永磁材料磁性能測量

永磁材料磁性能測量實務(wù)AICMagneticsCo.Ltd.馮潼江&鄭胡平磁場強度的測量:磁場強度的測量通?？墒褂没魻栐?Hallsensor)配合高斯計(特斯拉計)或場線圈配合磁通計實現(xiàn).使用霍爾元件(Hallsensor)的測量原理:利用霍爾效應(yīng)(Halleffect),美國物理學(xué)家霍爾(Hall,EdwinHerbert,1855-1938)于1879年在實驗中發(fā)現(xiàn)，當電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個電勢差也被叫做霍爾電勢差。

目前使用GaAs,InSb,InAs等類半導(dǎo)體材料作為霍爾元件材料。磁場強度的測量:霍爾效應(yīng)圖示：電壓Vh與磁感應(yīng)強度B成正比磁場強度的測量:因霍爾元件通常較脆弱,通常需經(jīng)過合適的封裝制成相應(yīng)的探頭配合高斯計使用.常見的霍爾探頭分垂直型和軸向型,見下圖:垂直軸向磁場強度的測量:目前市售的高斯計配合霍爾探頭可實現(xiàn)1uT~3T的測量,精度可達0.5%.因霍爾元件在高場強下(>1T)有非線性的輸出的特性,因此必須做相應(yīng)的修正,方能保證必要的測量精度.磁場強度的測量:高斯計原理:高斯計實際上可看成是一臺精密的電壓表,和精密恒壓/恒流電源的組合,原理框圖如下:霍爾探頭電壓表恒壓/恒流電源數(shù)據(jù)處理顯示單元高斯計典型的高斯計使用高斯計直接測量磁場強度通常使用高斯計的探頭直接測量磁鐵表面或隔一定的氣隙測量磁場強度.(開路測量)優(yōu)缺點:測量方便,其它輔助工具使用少.可現(xiàn)場測量.使用靈活.數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性/重現(xiàn)性差.使用不同高斯計測量結(jié)果不同.使用高斯計直接測量磁場強度數(shù)據(jù)只可用于定性不可用于定量.比較性能差別不大的磁鐵是有誤判的可能.誤差來源:開路狀態(tài)下,磁場強度分布是不均勻的,測量結(jié)果因Hall探頭的位置不同有較大的差異。不同廠家的探頭因鎧裝層的厚度不同對測量結(jié)果有較大影響。磁鐵在開路狀態(tài)下的磁場強度分布磁鐵在開路狀態(tài)下的磁場強度分布Hall探頭是如何校正的？Hall探頭通常是使用通電的Helmholtz線圈或標準磁鐵產(chǎn)生的均勻磁場來校正的。在均勻的磁場中Hall探頭的鎧裝層厚度對測量結(jié)果無影響。Helmholtz線圈標準磁鐵使用”C”型夾具+高斯計測量磁場強度測量原理:利用特殊設(shè)計的含軟磁材料夾具,使磁鐵磁化軛鐵,同時將Hall探頭置于軛鐵的氣隙中測量,利用氣隙中磁場強度間接反映磁鐵性能.優(yōu)缺點:測量數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性/重現(xiàn)性良好,分辯率高.結(jié)果與測量設(shè)備及Hall探頭無關(guān).(在均勻磁場下測量).需制備專用夾具,通用性不強.產(chǎn)品批量小時成本高.”C”型夾具+高斯計測量軛鐵磁鐵Hall探頭”C”型夾具+高斯計測量場線圈配合磁通計測量磁場強度測量原理:利用特殊設(shè)計的場線圈配合磁通計,測量出測量區(qū)域的磁通量在除以線圈面積和匝數(shù),從而得出該區(qū)域內(nèi)的平均磁場強度.場線圈線圈移出法測磁通計算公式Φ=NBmAtBm：截面積內(nèi)磁通密度B的平均值A(chǔ)t：徑向的截面積N：線圈的匝數(shù)場線圈配合磁通計測量磁場強度優(yōu)缺點:測量結(jié)果的重現(xiàn)性/再現(xiàn)性良好.高場強下測量線性好.測量結(jié)果為平均值,且與線圈面積相關(guān).結(jié)果計算繁瑣.需要較好的磁通計使用技巧.開路狀態(tài)測量結(jié)果與線圈位置有關(guān).磁通的測量磁通計原理:可以下述公式表示：V=-dΦ/dtV：量測之感應(yīng)電壓Φ：磁通量由於磁通量的變化與所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓成正比，故可以用來作為磁場量測之用，上述公式以積分式表示，可以求得磁通量的變化量?！鳓?Φ(t2)–Φ(t1)=–∫V(t)dt由以上所述之磁通計量測原理而言，其僅能適用在有磁通變化的場合.通常配合線圈用移出法和反極性法測量磁通磁通計原理磁通計設(shè)計有積分電路,可記錄感應(yīng)電壓對時間的積分值.磁通計的零漂問題磁通計使用時通常必須調(diào)整零漂以保證讀數(shù)的穩(wěn)定，零漂的調(diào)整原則是必須保證在測量周期內(nèi)讀數(shù)的漂移最小，一般要求在一分鐘內(nèi)漂移量不大于10個讀數(shù).調(diào)整零漂要在設(shè)備預(yù)熱半小時以后進行.更換線圈或重新開機后均需調(diào)整零漂.部分高檔的磁通計有自動零漂調(diào)整功能,穩(wěn)定性和精度均有保證.使用磁通線圈測量磁通通?？墒褂脤ｉT設(shè)計的磁通線圈配合磁通計測量磁體磁通量,在測量電機的磁通時也可直接使用電樞做線圈骨架.Helmholtz線圈測量磁矩在很多情況下可使用Helmholtz線圈配合磁通計測量磁矩值來衡量磁體性能.無需準備專用線圈;測量快捷,結(jié)果重現(xiàn)性/再現(xiàn)性良好;結(jié)果可與磁滯回線對應(yīng).結(jié)果與磁鐵的體積相關(guān).待測磁鐵的尺寸應(yīng)符合:外徑<30%線圈內(nèi)徑(方形磁鐵按對角線尺寸計算);高度<40%線圈高度.Helmholtz線圈Helmholtz線圈磁矩測量計算按以下公式進行磁通讀數(shù)進行阻抗修正及磁矩值計算：磁矩=磁通讀數(shù)X量程檔×C×（Rc+R0）/R0Rc:Helmholtz線圈阻抗（見線圈銘牌）C:Helmholtz線圈常數(shù)（見線圈銘牌）R0:磁通計輸入阻抗（見磁通計說明書，HT701磁通計各擋輸入阻抗見下表）×0.2檔×0.5檔×1檔×2檔