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磁性測量的基礎認識

文章來源: 未知         發布時間: 2019-10-17

 
  磁性測量是指對磁場和磁性材料進行測量,通過磁測量來測量其它物理量。 基本被測量包括磁通量Φ,磁感應強度B,磁場強度H,磁化強度M等。

  磁學量測量主要有磁場性質的基本物理量和反映材料磁特性的各種磁學參量的測量。前者又稱磁場測量,后者則根據磁性材料不同進行測量,主要有永磁材料測量、軟磁材料測量、硅鋼片磁特性測量等。磁學量測量是電磁測量的重要內容,用于研究物質的磁結構和各種磁現象,以及探索這些現象所遵循的規律。

  磁場性質的最基本物理量是磁通密度和磁場強度。在真空中,磁通密度與磁場強度成比例,比例常數μ0稱真空磁導率。磁場的測量除直接利用磁的力效應外,常通過物理規律將磁學量轉換成電學量來間接測量,例如,可利用電磁感應定律將磁通變化轉換為電動勢來測量。
  反應磁性材料磁特性的主要是材料的磁化曲線和磁滯回線。在這兩種特性曲線上,可分別確定材料的磁導率μ、飽合磁通密度Bs、矯頑力Hc、剩磁Br以及鐵損 P等磁學參量。測量中,須注意材料磁特性的非線性和滯后特性,即材料的磁通密度與磁場強度之間的比例系數μ(磁導率)不是常數,而與磁化歷史有關。因此,測量時要設法突出這些特征。磁性材料的磁特性測量常表現為曲線、回線,或一組組規定條件下的數據,一般準確度不高。磁性材料在交變磁化時,材料內部將產生能量損耗(磁滯損耗);又由于磁通的變化,在材料內部還將產生渦流損耗。因此,材料的磁特性測量還包括磁滯損耗和渦流損耗的測量。測量軟磁材料,特別是高導磁材料,為了消除退磁場的影響,保證磁化均勻,需注意試樣的選取,通常采用圓環形試樣。測量永磁材料時,由于需要很高的磁場強度對試樣進行磁化,因此要使用磁導計、電磁鐵等磁化裝置。硅鋼片是電工設備中用量最大的磁性材料,為了正確設計和應用電機和電器等設備,硅鋼片磁特性測量已成為磁性測量中的一個重要方面。愛潑斯坦儀是專門為此設計的一種標準化測量裝置。

  磁規律是空間、物質、材料和物體中各種磁學量之間或磁學量與其它物理量之間的關系。有些關系是定性的,有些關系是定量的,而其中一些比較基本的關系則往往能用簡單的數學公式準確地表達。
  磁規律的范圍隨人們對磁現象的認識擴展而不斷擴大,圍繞不同方面的磁規律展開的。這些磁規律包括基本的宏觀磁規律和磁單位、物質磁性的規律、強磁材料磁化的規律、樣品磁化的規律和物質的磁效應。
  磁規律是磁測量得以正確有效進行的物理基礎。首先,基本磁學量磁場強度、磁矩、磁化強度和磁感應強度等都只有在發現了基本宏觀磁規律、同時給出它們的定義和單位之后才能進行測量;對于各種具體的磁領域,也只有掌握了相應的具體磁規律,從而定義出反映其特點的磁學量才能對它們進行測量。這就是說,磁測量的對象及被測磁學量的定義都來自磁規律,后者應該是磁測量的基礎。其次,為了實現被測磁學量的正確測量,所采用的測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律。例如,兩大類磁測量方法即磁力法和感應法的原理,分別是前面提到的磁庫侖定律、安培作用力定律和法拉第電磁感應定律,它們都是基本的磁規律。
  各種磁測量所用的儀器,必須能按指定的準確度測出由磁規律定義出的磁學量。而實現磁測量的各種操作規程,也受到各種磁規律的制約,必須滿足由磁規律提出的要求。一些基本的磁規律早已確立,但磁測量的水平,即使對于基本磁學量而言,至今仍在不斷提高之中,這是科學技術水平不斷發展的綜合結果,其中也包括基本磁規律應用能力的提高。在具體磁測量中基本磁規律所起的作用往往是逐漸被人們認識的,而一些比較具體的磁規律又需要經過實踐才能發現,這種認識和發現對磁測量技術的發展將起重要的作用。
 
  磁性材料在交變磁場中變現出的磁特性稱為交流磁化特性。與靜態磁特性不同。物質的動態磁特性不僅和物質本身的磁性有關,還與勵磁電流的頻率、幅度、波形等因素有關。靜態磁滯回線的面積是靜態的磁滯損耗,動態磁滯回線的面積是總損耗,包括三部分:磁滯損耗:指鐵磁材料作為磁介質,在一定勵磁磁場下產生的固有損耗(在電能轉換磁能過程中所產生的損耗);渦流損耗:磁通發生交變時,鐵芯產生感應電動勢進而產生感應電流,感應電流呈旋渦狀,感應電流在鐵芯電阻上產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,所以動態磁滯回線的面積總是大于靜態磁滯回線的面積。

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