第期朱永红等软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究磁性材料是二战后对科技进步和社会发展贡献仅次于半导体的功能材料软磁材料是磁性材料工 & 业的重要组成部分磁性材料最基本的参数大都定义在磁滞回线上所以通常的磁性测量就是磁滞回线的测绘它们的基本磁性参数测量结果的唯一性可比性和准

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贻赵
5 years ago
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1 第卷第期金属功能材料年月! "# $#%& ' '###!!&(#) 软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究朱永红虞志书向礼雄扶春燕瞿清昌 # 湖南省永逸科技有限公司湖南娄底 ) # 浙江省计量科学研究院浙江杭州 # 中国计量科学研究院北京 ( 摘要目前国内外测试设备供应商和国内相关磁性材料检验机构大都采用软件控制的扫描法测量磁滞回线在测试矫顽力较高的材料磁滞回线及相关磁特性参数上有一定的参考意义但对于低矫顽力高磁导软磁材料测试数据的不确度和重复性则难以满足要求为了使测量结果具有唯一性本文参照基本磁化曲线的定义提出软磁材料的基本磁滞回线这一概念并通过对测试方法和配套测试硬件的研究即通过软件控制方法的优化微机获得自适应冲击激励波形函数并对采样数据进行自我比较判断最终获得了代表材料直流磁性能唯一性的基本磁滞回线该方法适用于低矫顽力小于 + 软磁材料的磁测量为推动软磁材料静态磁性能测试技术的发展促进标准的完善有一定的作用关键词软磁材料直流磁特性磁测量磁场扫描法基本磁滞回线模拟冲击法文献标志码 + 文章编号 &(&&!""!! -./ 01&1 0/-&! +$&1 / & 2/ 21&1 # )6 #-173!81.1 # $!81(:1 #!11%%!8!81%!;! !663%8 1!# 3! !66!!8!!6&!13 1&! 6!%66%8!!!86!!%!!!88# 566!1666%& 1!!6611!638 6!16 %66!8!1%!!#!%% !13!!&!!%8!81!%%!6#:!611!666!!8!!6%163%8!1!6% %38 6!66 $%"!81!1%%1!!16!!&!!%!6 作者简介朱永红 ( 男大学本科高级工程师 &'!!831 收稿日期 &&

2 第期朱永红等软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究磁性材料是二战后对科技进步和社会发展贡献仅次于半导体的功能材料软磁材料是磁性材料工 & 业的重要组成部分磁性材料最基本的参数大都定义在磁滞回线上所以通常的磁性测量就是磁滞回线的测绘它们的基本磁性参数测量结果的唯一性可比性和准确度是评估材料质量指导研究应用新型材料的关键指导着新型磁性材料的研究和开发传统的冲击检流计法在国际和国家相关标准中均有定义但由于存在因使用机械开关和冲击 ) 检流计所带来的非瞬时性误差以及需要有经验工作人员来做测量避免人为操作偏差测试效率非常低逐步被采用电子开关和数字模拟磁通计所替代并采用软件控制完成整个测试过程目前软磁材料直流磁磁滞回线的测量国内外设备通常采用磁场扫描法但由于样品在磁化过程中涡流对磁化的作用测量到的磁滞回线受到磁化频率和磁感波形谐波的影响而产生畸变从而使测量结果失去唯一性所以尽管这种方法很普遍很简单但实际上不可取扫描法所得到的参数失去了磁性材料测量结果可比性和准确度的基础已经有相关文献报道这些影响年月我们提出采用模拟冲击法测试软磁材料直流磁性能并参照基本磁化曲线的定义将用这种方法测量得到的磁滞回线称之为该材料的基本磁滞回线得到定义在该回线上的基本磁性参数包括基本磁滞回线簇顶点连成的基本磁化曲线和定义在这些曲线上的磁性参数特别是将这个磁滞回线的面积定义为基本磁化能作为评价材料磁化损耗的基础模拟冲击法的基本条件是两个测量点的准静态 & 即 6666 考虑到软磁材料磁畴运动的高速率满足这个条件比常人想象的容易我们提出以微机的智能即它的自适应能力来产生控制并记忆针对不同产品的冲击激励波形函数目标是在保证测量结果的唯一性的前提下以尽快的速度完成测量实践结果证明做到这一点并不困难为此湖南省永逸科技有限公司经过半年的时间的实验和研制基本上完成了该项目并同时申请了相关专利软磁材料基本磁滞回线测量装置基本磁滞回线测量装置由计算机打印机 + + 数据采集和控制卡程控励磁电源积分器和被测试样品组成其装置原理框图和现有扫描法测量装置几乎没有差别该测试装置区别于现有装置主要表现为测量过程采用冲击测量模式测量点从一个准静态点出发到达另一个准静态点装置测量每一次冲击过程起始前和结束后磁场与磁感的变化量. 和 : 微机通过测试软件的编程控制已经成为一台能自学习的控制中心能针对不同的测试样品自己学习和自己编程获得适合该材料的测试函数波形并程控励磁电源对采样数据进行自我判断最终获得代表材料直流磁性能唯一性的基本磁滞回线表给出了设备测试结果重复性的一组实验结果测试样品材料为 ( 带材厚度 # 卷绕圆环样品参数有效磁路长度 # 有效截面积 #)) 有效体积 #() 励磁绕组匝感应绕组匝锁定最大励磁磁场!+ 条件控制 66#5 点对点冲击时间!%! 表坡莫合金材料采用模拟冲击法测试结果!!!" 编号!5 5 +!+ #) #) #) #) (#(( # #) #)) #) (# #) #)) #) #)( (# ) #) #) #) # #) #)) #)( # (# 平均值 #) #)) #) # (#( 标准偏差 # # # # # 相对值 #< #< #< #< #< 实验中给定的! 是的倍属于深度饱和状态测量结果! 的重复性很好由

3 金属功能材料第卷于回线太窄重复性变差实际上材料在交流特别是高频使用条件下不可能工作在这么深度的饱和状态在实际应用条件下测量结果的重复性要变得好很多当然在这样深度饱和的状态下还能达到 #< 的标准偏差是一个非常好的结果表给出了冲击时间!% 对测量结果的影响测试样品材料 5) 电工纯铁样品参数 # # #( 励磁绕组 (( 匝感应绕组匝锁定最大励磁磁场!+ 控制 66#5 冲击时间为变量表 () 电工纯铁在设定不同冲击时间下测试的数据 (!!!)!"%+! 编号!5 5 +!+!%! # # # (# # # # # (# # ) # # ()#( # ) # # # (#() #) # # # (#) # #) # # (# # # # # (#( # # # # (# # ( # # (#( #( (# # # (#( # # # # (#(( (( # # # # (#( # 平均值 )# # # (# (((#( 绝对偏差差 )#) # # # 相对偏差 #< #< #(< #< #< 结论从测试结果中可以看出 5) 电工纯铁圆环只有当冲击时间达到! 以后材料的变化才趋于缓慢考虑设备测试重复性为 #< 认可测试的准确性从测试数据中同时可以看出! 和对冲击时间是不敏感的在只需要进行对该两项参数测试时可加快测试速度提高测试效率将冲击法测试时间为 #! 和! 的两个原始数据进行比较获得两次不同条件下对应的 :6 作图曲线上看重复性好见同时经过对典型软磁材料铁氧体 =):) 取向硅钢 -2 ( 等都进行了相关性能的测试不同材料在通过微机自学习获得自适应测试程序后通过 + 控制励磁电源发出励磁函数作用于被测样品其响应函数 66 通过比例积分放大器和 + 采样获得并进行单方向 $ 次模拟冲击法循环控制最后可以获得稳定的基本磁滞回线软磁材料基本磁性参数测试结果比对首先采用 4&> 软磁材料直流测量装置所具备的扫描法和模拟冲击法对矫顽力较大的软磁图冲击测量时间为 -. 与 ( 测量结果数据比较 /-0!!% " 1-." 1( 材料进行包含磁化曲线和磁滞回线全性能参数的测量对测试数据进行对比材料 5) 纯铁 # #( # + 并锁定! ;+ 控制 66#5 扫描法时间为! 磁化曲线约占! 模拟冲击法控制!% 为! 获得以下结果

4 第期朱永红等软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究 ( 表 ) 电工纯铁在设定不同冲击时间下测试的数据!!!)!"%+! 测试方法 ; ;!5 5 +!+ 扫描法 #( #) (# #)) # 模拟冲击法 # # #) # (# ((( 材料 2 钢 # #( # + 并锁定! ;+ 控制 66#5 扫描法时间为! 磁化曲线约占! 模拟冲击法控制!% 为! 获得以下结果表 (. 电工纯铁在设定不同冲击时间下测试的数据!!(.!"%+! 测试方法 ; ;!5 5 +!+ 扫描法 #)() # ( # # ))# ((( 模拟冲击法 # # #) #( )# ((( 结论当矫顽力较大时采用扫描法与冲击法主要差异在磁化曲线的和磁滞回线的上其他参数的差异较小越大的材料差异越小两种方法测试的差异与德国 & 采用扫描法测试仅给出的两项技术参数不确定度剩磁 #< 矫顽力 #< 基本吻合今年月湖南省永逸科技有限公司在浙江杭州进行了扫描法和模拟冲击法测试磁滞回线的比对参加单位及其测量设备见表比对测试结果见表表. 参与比对的单位及其测试设备.!! ++" +)0 编号机构企业名称设备名称测试方法中国计量大学德国 & 扫描法浙江省计量科学院德国 & 扫描法浙江工业大学日本 >? 扫描法 ) 永逸科技 4&> 扫描法永逸科技 4&> 模拟冲击法表纳米晶 $ 带材测量结果对比锁定 1# 0 +)0! '$1#! 5 5! + + 浙江计量 # # # # # 中国计量 # # #( # # 浙江工大 #)) #( # # (# 永逸扫描 #) # #) # # 永逸冲击 #( #) # # # 表电工纯铁 ) 测量结果对比锁定 1# 0 +)0!!')1#!! 浙江计量 #) #) 中国计量 #) # #( 浙江工大 # # # (#) (( 永逸扫描 (# #) # (#) 永逸冲击 )# # # )# ((( 表铁氧体测量结果对比锁定 1# 0 +)0! 1#!! 浙江计量 #) # # )# 中国计量 #) # #( )# ) 浙江工大 )# # # )# #) 永逸扫描 )#)) # #) )#) (# 永逸冲击 )# # # )#)( ((# 表铁钴钒合金 (( 测量结果对比锁定 1# 0 +)0! /0((1#!! 浙江计量 )() # # ))#( ) 中国计量 # # )# ) 浙江工大 )#)) #( # ))# ( 永逸扫描 (# #( #) )# (( 永逸冲击 )#( # # )# ((

5 ) 金属功能材料第卷表 /2. 铁氧体测量结果对比锁定 1(# 0 +)0!/2.1(# 浙江计量 #) # )# 中国计量 #) # )# 浙江工大 # #)) #) )# ( 永逸扫描 )# #) #) (# (( 永逸冲击 #) #) #) (# 表铁镍合金测量结果对比锁定 1# 0 +)0!/31# 浙江计量 # #) #) #) # 中国计量 # #( #)) #( # 浙江工大 # #( #) # (# 永逸扫描 # # #) # (#( 永逸冲击 # #)) #))( #( (#( 表 (-. 无取向硅钢测量结果对比锁定 1# (0 +)0!-.4'"1# 浙江计量 ) # # )# ) 中国计量 ) # # )# ) 浙江工大 # # #) # )( 永逸扫描 # # # # )(( 永逸冲击 (# # # #) )(( 表铁镍合金. 测量结果对比锁定 1# 0 +)0! /3.1# 浙江计量 ( #)( #() )#(( 中国计量 ) # #( )#( 浙江工大 (# #) #( #( 永逸扫描 )#) #) #( #( (( 永逸冲击 (#(( #)( #(() #) (( 表取向硅钢 ( 测量结果对比锁定 1# 0 +)0!"(1# 浙江计量 ( # #) (#) 中国计量 ( # #) (# 浙江工大 # # #) # ( 永逸扫描 )# #( #) # 永逸冲击 # # #)( (#) ((# 表. 铁粉芯 5 测量结果对比锁定 1#.0 +)0! %"5 1# 浙江计量 #) # # ( 中国计量 #)( # ( ( 浙江工大 (# #) #) #) (() 永逸扫描 #) #)( #) # (( 永逸冲击 # #) # # (((

6 第 # 期!!!!!!!!!!!!! 朱永红!等'软磁材料基本磁滞回线测量方法与测量装置的研究!! 图! 和图 " 给出了两种测量方式的测试报告% <FM 磁场扫描法测试报告 G E@!?) &. 3 )%)( $ )2" $01. + &(( ('%) $ /"4# H <FM$ ' 图模拟冲击法测试报告 G ED!?) &. 3 )%)( $ )2" $010&. $ +%) $ /"4# '. A%.

7 ) 金属功能材料第卷讨论提出基本磁滞回线的概念和软磁材料基本磁滞回线测量装置的研制成功全面实现了软磁材料基本磁性参数从定义出发的测量其中基本磁化曲线即为基本磁滞回线顶点的连线同时获得了定义在基本磁化曲线上以及定义在基本磁滞回线的磁性参数这几乎包括了全部的软磁材料静态磁性参数另一个重要的收获是我们提出了基本磁化能即基本磁滞回线的面积并实现了它的测量它可能成为评价软磁材料交流特别是高频磁性损耗的基础因为考虑到磁性材料高频损耗测量时样品自热温升引起测量结果持续的漂移测量线路电路损耗分离困难等因素实现这一测量并获得可靠的可比的结果是困难的采用模拟冲击法进行测试初始磁导率最大磁导率均能测试并具有很好的重复性和扫描法比较德国设备和日本设备均不提供初始磁导率参数最大磁导率可提供但相互之间差异也较大这是原理性的缺陷测试中国计量大学所采用的 & 在磁滞回线交错的情况下会差异较大该设备为年购置年浙江省计量科学院购置同类型产品相对数据要好一些结论理论上基本磁滞回线是面积最小的也就是最小的磁滞回线同时也是最小的上述的测量结果基本上反映了这一规律这一次初步的比对实验结果令人鼓舞要进一步确认和完善这一测量方法还有待进一步的实验与研究致谢感谢中国计量大学刘亚丕教授和浙江工业大学车声雷教授他们参加了这次进行比对测试实验并对我们的工作提供了指导和帮助感谢 /3! 868! 陈俊全老师协助对数据的分析参考文献? $!!.;# 粉末冶金铁基软磁材料的发展与应用粉末冶金工业 )&) 田建军张德金袁勇等 # 铁基软磁复合材料成形和热处理工艺研究粉末冶金工业 ))(&# 刘海顺卢爱红杨卫明等 # 非晶纳米晶合金及其软磁性能研究徐州中国矿业大学出版社 ( )5!;># 磁性测量手册北京机械工业出版社瞿清昌高原林安利等 # 磁性材料测量讲义北京中国计量科学研究院内部资料 (( +)+)& >66 5! 68 朱永红软磁材料基本磁滞回线测量装置及其测量方法 7 中国发明专利 ((#

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东磁 MnZn 铁氧体材料主要应用 Application Area Frequency Range Material Main Features μi Bs Bs 1 Pcv Pcv 1 Tc( ) 28