软磁磁性能测量之直流特性

1.1软磁材料

通常我们都以励磁饱和以后Hc小于1000 A/m的材料称为软磁材料，其具有低矫顽力和高磁导率，易于磁化，也易于退磁，在磁性上表现出“软”的特征。

软磁材料是由铁、钴、镍三种铁磁性元素组成，主要分为硅铁电工钢、镍基和钴基合金、非晶和纳米合金、软铁四大类。

1.2软磁磁性能特点

软磁材料的基本特征是易磁化和退磁，反映在磁滞回线和磁化曲线上的特征为磁导率μ高，矫顽力Hc小，高饱和磁感应强度和低的磁滞损耗。因此软磁材料广泛应用于各种电机、变压器、继电器、磁放大器、电磁铁极头及各种测量仪器中的传感器等。可见软磁材料主要应用于交流励磁的场合，但软磁材料还大量应用在作为产生直流磁通的场合，因此测量软磁磁性能的直流磁特性是评价低频场下材料性能的关键指标。

1.3软磁磁性能测量内容

由上述特点可知，软磁磁性能测量分软磁直流磁性能测量和软磁交流磁性能测量两种方式。本文主要介绍软磁磁性能之直流测量方法，即指在静态（直流）条件下，依据GB/T 13012-2008《软磁材料直流磁性能的测量方法》测量：饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力Hc、起始磁导率μi、最大磁导率μm等静态磁特性参数，并绘制基本磁化曲线和磁滞回线。

2、软磁磁性能直流特性测量

2.1软磁直流测量简介

软磁磁性能之直流特性测量的试样分为闭磁路和开磁路样品，GB/T 13012-2008《软磁材料直流磁性能的测量方法》分别对这二类样品描述了测量方法：

a)环样法——闭路样品测量

环样法适用于测量片材叠装的环样，或整体实心的环样以及烧结环样，且磁场强度在10KA/m以下闭路样品测量；环样自身可形成闭合磁路，且形状规则，磁路长度L可较精确计算，励磁线圈N1和次级线圈N2绕组，如下图：

b)磁导计法——开路样品测量

磁导计法用于磁场强度范围在（1-200）KA/m之间的开路样品测量。

磁导计分A类磁导计和B类磁导计，A类磁导计磁化线圈N1绕于磁导计骨架上，测量试样最小长度250mm，B类磁导计磁化线圈N1绕于磁导计磁轭上，测量试样最小长度100mm，最主要区别在于产生磁场强度大小不同。因条形、棒状、片状试样无法自身形成闭合磁路，需将试样夹在磁导计两块磁轭之间，形成闭合磁路。

2.1软磁磁性能直流测量原理

软磁磁性能直流特性，主要测量磁场强度H和磁通密度B，且B=u0H+J，可绘制出基本B-H或B-J磁化曲线和磁滞回线，从而计算出饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力Hc、起始磁导率μi、最大磁导率μm等静态磁特性参数。

a)磁场强度H测量

励磁电源对磁化线圈N1进行励磁，产生磁场强度H，可由安培环路定律计算得到（安培环路定理如下图）。环样法可根据安培环路定理直接计算H，磁导计法需在试样上外接H线圈测量。

b)磁通密度B测量

通过磁通积分器与次级绕组N2连接，读取磁通积分器示值，并计算得出磁通密度的变化值。环样测量方法如下图，磁导计法需外接B线圈（次级绕组N2）测量，测量原理与环样法类似。

2.2软磁磁性能直流测量步骤

软磁磁性能直流特性测量，依据GB/T 13012-2008《软磁材料直流磁性能的测量方法》，步骤如下：

a)试样退磁，从磁场强度不小于5KA/m开始，反复换向，并逐渐降低退磁场；

b)校准测量磁场强度H和磁通密度B或磁极化强度J的磁通积分器；

c)调节稳定输出直流源大小，从零开始增大磁化电流，直至产生最大磁场强度的电流值，绘制出正常的B-H或B-J磁化曲线；

d)慢慢减小电流至零，变向，再增大至其最大负值，回调至零，再变相并增大至最大值，绘制去完整的B-H或B-J磁滞回线。

e)通过软件X-Y记录及分析，绘制完整的B-H或B-J磁化曲线和磁滞回线，并得到饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力Hc、起始磁导率μi、最大磁导率μm等静态磁特性参数。

软磁磁性能测量结果

3、典型软磁磁性能直流测量装置

软磁磁性能直流测量数据的重复性、一致性、可比性和准确度，以及磁参量溯源至电学基本量的能力，是评估软磁磁性能直流测量设备优劣的关键指标。

经对国内生产制造商综合能力对比，长沙天恒测控技术有限公司各方面表现突出，且软磁磁性能直流测量系列产品完善。特别是TD8220软磁直流测试系统，不仅克服了继电器电流调节的弊端，实现了宽范围电流连续稳定调节，还内置了长沙天恒测控专用的校准程序，并对磁参量直接溯源至电学基本量，国内仅长沙天恒测控一家。

软磁磁性能测量示意图