软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究file.yizimg.com/365081/2017324-10151849.pdf ·...
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书书书
第!"
卷!
第#
期
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年%$
月 !!!!!!!!!!!!
金属功能材料
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软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究
朱永红%
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!瞿清昌"
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湖南省永逸科技有限公司!湖南 娄底A%B$$$
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浙江省计量科学研究院!浙江 杭州"%$$%"
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中国计量科学研究院!北京%$$$!@
$
摘!
要!目前国内外测试设备供应商和国内相关磁性材料检验机构!大都采用软件控制的扫描法测量磁滞回线!在
测试矫顽力较高的材料磁滞回线及相关磁特性参数上有一定的参考意义!但对于低矫顽力高磁导软磁材料!测试
数据的不确度和重复性则难以满足要求%为了使测量结果具有唯一性!本文参照基本磁化曲线的定义提出软磁材
料的基本磁滞回线这一概念!并通过对测试方法和配套测试硬件的研究!即通过软件控制方法的优化!微机获得自
适应冲击"激励$波形函数!并对采样数据进行自我比较判断!最终获得了代表材料直流磁性能唯一性的基本磁滞
回线%该方法适用于低矫顽力"小于%$$C
&
D
$软磁材料的磁测量!为推动软磁材料静态磁性能测试技术的发展!
促进标准的完善有一定的作用%
关键词!软磁材料#直流磁特性#磁测量#磁场扫描法#基本磁滞回线#模拟冲击法
文献标志码!
C
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文章编号!
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作者简介!朱永红"
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收稿日期!
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磁性材料是二战后对科技进步和社会发展贡献
仅次于半导体的功能材料!软磁材料是磁性材料工
业的重要组成部分)
%8"
*
%磁性材料最基本的参数大
都定义在磁滞回线上!所以通常的磁性测量就是磁
滞回线的测绘%它们的基本磁性参数测量结果的唯
一性+可比性和准确度是评估材料质量+指导研究+
应用新型材料的关键!指导着新型磁性材料的研究
和开发%传统的冲击检流计法在国际和国家相关标
准中均有定义!但由于存在因使用机械开关和冲击
检流计)
A
*所带来的非瞬时性误差!以及需要有经验
工作人员来做测量避免人为操作偏差!测试效率非
常低!逐步被采用电子开关和数字"模拟$磁通计所
替代!并采用软件控制完成整个测试过程%
目前软磁材料直流磁磁滞回线的测量国内+外
设备通常采用磁场扫描法%但由于样品在磁化过程
中涡流对磁化的作用!测量到的磁滞回线受到磁化
频率和磁感波形"谐波$的影响!而产生畸变!从而使
测量结果失去唯一性!所以尽管这种方法很普遍+很
简单!但实际上不可取%扫描法所得到的参数失去
了磁性材料测量结果可比性和准确度的基础!已经
有相关文献报道这些影响)
#
*
%
!$%#
年%!
月!我们提出采用模拟冲击法测试
软磁材料直流磁性能!并参照基本磁化曲线的定义!
将用这种方法测量得到的磁滞回线称之为该材料的
,基本磁滞回线-!得到定义在该回线上的基本磁性
参数!包括基本磁滞回线簇顶点连成的基本磁化曲
线和定义在这些曲线上的磁性参数%特别是将这个
磁滞回线的面积!定义为基本磁化能!
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"
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为评价材料磁化损耗的基础%
模拟冲击法的基本条件是两个测量点的,准静
态-
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+
T$
&
T#̂ $
!考虑到软磁材料磁畴
运动的高速率!满足这个条件比常人想象的容易%我
们提出以微机的智能!即它的自适应能力!来产生+控
制!并记忆针对不同产品的冲击"激励$波形函数!目标
是在保证测量结果的唯一性的前提下!以尽快的速度
完成测量%实践结果证明!做到这一点并不困难%
为此!湖南省永逸科技有限公司经过半年的时
间的实验和研制!基本上完成了该项目!并同时申请
了相关专利)
=
*
%
:
!
软磁材料基本磁滞回线测量装置
基本磁滞回线测量装置由计算机+打印机+
C;
&
;C
数据采集和控制卡+程控励磁电源+积分器和被
测试样品组成!其装置原理框图和现有扫描法测量
装置几乎没有差别%
该测试装置区别于现有装置主要表现为'测量
过程采用冲击测量模式!测量点从一个准静态点出
发!到达另一个准静态点!装置测量每一次冲击过程
起始前和结束后磁场与磁感的变化量"
"
F
和"
X
$%
微机通过测试软件的编程控制!已经成为一台能自
学习的控制中心!能针对不同的测试样品!自己学习
和自己编程获得适合该材料的测试函数波形!并程
控励磁电源!对采样数据进行自我判断!最终获得代
表材料直流磁性能唯一性的基本磁滞回线%表%
给
出了设备测试结果重复性的一组实验结果%测试样
品材料为%]B@
带材"厚度$5%DD
$卷绕圆环#样品
参数'有效磁路长度%
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坡莫合金材料采用模拟冲击法测试结果
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-
的重复性很好%
!
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由
.
B"
.
第#
期!!!!!!!!!!!!!
朱永红!等'软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究
于回线太窄!重复性变差!实际上材料在交流!特别
是高频使用条件下不可能工作在这么深度的饱和状
态!在实际应用条件下!
!
/
测量结果的重复性要变
得好很多%当然!在这样深度饱和的状态下!还能达
到%5#̀
的标准偏差!是一个非常好的结果%
表!
给出了冲击时间)
3
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对测量结果的影响%
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相对偏差$5#̀ $5$#=̀ $5$%@̀ #5&&!̀ $5%̀
!!
结论'从测试结果中可以看出!
;SA
电工纯铁
圆环!只有当冲击时间达到%3
以后!材料的"
-
变
化才趋于缓慢!考虑设备测试重复性为$5"̀
!认可
测试的准确性%从测试数据中同时可以看出!
$
3
和
$
2
对冲击时间是不敏感的!在只需要进行对该两项
参数测试时!可加快测试速度!提高测试效率%
将冲击法测试时间为%5#3
和!3
的两个原始
数据进行比较!获得两次不同条件下对应的XT*)
作
图!曲线上看重复性好"见$!同时经过对典型软磁材
料铁氧体]aA$ML
+
.XA#
+取向硅钢!"E%%$
+
P!"#
+
%]#$
+
%]B@
等都进行了相关性能的测试!不同材料
在通过微机自学习获得自适应测试程序后!通过;
&
C
控制励磁电源发出励磁函数"
"
"
)
$!作用于被测
样品!其响应函数T$
&
T#
通过比例&积分放大器和
C
&
;
采样获得!并进行单方向6
次模拟冲击法循环
控制!最后可以获得稳定的基本磁滞回线%
D
!
软磁材料基本磁性参数测试结果
比对
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首先采用.R8!%$$b;
软磁材料直流测量装置
所具备的扫描法和模拟冲击法对矫顽力较大的软磁
图:
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冲击测量时间为:EF.
与@.
测量结果数据比较
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量%对测试数据进行对比%
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"磁化曲线约占&$3
$!模拟冲击法控制)
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为%3
!获
得以下结果%
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金属功能材料!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
第!"
卷
表D
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电工纯铁在设定不同冲击时间下测试的数据
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结论'当矫顽力较大时!采用扫描法与冲击法主
要差异在磁化曲线的!
,
+
!
D
和磁滞回线的!
/
上!其
他参数的差异较小!
"
-
越大的材料!差异越小%两
种方法测试的差异与德国O8B#$
采用扫描法测试仅
给出的两项技术参数不确定度"
+^!
$!剩磁$
2
'
%5!̀
!矫顽力"
-
'
"5$̀
基本吻合%
今年&
月!湖南省永逸科技有限公司在浙江杭
州进行了扫描法和模拟冲击法测试磁滞回线的比
对%参加单位及其测量设备见表#
!比对测试结果
见表&
#
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%
表F
!
参与比对的单位及其测试设备
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!
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编号 机构&企业名称 设备名称 测试方法
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扫描法
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浙江省计量科学院 德国O8B#$
扫描法
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浙江工业大学 日本bc%%$$
扫描法
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扫描法
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永逸科技.R8!$%$b;
模拟冲击法
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永逸扫描"5A! %5!"& $5B#%A $5&"&! =$5$"
永逸冲击"5B@# %5!A& $5B&%# $5&"B =$5$B
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朱永红!等'软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究
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卷
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G89@:MM!A
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第#
期!!!!!!!!!!!!!
朱永红!等'软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究
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讨论
提出基本磁滞回线的概念和软磁材料基本磁滞
回线测量装置的研制成功!全面实现了软磁材料基
本磁性参数从定义出发的测量'其中基本磁化曲线
即为基本磁滞回线顶点的连线!同时获得了定义在
基本磁化曲线上!以及定义在基本磁滞回线的磁性
参数!这几乎包括了全部的软磁材料静态磁性参数%
另一个重要的收获是!我们提出了基本磁化能
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$!即基本磁滞回线的面积!并实现了它
的测量%它可能成为评价软磁材料交流!特别是高
频磁性损耗的基础%因为考虑到磁性材料高频损耗
测量时样品自热温升引起测量结果持续的漂移!测
量线路电路损耗分离困难等因素!实现这一测量!并
获得可靠的+可比的结果是困难的%
采用模拟冲击法进行测试!初始磁导率+最大磁
导率均能测试!并具有很好的重复性%和扫描法比
较!德国设备和日本设备均不提供初始磁导率参数%
最大磁导率可提供!但相互之间差异也较大!这是原
理性的缺陷%
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测试中国计量大学所采用的O8
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在磁滞回线交错的情况下会差异较大!该设备
为!$$=
年购置!
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年浙江省计量科学院购置同
类型产品!相对数据要好一些%
B
!
结论
理论上!基本磁滞回线是面积最小的!也就是
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/
最小的磁滞回线!同时"
-
也是最小的!上述的
测量结果基本上反映了这一规律!这一次初步的比
对实验结果令人鼓舞!要进一步确认和完善这一测
量方法!还有待进一步的实验与研究%
L
!
致谢
感谢中国计量大学刘亚丕教授和浙江工业大学
车声雷教授!他们参加了这次进行比对测试实验!并
对我们的工作提供了指导和帮助%感谢G0,Q(23,)
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陈俊全老师协助对数据
的分析%
参考文献!
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*田建军!张德金!袁勇!等5
铁基软磁复合材料成形和热处理工
艺研究)
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粉末冶金工业!
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*刘海顺!卢爱红!杨卫明!等5
非晶纳米晶合金及其软磁性能
研究)
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\
徐州'中国矿业大学出版社!
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S/D*03Y,b5
磁性测量手册)
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北京'机械工业出版
社!
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*瞿清昌!高原!林安利!等5
磁性材料测量"讲义$)
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北京'
中国计量科学研究院内部资料!
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*朱永红\
软磁材料基本磁滞回线测量装置及其测量方法)
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国发明专利'
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金属功能材料!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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卷