1、軟磁磁性能測量概述

1.1軟磁材料

通常我們都以勵磁飽和以后Hc小于1000 A/m的材料稱為軟磁材料，其具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率，易于磁化，也易于退磁，在磁性上表現(xiàn)出“軟”的特征。

軟磁材料是由鐵、鈷、鎳三種鐵磁性元素組成，主要分為硅鐵電工鋼、鎳基和鈷基合金、非晶和納米合金、軟鐵四大類。

1.2軟磁磁性能特點

軟磁材料的基本特征是易磁化和退磁，反映在磁滯回線和磁化曲線上的特征為磁導(dǎo)率μ高，矯頑力Hc小，高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和低的磁滯損耗。因此軟磁材料廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)、變壓器、繼電器、磁放大器、電磁鐵極頭及各種測量儀器中的傳感器等。可見軟磁材料主要應(yīng)用于交流勵磁的場合，但軟磁材料還大量應(yīng)用在作為產(chǎn)生直流磁通的場合，因此測量軟磁磁性能的直流磁特性是評價低頻場下材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

1.3軟磁磁性能測量內(nèi)容

由上述特點可知，軟磁磁性能測量分軟磁直流磁性能測量和軟磁交流磁性能測量兩種方式。本文主要介紹軟磁磁性能之直流測量方法，即指在靜態(tài)（直流）條件下，依據(jù)GB/T 13012-2008 《軟磁材料直流磁性能的測量方法》測量：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、剩磁 Br、矯頑力 Hc、起始磁導(dǎo)率 μi、磁導(dǎo)率 μm 等靜態(tài)磁特性參數(shù)，并繪制基本磁化曲線和磁滯回線。

2、軟磁磁性能直流特性測量

2.1 軟磁直流測量簡介

軟磁磁性能之直流特性測量的試樣分為閉磁路和開磁路樣品，GB/T 13012-2008 《軟磁材料直流磁性能的測量方法》分別對這二類樣品描述了測量方法：

a) 環(huán)樣法——閉路樣品測量

環(huán)樣法適用于測量片材疊裝的環(huán)樣，或整體實心的環(huán)樣以及燒結(jié)環(huán)樣，且磁場強(qiáng)度在10KA/m以下閉路樣品測量；環(huán)樣自身可形成閉合磁路，且形狀規(guī)則，磁路長度L可較精確計算，勵磁線圈N1和次級線圈N2繞組，如下圖：

b) 磁導(dǎo)計法——開路樣品測量

磁導(dǎo)計法用于磁場強(qiáng)度范圍在（1-200）KA/m之間的開路樣品測量。

磁導(dǎo)計分A類磁導(dǎo)計和B類磁導(dǎo)計，A類磁導(dǎo)計磁化線圈N1繞于磁導(dǎo)計骨架上，測量試樣最小長度250mm，B類磁導(dǎo)計磁化線圈N1繞于磁導(dǎo)計磁軛上，測量試樣最小長度100mm，最主要區(qū)別在于產(chǎn)生磁場強(qiáng)度大小不同。因條形、棒狀、片狀試樣無法自身形成閉合磁路，需將試樣夾在磁導(dǎo)計兩塊磁軛之間，形成閉合磁路。

2.1軟磁磁性能直流測量原理

軟磁磁性能直流特性，主要測量磁場強(qiáng)度H和磁通密度B，且B=u₀H+J，可繪制出基本B-H或B-J磁化曲線和磁滯回線，從而計算出飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、剩磁 Br、矯頑力 Hc、起始磁導(dǎo)率 μi、磁導(dǎo)率 μm 等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

a) 磁場強(qiáng)度H測量

勵磁電源對磁化線圈N1進(jìn)行勵磁，產(chǎn)生磁場強(qiáng)度H，可由安培環(huán)路定律計算得到（安培環(huán)路定理如下圖）。環(huán)樣法可根據(jù)安培環(huán)路定理直接計算H，磁導(dǎo)計法需在試樣上外接H線圈測量。

b) 磁通密度B測量

通過磁通積分器與次級繞組N2連接，讀取磁通積分器示值，并計算得出磁通密度的變化值。環(huán)樣測量方法如下圖，磁導(dǎo)計法需外接B線圈（次級繞組N2）測量，測量原理與環(huán)樣法類似。

2.2軟磁磁性能直流測量步驟

軟磁磁性能直流特性測量，依據(jù)GB/T 13012-2008《軟磁材料直流磁性能的測量方法》，步驟如下：

a) 試樣退磁，從磁場強(qiáng)度不小于5KA/m開始，反復(fù)換向，并逐漸降低退磁場；

b) 校準(zhǔn)測量磁場強(qiáng)度H和磁通密度B或磁極化強(qiáng)度J的磁通積分器；

c) 調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出直流源大小，從零開始增大磁化電流，直至產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的電流值，繪制出正常的B-H或B-J磁化曲線；

d) 慢慢減小電流至零，變向，再增大至其負(fù)值，回調(diào)至零，再變相并增大至值，繪制去完整的B-H或B-J磁滯回線。

e) 通過軟件X-Y記錄及分析，繪制完整的B-H或B-J磁化曲線和磁滯回線，并得到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、剩磁 Br、矯頑力 Hc、起始磁導(dǎo)率 μi、磁導(dǎo)率 μm 等靜態(tài)磁特性參數(shù)。

軟磁磁性能測量結(jié)果

3、典型軟磁磁性能直流測量裝置

軟磁磁性能直流測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性、一致性、可比性和準(zhǔn)確度，以及磁參量溯源至電學(xué)基本量的能力，是評估軟磁磁性能直流測量設(shè)備優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)。

經(jīng)對國內(nèi)生產(chǎn)制造商綜合能力對比，長沙天恒測控技術(shù)有限公司各方面表現(xiàn)突出，且軟磁磁性能直流測量系列產(chǎn)品*。特別是TD8220軟磁直流測試系統(tǒng)，不僅克服了繼電器電流調(diào)節(jié)的弊端，實現(xiàn)了寬范圍電流連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，還內(nèi)置了長沙天恒測控專用的校準(zhǔn)程序，并對磁參量直接溯源至電學(xué)基本量，國內(nèi)僅長沙天恒測控一家。

軟磁磁性能測量示意圖