电气测试技术陈荣保第06章节磁学量测试技术.ppt

（a）坡莫合金 （b）铁磁物质 图6-24 磁通门传感器铁心材料 励磁线圈加交变励磁电流。为提高测量精度而需要差分信号输出，采用双铁心传感器，现在一般采用跑道形结构（如图6-25所示）。 图6-25 磁通门传感器双跑道型铁心材料结构 由图6-25所示的结构，设励磁电流在铁心中产生磁场，其强度H1在两根铁心中是完全相等，但方向相反的，当存在外磁场H0时，两根铁心分别处在磁场(H0-H1)和(H0+H1)作用下，假定这两根铁心的磁特性是相同的，则磁场在铁心中产生的磁感应强度分别为 （6-24） （6-25） 式中，f表示磁场强度与磁感应强度之间的函数关系。 这时测量线圈中的感应电动势为 （6-26） 式中，S为铁心横截面积；N2为测量线圈的匝数；t为时间。 对图6-25所示的铁心磁特性，磁场强度与磁感应强度之间的函数关系可表示为 （6-27） 式中的a、b为与铁心形状和材料有关的常数。将式（6-24）和式（6-25）中的对应函数关系式用式（6-27）表示，则有 （6-28） 式（6-28）等号右侧第一、二项为常数因而不能在测量线圈两端产生感应电动势，第三项为交流磁场与固定磁场乘积因而可形成感应电动势： （6-29） 当励磁线圈接上正弦激励电压时，则通过励磁线圈的电流产生的激励磁场为 （6-30） 将式（6-30）代入式（6-29）得到 （6-31） ⒉磁通门测量电路 图6-26所示为常用的倍频参考检相式磁强计原理框图。 图6-26 常用倍频参考检相式磁强计原理框图 介绍一种在实际应用中取得良好效果的测量电路（如图6-27和图6-28所示）。 图6-27 励磁电路 图6-28 二次谐波测量电路 ⒊磁通门测量技术的特点 1）具有极好的矢量响应性能，能精确测量磁场矢量、标量、分量、梯度和角参数。 2）可以实现点磁测量。 3）有较高的测量分辨率，能方便地达到10-8～10-9T，相当于地磁场强度的10-4～10-5。 4）磁通门探头没有重复性误差、迟滞误差和灵敏阈。 5）磁通门测强仪一般用于弱磁场测量，现已有其他仪器可以测量1.25×10-3T。 6）可以实现无接触和远距离检测。 ⒋其他磁通门磁场测量仪表 1）力矩磁强计。 2）旋转线圈磁强计。 图6-29 力矩磁强计结构图 6.2.4 其他磁测量法 ⒈核磁法 物质具有磁性和相应的磁矩，半数以上的原子核具有自旋，旋转时也会产生一小磁场。当这些物质置于外磁场B0作用下时，会出现下列物理现象： 1）磁矩在外磁场作用下绕外磁场旋进 2）塞曼效应。 3）磁共振现象。 为使上述物理效应付诸实用，工程上采取了一些巧妙措施，开发出一系列测磁仪器。 1）质子旋进式磁强计。 2）核磁共振光泵法。 3）超导量子干涉器。 ⒉磁光法 磁光法是利用传光物质在磁场作用下，引起光的振幅、相位或偏振态发生变化进行磁场测量的方法。 ⒊磁致伸缩法 磁致伸缩法利用紧贴在光纤上的铁磁材料如镍、金属玻璃（非晶态金属）等在磁场中的磁致伸缩效应来测量磁场。 6.3磁性材料测量 6.3.1 磁性材料测量的意义 6.3.2 磁性材料特性及其测量特点 见书P50~51。 ⒈磁性材料特性 磁性材料的特性主要有静态特性、动态特性，或分为直流磁性特性和交流磁性特性。 ⒉磁性材料测量特点 磁性材料特性的测量有一个最为重要的特点，测量工作只能离线进行。 ⒊磁性材料测量仪表 6.3.3 退磁 退磁又称磁清洗、消磁。用外加磁场（恒定的或交变的）的方法退磁时称为磁法磁清洗，或简称磁清洗；用加热或低温方法退磁时称为热法磁清洗，简称热清洗；用化学方法退磁时称为化学磁清洗。 6.3.4 磁性材料静态特性测量 ⒈磁性材料静态特性测量原理与方法 磁性材料在恒定或非常低频（约几Hz）的交变磁场作用下所定义和测量得到的不考虑其时间效应的磁特性参数，称为静态磁参数，也称直流磁参数。属于磁性材料静态特性参数的有（退磁后的）磁化曲线和对称的磁滞回线，即外磁场正负变化一周、磁感沿一个闭合曲线变化一周，也称为磁滞回环。磁滞回线所包含的面积代表外磁场对材料做的功，就是所消耗的能量，称为磁滞损耗。 常用的磁性材料测试样品有闭合磁路样品和棒状开路样品两种。 测量时线圈被分为两组：一组绕在样品上，测量磁感应强度B，另一组放在样品表面测量内磁化场H。环形磁性材料测试样品如图6-30所示。 图6-30 环形磁性材料样品 图中，设环形内环半径为r，外环半径为R，圆环平均半径为 (r+R)/2，即圆环平均周长为π(r+R)；平均半径与圆环厚度之比应大于5。磁化线圈沿整个圆环均匀分布，线圈匝数为N，通以励磁电流I，则圆环样品中的磁场强度H为 （6-33） 对于棒状开路磁性材料样品，有效长度为l，则棒状样品中的磁场强度H为 （6-34）