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磁性测量的基础认识

文章来源: 未知         发布时间: 2019-10-17

 
  磁性测量是指对磁场和磁性材料进行测量,通过磁测量来测量其它物理量。 基本被测量包括磁通量Φ,磁感应强度B,磁场强度H,磁化强度M等。

  磁学量测量主要有磁场性质的基本物理量和反映材料磁特性的各种磁学参量的测量。前者又称磁场测量,后者则根据磁性材料不同进行测量,主要有永磁材料测量、软磁材料测量、硅钢片磁特性测量等。磁学量测量是电磁测量的重要内容,用于研究物质的磁结构和各种磁现象,以及探索这些现象所遵循的规律。

  磁场性质的最基本物理量是磁通密度和磁场强度。在真空中,磁通密度与磁场强度成比例,比例常数μ0称真空磁导率。磁场的测量除直接利用磁的力效应外,常通过物理规律将磁学量转换成电学量来间接测量,例如,可利用电磁感应定律将磁通变化转换为电动势来测量。
  反应磁性材料磁特性的主要是材料的磁化曲线和磁滞回线。在这两种特性曲线上,可分别确定材料的磁导率μ、饱合磁通密度Bs、矫顽力Hc、剩磁Br以及铁损 P等磁学参量。测量中,须注意材料磁特性的非线性和滞后特性,即材料的磁通密度与磁场强度之间的比例系数μ(磁导率)不是常数,而与磁化历史有关。因此,测量时要设法突出这些特征。磁性材料的磁特性测量常表现为曲线、回线,或一组组规定条件下的数据,一般准确度不高。磁性材料在交变磁化时,材料内部将产生能量损耗(磁滞损耗);又由于磁通的变化,在材料内部还将产生涡流损耗。因此,材料的磁特性测量还包括磁滞损耗和涡流损耗的测量。测量软磁材料,特别是高导磁材料,为了消除退磁场的影响,保证磁化均匀,需注意试样的选取,通常采用圆环形试样。测量永磁材料时,由于需要很高的磁场强度对试样进行磁化,因此要使用磁导计、电磁铁等磁化装置。硅钢片是电工设备中用量最大的磁性材料,为了正确设计和应用电机和电器等设备,硅钢片磁特性测量已成为磁性测量中的一个重要方面。爱泼斯坦仪是专门为此设计的一种标准化测量装置。

  磁规律是空间、物质、材料和物体中各种磁学量之间或磁学量与其它物理量之间的关系。有些关系是定性的,有些关系是定量的,而其中一些比较基本的关系则往往能用简单的数学公式准确地表达。
  磁规律的范围随人们对磁现象的认识扩展而不断扩大,围绕不同方面的磁规律展开的。这些磁规律包括基本的宏观磁规律和磁单位、物质磁性的规律、强磁材料磁化的规律、样品磁化的规律和物质的磁效应。
  磁规律是磁测量得以正确有效进行的物理基础。首先,基本磁学量磁场强度、磁矩、磁化强度和磁感应强度等都只有在发现了基本宏观磁规律、同时给出它们的定义和单位之后才能进行测量;对于各种具体的磁领域,也只有掌握了相应的具体磁规律,从而定义出反映其特点的磁学量才能对它们进行测量。这就是说,磁测量的对象及被测磁学量的定义都来自磁规律,后者应该是磁测量的基础。其次,为了实现被测磁学量的正确测量,所采用的测量方法的原理要正确,而这些原理都是基本的或比较基本的磁规律。例如,两大类磁测量方法即磁力法和感应法的原理,分别是前面提到的磁库仑定律、安培作用力定律和法拉第电磁感应定律,它们都是基本的磁规律。
  各种磁测量所用的仪器,必须能按指定的准确度测出由磁规律定义出的磁学量。而实现磁测量的各种操作规程,也受到各种磁规律的制约,必须满足由磁规律提出的要求。一些基本的磁规律早已确立,但磁测量的水平,即使对于基本磁学量而言,至今仍在不断提高之中,这是科学技术水平不断发展的综合结果,其中也包括基本磁规律应用能力的提高。在具体磁测量中基本磁规律所起的作用往往是逐渐被人们认识的,而一些比较具体的磁规律又需要经过实践才能发现,这种认识和发现对磁测量技术的发展将起重要的作用。
 
  磁性材料在交变磁场中变现出的磁特性称为交流磁化特性。与静态磁特性不同。物质的动态磁特性不仅和物质本身的磁性有关,还与励磁电流的频率、幅度、波形等因素有关。静态磁滞回线的面积是静态的磁滞损耗,动态磁滞回线的面积是总损耗,包括三部分:磁滞损耗:指铁磁材料作为磁介质,在一定励磁磁场下产生的固有损耗(在电能转换磁能过程中所产生的损耗);涡流损耗:磁通发生交变时,铁芯产生感应电动势进而产生感应电流,感应电流呈旋涡状,感应电流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗;剩余损耗:除磁滞损耗和涡流损耗以外的损耗,所以动态磁滞回线的面积总是大于静态磁滞回线的面积。