)

H＝H_a-N_f(H_a)M (9)

通过以上方法和采用底层软件处理，我们获得四根样品的修正结果用实线示于图2。

7)修正结果证明

所测M^*(H_a)曲线的最大微分磁化率和剩磁随γ的减小而下降，而退磁修正以后的M(H)曲线基本不随γ变化，修正前后的矫顽力也相同。这是可以从顺磁圆柱体退磁效应的一般规律预见的，因为较小γ下的较大值N_f使修正前后两个最大微分磁化率间的差别加大，并且修正前后两个矫顽力都定义于M^*＝M＝0，所以退磁场也为0。

当把四个修正后的回线画在一张图上，如图5所示，我们会发现γ＝10.7的回线的最大微分磁化率和剩磁较其他三者的明显偏小，而其他三者的最大微分磁化率和剩磁也随γ增大稍有增大。尤其是，γ较大的三条回线几乎全同(三条回线基本重合)，当H增大后，三者的M之差别会更小。

由于根据本发明所设计的装置和测试软件所获得的B(H)关系曲线(及其重要的磁特性参数如：Br、Hc、Bs)，当样品达到一定长度后(区别于需要测试无限长的铁磁圆柱样品获得)其结果是唯一的。因此，满足一定长长径比γ的铁磁圆柱完全可以做为该材料的一级标准样品所使用。对于本实施例中的测试铁磁圆柱，在确保铁磁圆柱样品采用B类磁导计发测试不同位置的M(H)关系曲线完全一致的情况下，将长径比γ大于10.7以上的铁磁圆柱样品即可作为一级标准样品。

在另一实施例中，采用本发明同样的方法，进行更多不同特性的铁磁圆柱的测试实验和退磁修正见图6，同样获得相关的实验数据和相关结果。本实施例中初始样品长径比为101，测量这根样品以后，对称切除其两端做成长径比为60.7的第二根样品。测量以后用同法依次做成长径比分别为36.6和24.2的第三、第四根样品。图6中(a)为不同长径比样品采用本发明螺线管法测试测磁化强度对外加磁场的关系曲线M^*(H_a)(箭头方向为长径比加大方向)，图6中(b)为本发明螺线管法退磁修正后的磁化强度对磁场的关系曲线M(H)。本实施例中，长径比γ大于24.2的样品即可作为一级标准样品。

根据本发明的另一方面，还提供了一种磁导计校正方法，参照图7，该方法包括以下步骤：

步骤S500，在采用上述测定方法所确定的一级标准样品插入磁通感应B线圈和外壁紧贴磁位计H线圈后固定在待校正磁导计中，一级标准样品与待校正磁导计的磁轭形成闭合回路；

步骤S600，采用待校正磁导计配合磁性测量仪测得一级标准样品的实际磁滞回线；

步骤S700，分析实际磁滞回线与一级标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)之间的关系，

当实际磁滞回线与真实关系曲线M(H)吻合时，确定待校正磁导计的准确度符合预定要求；

当所述实际磁滞回线与所述真实关系曲线M(H)有偏离时，采用B或H线性修正系数对所述实际磁滞回线进行修正，当修正后的实际磁滞回线与所述标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)吻合时，确定所述待校正磁导计的准确度符合修正要求。

进一步地，步骤S500中，一级标准样品外表直接缠绕感应线圈；或者将感应线圈绕制在套设于一级标准样品外的骨架上。更具体地，一级标准样品的中段部分插入感应B线圈中，而磁位计H线圈则紧贴一级标准样品中段部分两端的外壁。采用直接套在样品上的感应B线圈测试较使用套在样品上的补偿J线圈更科学。补偿线圈中磁场的不均匀性更为复杂，不适合采用J线圈。

进一步地，步骤S500中，一级标准样品的半径为r_s，感应线圈的半径为r_c，感应线圈面积与标准样品面积比r_c ²/r_s ²的取值范围为1.5～2.0。最优选地，r_c ²/r_s ²的取值为2.0时，获得的实际磁滞回线与真实关系曲线M(H)更为接近，则说明此时对应磁导计的测试结果准确性最高。

进一步地，步骤S700中，可以选用B线性修正系数对磁通B值进行修正，也可以采用H线性修正系数对磁场H值进行修正。可选磁通修正系数为0.995，对该磁导计测试数据进行修正。当然，也可以对其他磁导计选用修正磁通或磁场系数进行修正，以保证对应磁导计测试的曲线M(H)和真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)偏差度在1％范围内。

磁导计法是为目前测量圆柱体样品磁滞回线所推荐的唯一可行方法，所以有必要把采用螺线管退磁修正法同磁导计法做一比较。为此，我们制备了一台用磁导计法测量回线的装置，它具有工业纯软铁做成的磁轭和极片，用两端紧贴样品侧面的C形磁位计探测样品表面磁场H，如同前述的B线圈所测M^*作为M，二者各用一台磁通计来同步测量。用它测量的最短样品γ＝10.7的回线(虚线)在图8中。与用本法测量修正后曲线(实线)相比，结果尚属满意。以剩磁为例，本法的结果在γ＝10.7时显著偏低，在γ＝53.0时稍为偏高，而其余两个样品与磁导计法基本一致。

需要说明的是，目前磁导计的测量结果不是唯一的。看似合理但不同的测量线圈配置和不同的磁导计，包括C-500测磁仪本身，我们将样品在两台C-500测磁仪获得不同的测试结果，对此我们需要进一步进行磁导计的实验鉴定和校正。通过对多种样品用两种方法测量结果的不断比对，将有助于对两种方法原理的加深认识和测量装置的改进，最终给出唯一正确的结果。

下面给出本发明的磁导计校正方法的几个案例。

案例一：样品直径2r_s＝5mm，长度500mm，矫顽力约为580A/m的软磁材料。所使用的感应线圈面积与样品面积比r_c ²/r_s ²＝1.69，运用螺线管(Solenoid)退磁修正法获得MH曲线，采用自制磁导计实际测得磁滞回线(Permeameter)，并对M做修正，参考修正系数K_B＝0.995，在同一图中比较，见图9中((a)为MH曲线上半部，(b)为高场条件下的MH曲线，(c)为低场下的MH曲线)，经过K_B修正后，两种测试方法获得的MH曲线基本吻合。

案例二：样品直径2r_s＝5mm，长度500mm，矫顽力约为160A/m的软磁材料。所使用的感应线圈面积与样品面积比r_c ²/r_s ²＝1.69，运用螺线管(Solenoid)退磁修正法获得MH曲线(红色)，采用自制磁导计实际测得磁滞回线(Permeameter)，并对M做修正，参考修正系数K_B＝0.995，在同一图中比较，见图10中((a)为MH曲线上半部，(b)为高场条件下的MH曲线，(c)为低场下的MH曲线)，经过K_B修正后，两种测试方法获得的MH曲线基本吻合，低磁场曲线上出现对称的两个波动，后期实验证明为所配置的实验的设备为FE-2100H磁性能测试设备的硬件缺陷(电源采用继电器换向)，波动位置与所使用的轭铁Hcj存在一定关系。

案例三：样品直径2r_s＝10mm，长度500mm，矫顽力约为680A/m的软磁材料。所使用的感应线圈面积与样品面积比r_c ²/r_s ²＝1.27和r_c ²/r_s ²＝2.04，运用螺线管(Solenoid)退磁修正法获得MH曲线，采用自制磁导计实际测得r_c ²/r_s ²＝1.27时磁滞回线(Permeameter，r_c ²/r_s ²＝1.27)，r_c ²/r_s ²＝2.04时磁滞回线(Permeameter，r_c ²/r_s ²＝2.04)在同一图中比较，见图11中((a)为MH曲线上半部，(b)为高场条件下的MH曲线，(c)为低场下的MH曲线)，当r_c ²/r_s ²＝1.27时，磁导计测试法与螺线管退磁修正法MH曲线基本吻合，r_c ²/r_s ²＝2.04时存在比较大的偏离。

案例四：对案例二和案例三的两个样品，我们采用C-750配置的磁导计进行测试(该磁导计测试M采用了固定J线圈即补偿型感应线圈)，将螺线管退磁修正法和C-750磁导计法两样品测试结果放在一张图上，见图12，发现高场和低场均存在较大的偏差，在确定磁通计精确度的情况下，有理由确定磁导计测试方法还存在一些尚未解决的问题，可能导致前面提到的磁导计相互之间测试数据难以吻合问题。

通过本发明的螺线管退磁修正方法，可以确定在满足一定长径比的铁磁圆柱测试结果具有唯一性，作为开路样品的一种新的测试方法实施，而采用磁导计法测试，所获得的结果还存在较多的影响因素和不确定性。本发明针对同一磁导计采用不同感应线圈面积与样品面积比r_c ²/r_s ²就已经证明了MH曲线的差异存在，同时采用J线圈测试M也存在较大的偏离，因此可以预计在进行磁导计法测试过程中其试验场分布是复杂的，还可能涉及所使用轭铁材料的更复杂的问题。螺线管退磁修正法可以很好的将满足一定长径比要求的铁磁圆柱样品的磁化强度对外加磁场的关系曲线施行退磁修正，得到材料的真实磁化强度M对磁场强度H的关系曲线M(H)，从而获得铁磁圆柱样品的标样，而因此获得的标准样品又正好可以做为对磁导计校正的一种方法，对测试标准的提高有着积极的推动作用。

根据本发明的另一方面，还提供了一种铁磁圆柱直流磁性能二级标准样品测定方法，包括：将经过上述校正方法校正过的磁导计所测试的铁磁圆柱样品作为二级标准样品，并将校正过的磁导计测量获得的磁特性参数作为二级标准样品的真实准确度接受的磁特性参数。

当实验室或者使用者不具备螺线管测磁的条件或修正手段、或者使用长样品不能插入方便所使用的磁导计时，还可以通过一级标准样品对磁导计进行校正后经校正过的磁导计测定较短的二级标准样品分发使用。二级标准样品的长度最短为100mm。

通过本发明的方法可测定铁磁圆柱直流磁性能一、二级标准样品，有了这种一、二级标准样品，目前严重存在的软磁棒状样品磁性测量结果不一致问题，便可逐步得到解决。本发明的方法所获得的一级标准样品和二级标准样品均可用于对其他使用磁导计法测试铁磁圆柱样品的磁导计进行鉴定。

本发明为铁磁圆柱直流磁性能测试提供了能获得准确数据的一级标准样品的手段，为推动开路样品磁特性测试标准的提高具有重大意义。也将对目前唯一使用的磁导计法测试铁磁圆柱样品提供了可以作为鉴定或校正磁导计设备的一级标准样品，同时可通过一级标准样品对磁导计法测试结果进行校正和测试数据的仲裁，进而采用一级标准样品校正过的磁导计还可用于测定二级标准样品。将对目前使用棒状材料直接加工继电器零部件、电磁阀零部件、喷油嘴零部件和电力、国防等领域所使用棒状钢铁材料进行磁性能准确测量，为仿真设计提供准确的磁化曲线、磁滞回线及其相关磁性能参数，还可能以此修正目前常用钢材的磁特性曲线中存在的错误。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100，采用磁通计螺线管法对铁磁圆柱样品测量其磁化曲线和磁滞回线，获得所述铁磁圆柱样品在开路状态的磁化强度M*对外加磁场H_a的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S200，对所述第一关系曲线M*(H_a)进行退磁修正，获得所述铁磁圆柱样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)；

步骤S300，采用B类磁导计对所述铁磁圆柱样品的至少两个不同位置测量其磁化曲线和磁滞回线，获得所述铁磁圆柱样品的一组第二关系曲线；

步骤S400，当所述步骤S300中获得的所述一组第二关系曲线完全一致时，将所述步骤S100中采用磁通计螺线管法测量的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品，并将所述步骤S200中退磁修正后获得的所述真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数确定为所述一级标准样品的真实磁特性参数；

所述步骤S200中，采用以下公式进行退磁修正，

M＝M^*[1-N_f(H_a)r_c ²/r_s ²]^-1，

H＝H_a-N_f(H_a)M，

其中，M为经过退磁修正后的磁化强度，r_s为被测铁磁圆柱样品的半径，r_c为设置在被测铁磁圆柱样品外的感应线圈的半径，N_f(H_a)为对每点做微分磁化率获得的退磁因子函数。

2.根据权利要求1所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，所述步骤S100包括：

步骤S101，在铁磁圆柱样品中部外表直接缠绕感应线圈；或者将绕制有感应线圈的骨架套设于铁磁圆柱样品外；

步骤S102，将设置有所述感应线圈的铁磁圆柱样品装入螺线管中部均匀区中，所述均匀区的长度大于铁磁圆柱样品的长度；

步骤S103，对螺线管绕组施加衰减消磁电流，对铁磁圆柱样品进行消磁处理，按设定的正向磁化和反向退磁控制测量过程，采用磁通计测量所述感应线圈两端感生电动势的积分，获得铁磁圆柱样品在不进行退磁修正时的磁化曲线、磁滞回线上对应的各点原始数据，进而获得铁磁圆柱样品的第一关系曲线M*(H_a)。

3.根据权利要求1所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，所述测定方法还包括：

步骤S100’，将所述铁磁圆柱样品对称切除两端以截短，并对截短后的铁磁圆柱样品采用磁通计螺线管法进行开路状态的测量，获得截短后的铁磁圆柱样品对应的第一关系曲线M*(H_a)；

步骤S100”，重复所述步骤S100’多次；

所述步骤S200中，对截短前后的各铁磁圆柱样品所对应的各第一关系曲线M*(H_a)分别利用对每点微分磁化率函数的退磁因子进行退磁修正，获得各铁磁圆柱样品对应的真实关系曲线M(H)。

4.根据权利要求3所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，所述测定方法还包括：

步骤S200’，重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)所对应的各铁磁圆柱样品中，将最短的铁磁圆柱样品的长径比确定为最小长径比；

所述步骤S400中，将长径比大于或等于所述最小长径比的铁磁圆柱样品确定为一级标准样品。

5.根据权利要求4所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，

所述重合度在预定偏差范围内的多个真实关系曲线M(H)中，各真实关系曲线M(H)对应的磁特性参数偏差在1％内。

6.根据权利要求1所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，

所述铁磁圆柱样品的长径比大于100。

7.根据权利要求1所述的铁磁圆柱直流磁性能一级标准样品测定方法，其特征在于，所述步骤S300中，

对所述铁磁圆柱样品的中部以及相对于中部对称的两端分别测量磁化曲线和磁滞回线，获得所述一组第二关系曲线。

8.一种磁导计校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S500，在采用权利要求1至7中任一所述测定方法所确定的一级标准样品插入磁通感应B线圈和外壁紧贴磁位计H线圈后固定在待校正磁导计中，所述一级标准样品与所述待校正磁导计的磁轭形成闭合回路；

步骤S600，采用所述待校正磁导计配合磁性测量仪测得所述一级标准样品的实际磁滞回线；

步骤S700，分析所述实际磁滞回线与所述一级标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)之间的关系；

当所述实际磁滞回线与所述真实关系曲线M(H)吻合时，确定所述待校正磁导计的准确度符合预定要求；

当所述实际磁滞回线与所述真实关系曲线M(H)有偏离时，采用B或H线性修正系数对所述实际磁滞回线进行修正，当修正后的实际磁滞回线与所述标准样品的真实磁化强度M对真实磁场H的真实关系曲线M(H)吻合时，确定所述待校正磁导计的准确度符合修正要求。

9.一种铁磁圆柱直流磁性能二级标准样品测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

将经过权利要求8中所述校正方法校正过的磁导计所测试的铁磁圆柱样品作为二级标准样品，并将所述校正过的磁导计测量获得的磁特性参数作为所述二级标准样品的真实磁特性参数。

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