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磁性測(cè)量的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)

文章來(lái)源: 未知         發(fā)布時(shí)間: 2019-10-17

 
  磁性測(cè)量是指對(duì)磁場(chǎng)和磁性材料進(jìn)行測(cè)量,通過(guò)磁測(cè)量來(lái)測(cè)量其它物理量。 基本被測(cè)量包括磁通量Φ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B,磁場(chǎng)強(qiáng)度H,磁化強(qiáng)度M等。

  磁學(xué)量測(cè)量主要有磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量和反映材料磁特性的各種磁學(xué)參量的測(cè)量。前者又稱(chēng)磁場(chǎng)測(cè)量,后者則根據(jù)磁性材料不同進(jìn)行測(cè)量,主要有永磁材料測(cè)量、軟磁材料測(cè)量、硅鋼片磁特性測(cè)量等。磁學(xué)量測(cè)量是電磁測(cè)量的重要內(nèi)容,用于研究物質(zhì)的磁結(jié)構(gòu)和各種磁現(xiàn)象,以及探索這些現(xiàn)象所遵循的規(guī)律。

  磁場(chǎng)性質(zhì)的最基本物理量是磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。在真空中,磁通密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例,比例常數(shù)μ0稱(chēng)真空磁導(dǎo)率。磁場(chǎng)的測(cè)量除直接利用磁的力效應(yīng)外,常通過(guò)物理規(guī)律將磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來(lái)間接測(cè)量,例如,可利用電磁感應(yīng)定律將磁通變化轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量。
  反應(yīng)磁性材料磁特性的主要是材料的磁化曲線(xiàn)和磁滯回線(xiàn)。在這兩種特性曲線(xiàn)上,可分別確定材料的磁導(dǎo)率μ、飽合磁通密度Bs、矯頑力Hc、剩磁Br以及鐵損 P等磁學(xué)參量。測(cè)量中,須注意材料磁特性的非線(xiàn)性和滯后特性,即材料的磁通密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的比例系數(shù)μ(磁導(dǎo)率)不是常數(shù),而與磁化歷史有關(guān)。因此,測(cè)量時(shí)要設(shè)法突出這些特征。磁性材料的磁特性測(cè)量常表現(xiàn)為曲線(xiàn)、回線(xiàn),或一組組規(guī)定條件下的數(shù)據(jù),一般準(zhǔn)確度不高。磁性材料在交變磁化時(shí),材料內(nèi)部將產(chǎn)生能量損耗(磁滯損耗);又由于磁通的變化,在材料內(nèi)部還將產(chǎn)生渦流損耗。因此,材料的磁特性測(cè)量還包括磁滯損耗和渦流損耗的測(cè)量。測(cè)量軟磁材料,特別是高導(dǎo)磁材料,為了消除退磁場(chǎng)的影響,保證磁化均勻,需注意試樣的選取,通常采用圓環(huán)形試樣。測(cè)量永磁材料時(shí),由于需要很高的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)試樣進(jìn)行磁化,因此要使用磁導(dǎo)計(jì)、電磁鐵等磁化裝置。硅鋼片是電工設(shè)備中用量最大的磁性材料,為了正確設(shè)計(jì)和應(yīng)用電機(jī)和電器等設(shè)備,硅鋼片磁特性測(cè)量已成為磁性測(cè)量中的一個(gè)重要方面。愛(ài)潑斯坦儀是專(zhuān)門(mén)為此設(shè)計(jì)的一種標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量裝置。

  磁規(guī)律是空間、物質(zhì)、材料和物體中各種磁學(xué)量之間或磁學(xué)量與其它物理量之間的關(guān)系。有些關(guān)系是定性的,有些關(guān)系是定量的,而其中一些比較基本的關(guān)系則往往能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地表達(dá)。
  磁規(guī)律的范圍隨人們對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)擴(kuò)展而不斷擴(kuò)大,圍繞不同方面的磁規(guī)律展開(kāi)的。這些磁規(guī)律包括基本的宏觀(guān)磁規(guī)律和磁單位、物質(zhì)磁性的規(guī)律、強(qiáng)磁材料磁化的規(guī)律、樣品磁化的規(guī)律和物質(zhì)的磁效應(yīng)。
  磁規(guī)律是磁測(cè)量得以正確有效進(jìn)行的物理基礎(chǔ)。首先,基本磁學(xué)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁矩、磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度等都只有在發(fā)現(xiàn)了基本宏觀(guān)磁規(guī)律、同時(shí)給出它們的定義和單位之后才能進(jìn)行測(cè)量;對(duì)于各種具體的磁領(lǐng)域,也只有掌握了相應(yīng)的具體磁規(guī)律,從而定義出反映其特點(diǎn)的磁學(xué)量才能對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。這就是說(shuō),磁測(cè)量的對(duì)象及被測(cè)磁學(xué)量的定義都來(lái)自磁規(guī)律,后者應(yīng)該是磁測(cè)量的基礎(chǔ)。其次,為了實(shí)現(xiàn)被測(cè)磁學(xué)量的正確測(cè)量,所采用的測(cè)量方法的原理要正確,而這些原理都是基本的或比較基本的磁規(guī)律。例如,兩大類(lèi)磁測(cè)量方法即磁力法和感應(yīng)法的原理,分別是前面提到的磁庫(kù)侖定律、安培作用力定律和法拉第電磁感應(yīng)定律,它們都是基本的磁規(guī)律。
  各種磁測(cè)量所用的儀器,必須能按指定的準(zhǔn)確度測(cè)出由磁規(guī)律定義出的磁學(xué)量。而實(shí)現(xiàn)磁測(cè)量的各種操作規(guī)程,也受到各種磁規(guī)律的制約,必須滿(mǎn)足由磁規(guī)律提出的要求。一些基本的磁規(guī)律早已確立,但磁測(cè)量的水平,即使對(duì)于基本磁學(xué)量而言,至今仍在不斷提高之中,這是科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的綜合結(jié)果,其中也包括基本磁規(guī)律應(yīng)用能力的提高。在具體磁測(cè)量中基本磁規(guī)律所起的作用往往是逐漸被人們認(rèn)識(shí)的,而一些比較具體的磁規(guī)律又需要經(jīng)過(guò)實(shí)踐才能發(fā)現(xiàn),這種認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)對(duì)磁測(cè)量技術(shù)的發(fā)展將起重要的作用。
 
  磁性材料在交變磁場(chǎng)中變現(xiàn)出的磁特性稱(chēng)為交流磁化特性。與靜態(tài)磁特性不同。物質(zhì)的動(dòng)態(tài)磁特性不僅和物質(zhì)本身的磁性有關(guān),還與勵(lì)磁電流的頻率、幅度、波形等因素有關(guān)。靜態(tài)磁滯回線(xiàn)的面積是靜態(tài)的磁滯損耗,動(dòng)態(tài)磁滯回線(xiàn)的面積是總損耗,包括三部分:磁滯損耗:指鐵磁材料作為磁介質(zhì),在一定勵(lì)磁磁場(chǎng)下產(chǎn)生的固有損耗(在電能轉(zhuǎn)換磁能過(guò)程中所產(chǎn)生的損耗);渦流損耗:磁通發(fā)生交變時(shí),鐵芯產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流呈旋渦狀,感應(yīng)電流在鐵芯電阻上產(chǎn)生的損耗就是渦流損耗;剩余損耗:除磁滯損耗和渦流損耗以外的損耗,所以動(dòng)態(tài)磁滯回線(xiàn)的面積總是大于靜態(tài)磁滯回線(xiàn)的面積。