磁測量基礎(chǔ)PPT課件

1、磁測量基礎(chǔ) 第一章第一章 磁測量基礎(chǔ)磁測量基礎(chǔ) 磁測量基礎(chǔ) 內(nèi)內(nèi) 容容 基本磁學(xué)量和磁單位基本磁學(xué)量和磁單位 1-1 磁場的基本定律磁場的基本定律 1-2 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性 1-3 鐵磁物質(zhì)的靜態(tài)磁特性鐵磁物質(zhì)的靜態(tài)磁特性1-4 磁測量基礎(chǔ) 12 21 2 012 1 4 mm r qq Fe r r 21 F 1m q 2m q 1-1 基本磁學(xué)量和磁單位基本磁學(xué)量和磁單位 一、磁的庫侖定律一、磁的庫侖定律 磁荷在空間產(chǎn)磁荷在空間產(chǎn) 生的磁場生的磁場 1 2 0 1 4 m r q He r A/m （SI） 點磁荷的磁極強點磁荷的磁極強 度為度為qm 單位：單位：Wb（SI） 7 0

2、410 H m真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率 磁測量基礎(chǔ) 1-1 基本磁學(xué)量和磁單位基本磁學(xué)量和磁單位 磁偶極子磁偶極子 磁偶極矩：磁偶極矩： Wb m （SI） mm jq l -qm +qm l v 一個磁偶極矩為一個磁偶極矩為 jm 的磁偶極子，當(dāng)取磁偶極子的磁偶極子，當(dāng)取磁偶極子 的中點為坐標(biāo)原點為時，在距離為的中點為坐標(biāo)原點為時，在距離為r處（處（rl）的）的 空間中產(chǎn)生的磁場為空間中產(chǎn)生的磁場為 35 0 3()1 4 mm jjr r H rr A/m （SI） 磁測量基礎(chǔ) v 分子電流說：分子電流說：可以用以環(huán)形電流來描繪磁偶極子可以用以環(huán)形電流來描繪磁偶極子 環(huán)形電流的磁矩為環(huán)形電流的

3、磁矩為 i m A 磁矩的意義是表征磁偶極子磁性強弱和方向的磁矩的意義是表征磁偶極子磁性強弱和方向的 一個物理量，和磁偶極矩具有相同的物理意義。一個物理量，和磁偶極矩具有相同的物理意義。 （A m2） miA 0m jm 磁測量基礎(chǔ) 二、磁化強度和磁極化強度二、磁化強度和磁極化強度 v 兩者都是描述宏觀磁性物體兩者都是描述宏觀磁性物體 磁性強弱的物理量。磁性強弱的物理量。 0 JM m M V v 磁化強度：單位體積磁體內(nèi)磁化強度：單位體積磁體內(nèi) 具有的磁矩矢量和。具有的磁矩矢量和。 單位：單位：A/m m m j J V v 磁極化強度：單位體積磁體磁極化強度：單位體積磁體 內(nèi)具有的磁偶極矩

4、矢量和。內(nèi)具有的磁偶極矩矢量和。 單位：特（斯拉）單位：特（斯拉） 1 m M V v 比磁化強度：單位質(zhì)量磁性比磁化強度：單位質(zhì)量磁性 體內(nèi)具有的磁矩矢量和體內(nèi)具有的磁矩矢量和。 （其中（其中 為磁體密度）為磁體密度） 單位：單位：A m2 Kg-1 0m jm 磁測量基礎(chǔ) 畢奧畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律: 三、磁感應(yīng)強度三、磁感應(yīng)強度B（也稱磁通量密度）（也稱磁通量密度） SI單位單位T，CGS單位單位Gs。 1T=104Gs 磁測量基礎(chǔ) 幾種不同的電流在空間產(chǎn)生的磁場為：幾種不同的電流在空間產(chǎn)生的磁場為： v 無限長直導(dǎo)線無限長直導(dǎo)線 v 有限長直導(dǎo)線有限長直導(dǎo)線 v 圓形電流圓心處圓形電

5、流圓心處 v 長直螺線管軸線中心處長直螺線管軸線中心處 v 螺繞環(huán)內(nèi)部螺繞環(huán)內(nèi)部 0 2 I B r 0 12 (coscos) 4 I B r 0 2 I B R 0 BnI 0 BnI 磁測量基礎(chǔ) 1、運動點電荷在磁場在磁場中受的洛倫茲力、運動點電荷在磁場在磁場中受的洛倫茲力 FqvB 對于任何置于其中的磁極或者電流能施加作用力。對于任何置于其中的磁極或者電流能施加作用力。 2、通電導(dǎo)線在磁場在磁場中受的安培力、通電導(dǎo)線在磁場在磁場中受的安培力 F=BIL FidlB 3、磁場作用于載流線圈的磁力矩、磁場作用于載流線圈的磁力矩 n TISeBmB m 為載流線圈產(chǎn)生的磁矩 磁測量基礎(chǔ) 磁電

6、式電流計原理磁電式電流計原理 T Ma aBNIS k NBS a I 實驗實驗測定測定 游絲的反抗力矩與線圈轉(zhuǎn)過的角度游絲的反抗力矩與線圈轉(zhuǎn)過的角度 成正比成正比. NS 磁鐵磁鐵 磁測量基礎(chǔ) 0 S SdB 高斯定理仍然成立：高斯定理仍然成立： v無介質(zhì)時高斯定理無介質(zhì)時高斯定理0 S B dS 一、高斯定理一、高斯定理 磁通連續(xù)性原理磁通連續(xù)性原理 1-2 磁場的基本定律磁場的基本定律 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 0 B 磁磁 化化 附加磁場附加磁場 B BBB 0 磁通連續(xù)性原理：磁場的基本方程之一。磁通連續(xù)性原理：磁場的基本方程之一。 磁測量基礎(chǔ) v根據(jù)磁通連續(xù)性原理證明：根據(jù)磁通連續(xù)性原理證明：

7、 兩種介質(zhì)的分界面上，磁感應(yīng)線的法線分兩種介質(zhì)的分界面上，磁感應(yīng)線的法線分 量相等，即量相等，即 B1n=B2n ，因此，只要測出樣品表，因此，只要測出樣品表 面法線磁場強度面法線磁場強度H2n，則樣品內(nèi)磁感應(yīng)強度的法，則樣品內(nèi)磁感應(yīng)強度的法 線分量線分量B1n= 0H2n 。 SN 樣品樣品 B1n B2n 磁測量基礎(chǔ) 如圖，密繞長直螺線管內(nèi)充滿磁化強度為如圖，密繞長直螺線管內(nèi)充滿磁化強度為 的各向的各向 同性均勻磁介質(zhì)，線圈中的電流為同性均勻磁介質(zhì)，線圈中的電流為 M I 選取閉合回路，由安培環(huán)路定理得，選取閉合回路，由安培環(huán)路定理得， i abl Il dBl dB 0 a b c d

8、si INIIs I 束縛電流 abab s l dMl dMabMI )( )( 0 ll l dMNIl dB 二、安培環(huán)路定理二、安培環(huán)路定理 全電流定律全電流定律 INIl dM B l )( 0 M B H 0 定義磁場強度定義磁場強度 Il dH l 磁場的基本方程之一，也叫全電流定律磁場的基本方程之一，也叫全電流定律 只與傳導(dǎo)電流有關(guān)只與傳導(dǎo)電流有關(guān) 磁測量基礎(chǔ) v由全電流定律證明由全電流定律證明，在兩種不同介質(zhì)的分界面上，在兩種不同介質(zhì)的分界面上， 磁場強度的切線分量相等。即如果測出樣品表面磁場強度的切線分量相等。即如果測出樣品表面 切線方向磁場強度切線方向磁場強度H0，即為樣

9、品內(nèi)切線方向磁場，即為樣品內(nèi)切線方向磁場 強度。強度。 NS 樣品樣品 Hi H0 磁測量基礎(chǔ) 三、磁介質(zhì)的性能方程三、磁介質(zhì)的性能方程 v M 是反映介質(zhì)磁化程度的物理量。是反映介質(zhì)磁化程度的物理量。 0 0 HMBM B H （） v 在各向同性的磁介質(zhì)中，某一點的磁化強度矢量與磁場在各向同性的磁介質(zhì)中，某一點的磁化強度矢量與磁場 強度矢量之間的關(guān)系可寫為：強度矢量之間的關(guān)系可寫為： MH v 磁化率磁化率 ，代表介質(zhì)的磁化能力。無單位，代表介質(zhì)的磁化能力。無單位 磁測量基礎(chǔ) 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 v 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 ，代表介質(zhì)的磁化能力。單位，代表介質(zhì)的磁化能力。單位H/m 0 00r BHM H

10、H H （） = （1） v 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率 r ，除鐵磁物質(zhì)外，其余介質(zhì)的磁，除鐵磁物質(zhì)外，其余介質(zhì)的磁 導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率相差很小。導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率相差很小。(無單位無單位) 磁測量基礎(chǔ) v 電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理 面積 A 磁通量 SB d S 四、電磁感應(yīng)定律四、電磁感應(yīng)定律 LS dd dd dtdt B ELBS 磁測量基礎(chǔ) （一）磁路的概念（一）磁路的概念: : 磁路：磁路：磁通所通過的路徑。磁通所通過的路徑。 主磁通：主磁通：由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多，由于鐵心的導(dǎo)磁性能比空氣要好得多， 所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過，這部分磁通所以絕大部分磁通將在鐵心內(nèi)通過，這部

11、分磁通 稱為主磁通。稱為主磁通。 漏磁通：漏磁通：圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的圍繞載流線圈、部分鐵心和鐵心周圍的 空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為空間，還存在少量分散的磁通，這部分磁通稱為 漏磁通。漏磁通。 五、磁路的基本定律五、磁路的基本定律 磁測量基礎(chǔ) 主磁通主磁通 漏漏 磁磁 通通 變壓器的磁路變壓器的磁路 漏漏 磁磁 通通 漏 磁 通 漏 磁 通 磁測量基礎(chǔ) 主磁路：主磁路：主磁通所通過的路徑。主磁通所通過的路徑。 漏磁路：漏磁路：漏磁通所通過的路徑。漏磁通所通過的路徑。 勵磁線圈：勵磁線圈：用以激勵磁路中磁通的載流線圈。用以激勵磁路中磁通的載流線圈。 勵磁電流：勵磁電

12、流：勵磁線圈中的電流。勵磁線圈中的電流。 直流直流: : 直流磁路直流磁路 例如例如: : 直流電機直流電機 交流交流: : 交流磁路交流磁路 例如例如: : 變壓器變壓器 磁測量基礎(chǔ) （二）、磁路的基本定律（二）、磁路的基本定律 1 1安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律 定律內(nèi)容定律內(nèi)容: :沿任何一條閉合回線，磁場強度的線沿任何一條閉合回線，磁場強度的線 積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值積分值恰好等于該閉合回線所包圍的總電流值 （代數(shù)和）。（代數(shù)和）。 公式公式: : 附圖附圖1-2,有有: L H dli 123 L H dliii 磁測量基礎(chǔ) 磁動勢：通電線圈實際能夠激發(fā)磁通量的磁勢。磁

13、動勢：通電線圈實際能夠激發(fā)磁通量的磁勢。 Fm=NI （A） 磁阻：就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用磁阻：就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用Rm表示。表示。( H-1 ) 2 2磁路的歐姆定律磁路的歐姆定律 定律內(nèi)容定律內(nèi)容: 作用在磁路上的作用在磁路上的磁動勢磁動勢等于磁路內(nèi)的等于磁路內(nèi)的 磁通量乘以磁阻。磁通量乘以磁阻。 mm FR A l Rm 類比電路：類比電路：IR 磁測量基礎(chǔ) 由于磁導(dǎo)率 不是常數(shù)，所以Rm也不是常數(shù)。 與電阻根本不同之處： 1）電路中在電動勢的驅(qū)動下，確實存在電荷在電路中流動 ，并因此引起電阻的發(fā)熱。而在磁導(dǎo)體中，并沒有物質(zhì)或能量在 流動，因此不會在磁導(dǎo)

14、體中產(chǎn)生損耗。即使在交變磁場中，磁導(dǎo) 體的損耗也不是磁通“流通”產(chǎn)生的。 2)電路中電流限定在銅導(dǎo)線和其他導(dǎo)電元件內(nèi)，這些元件的 電導(dǎo)率高，比電路的周圍材料的電導(dǎo)率一般高1012倍以上。由于 沒有磁絕緣材料，周圍介質(zhì)的磁導(dǎo)率只比組成磁路材料的磁導(dǎo)率 低幾個數(shù)量級，漏磁較為嚴(yán)重。 3）導(dǎo)體的電導(dǎo)率與導(dǎo)體流過電流無關(guān)，而磁路中磁導(dǎo)率為 與磁通密度有關(guān)的非線性參數(shù)。 4）由于有散磁通存在，即使均勻繞制，也不能做到全耦合 ，漏磁通一般很難用分析方法求得，通常采用經(jīng)驗公式計算。 5）磁場較復(fù)雜，交流激勵的磁場在其周圍導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流 效應(yīng)，磁路計算是近似的 磁測量基礎(chǔ) 點擊書本進(jìn)入例題1-1 例題 磁測量

15、基礎(chǔ) v 例例1-1 有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面有一閉合鐵心磁路，鐵心的截面 積積 ，磁路的平均長度，磁路的平均長度L=0.3mL=0.3m， 鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵磁繞組為鐵心的磁導(dǎo)率，套裝在鐵心上的勵磁繞組為500500 匝。試求在鐵心中產(chǎn)生匝。試求在鐵心中產(chǎn)生1T1T的磁通密度時，所需的的磁通密度時，所需的 勵磁磁動勢和勵磁電流。勵磁磁動勢和勵磁電流。 24 109mA ？ 磁測量基礎(chǔ) v 解解 用安培環(huán)路定律來求解。用安培環(huán)路定律來求解。 磁場強度磁場強度 磁動勢磁動勢 勵磁電流勵磁電流 A N F i 2 1054. 9 返回返回 mABH Fe /1591045000/

16、1/ 7 159 0.347.7FHlAA 磁測量基礎(chǔ) 定律內(nèi)容定律內(nèi)容: :穿出(或進(jìn)入)任一閉和面的總磁通 量恒等于零(或者說,進(jìn)入任一閉合面的磁通 量恒等于穿出該閉合面的磁通量),這就是磁 通連續(xù)性定律。 公式: 又稱磁路的并聯(lián)定律。 3 3磁路的基爾霍夫第一定律磁路的基爾霍夫第一定律 附圖1-4 0 磁測量基礎(chǔ) 4 4磁路的基爾霍夫第二定律磁路的基爾霍夫第二定律 定律背景定律背景: :磁路計算時，總是把整個磁路分成若干段，磁路計算時，總是把整個磁路分成若干段， 每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處每段為同一材料、相同截面積，且段內(nèi)磁通密度處 處相等，從而磁場強度亦處處相等。處相

17、等，從而磁場強度亦處處相等。 定律內(nèi)容定律內(nèi)容: :沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段沿任何閉合磁路的總磁動勢恒等于各段 磁路磁位降的代數(shù)和。磁路磁位降的代數(shù)和。 公式公式: : 又稱磁路的串聯(lián)定律。又稱磁路的串聯(lián)定律。 3 112233 1 k kmmm k NiH lRRR 附圖1-5 返回返回 磁測量基礎(chǔ) 一、直流磁路的計算一、直流磁路的計算 v 導(dǎo)言: 磁路計算時，通常是先給定磁通量，然后計算所需磁路計算時，通常是先給定磁通量，然后計算所需 要的勵磁磁動勢。對于少數(shù)給定勵磁磁動勢求磁通量的逆要的勵磁磁動勢。對于少數(shù)給定勵磁磁動勢求磁通量的逆 問題，由于磁路的非線性，需要進(jìn)行試探和多次迭

18、代，才問題，由于磁路的非線性，需要進(jìn)行試探和多次迭代，才 能得到解答。能得到解答。 1-3 1-3 磁路的計算磁路的計算 磁測量基礎(chǔ) 1 1簡單串聯(lián)磁路簡單串聯(lián)磁路 定義定義: :不計漏磁影響，僅有一個磁回路的無分支磁不計漏磁影響，僅有一個磁回路的無分支磁 路路 . . 附圖附圖1-13.1-13. v 點擊書本進(jìn)入例題點擊書本進(jìn)入例題1-21-2 例題例題 磁測量基礎(chǔ) 例例1-2 1-2 若在例若在例l-ll-l的磁路中，開一個長度的磁路中，開一個長度 的氣隙，問鐵心中激勵的氣隙，問鐵心中激勵1T1T 的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢為多少的磁通密度時，所需的勵磁磁動勢為多少? ?已知已知 鐵

19、心截面積鐵心截面積 考慮到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計算氣隙的有效考慮到氣隙磁場的邊緣效應(yīng)，在計算氣隙的有效 面積時，通常在長、寬方向務(wù)增加面積時，通常在長、寬方向務(wù)增加值。值。 m 4 105 24 1033mAFe 0 5000 Fe 磁測量基礎(chǔ) v 解 用磁路的基爾霍夫第二定律來求解。用磁路的基爾霍夫第二定律來求解。 v 鐵心內(nèi)的磁場強度鐵心內(nèi)的磁場強度: : v 氣隙磁場強度氣隙磁場強度: : v 鐵心磁位降鐵心磁位降: : v 氣隙磁位降氣隙磁位降: v 勵磁磁動勢勵磁磁動勢: mA B H Fe Fe Fe /159 mA B H/1077 4 0 AlH FeFe 6 .472995

20、. 0159 AlH385 AlHlHF FeFe 6 .432 返回返回 磁測量基礎(chǔ) 2 2簡單并聯(lián)磁路簡單并聯(lián)磁路 定義定義: :指考慮漏磁影響，或磁回路有兩個以上分支的磁路。指考慮漏磁影響，或磁回路有兩個以上分支的磁路。 點擊書本進(jìn)入例題點擊書本進(jìn)入例題1-1- 例題例題 磁測量基礎(chǔ) v 例例1-3 1-3 圖圖1-14a1-14a所示并聯(lián)磁路，鐵心所用材料所示并聯(lián)磁路，鐵心所用材料 為為DR530DR530硅鋼片，鐵心柱和鐵軛的截面積均硅鋼片，鐵心柱和鐵軛的截面積均 為為 ，磁路段的平均長，磁路段的平均長 度度 ，氣隙長度，氣隙長度 勵磁線圈匝數(shù)勵磁線圈匝數(shù) 匝。不計漏磁通，試求在氣隙

21、內(nèi)產(chǎn)生匝。不計漏磁通，試求在氣隙內(nèi)產(chǎn)生 =1=1211T211T 的磁通密度時，所需的勵磁電流的磁通密度時，所需的勵磁電流i i。 ml 2 105 24 1022mA m 3 21 105 . 2 1000 21 NN B 磁測量基礎(chǔ) v 解：畫出圖畫出圖l14b所示模擬電路圖。由于兩條并聯(lián)磁路所示模擬電路圖。由于兩條并聯(lián)磁路 是對稱的，故只需計算其中一個磁回路即可。是對稱的，故只需計算其中一個磁回路即可。 v 根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，得根據(jù)磁路基爾霍夫第一定律，得 v v 根據(jù)磁路基爾霍夫第二定律，根據(jù)磁路基爾霍夫第二定律， v v 由圖由圖114a可知、中間鐵心段的磁路長度可知、中間鐵

22、心段的磁路長度 22113311 2iNiNHlHlHlH kk 2121 22 磁測量基礎(chǔ) mlll 2 21 10153 左、右兩邊鐵心段的磁路長度均為左、右兩邊鐵心段的磁路長度均為 A B H481822 0 (1)(1)氣隙磁位降氣隙磁位降 T A B533.1 3 (2)(2)中間鐵心段的磁位降中間鐵心段的磁位降 磁通密度為磁通密度為B B3 3 磁測量基礎(chǔ) v中間鐵心段的磁位降為中間鐵心段的磁位降為 AlH75.87 33 （3 3）左、右兩邊鐵心的磁位降）左、右兩邊鐵心的磁位降, ,磁通密度為磁通密度為 12 2 0.766BBT A mll 2 3 105 . 42 v左、右兩

23、邊鐵心段的磁位降為左、右兩邊鐵心段的磁位降為 磁測量基礎(chǔ) AAi496. 2 2000 4938 AlHlH25.32 2211 (4)總磁動勢和勵磁電流 AlHlHHNi49382 2233 返回返回 磁測量基礎(chǔ) 三、交流磁路的特點三、交流磁路的特點 1.1.交流磁路中，激磁電流是交流，因此磁路中的磁動勢交流磁路中，激磁電流是交流，因此磁路中的磁動勢 及其所激勵的磁通均隨時間而交變，但每一瞬時仍和直流及其所激勵的磁通均隨時間而交變，但每一瞬時仍和直流 磁路一樣，遵循磁路的基本定律；磁路一樣，遵循磁路的基本定律； 2.2.就瞬時值而言，通常情況下，可以使用相同的基本磁就瞬時值而言，通常情況下，

24、可以使用相同的基本磁 化曲線；化曲線； 3.3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁動勢和磁磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁動勢和磁 場強度則用有效值表示。場強度則用有效值表示。 磁測量基礎(chǔ) 交變磁通的效應(yīng)交變磁通的效應(yīng): : (1)(1)磁通量隨時間交變，必然會在激磁線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)磁通量隨時間交變，必然會在激磁線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng) 電動勢；電動勢； (2)(2)磁通量隨時間交變，必然會在鐵心中產(chǎn)生鐵心損耗。磁通量隨時間交變，必然會在鐵心中產(chǎn)生鐵心損耗。 (3)(3)磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致電流、磁通和電動勢波形的畸變。磁飽和現(xiàn)象會導(dǎo)致電流、磁通和電動勢波形的畸變。 小提示: 本章內(nèi)容已結(jié)束, 及時復(fù)習(xí)可以鞏 固學(xué)習(xí)效果。 返回返回 磁測量基礎(chǔ) 主磁通主磁通 漏漏 磁磁 通通 圖1-1 變壓器的磁路 返回返回 漏漏 磁磁 通通 漏 磁 通 漏 磁 通 磁測量基礎(chǔ) 圖1-3 無分支鐵心磁路A)