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说起磁导率μ的丈量,好像分外的简略,在资料样环上随意绕几匝线圈,测其电感,找个公式一算就完了。其实不然,对同一只样环,用不同仪器,绕不同匝数,加不同电压或许用不同频率都或许测出不同甚远的磁导率来。构成测验成果不同极大的原因,并非每个测验人员都有精力搞得清楚。本文首要评论测验匝数及计算公式不同对磁导率丈量的影响。
磁导率的丈量是间接丈量,测出磁心上绕组线圈的电感量,再用公式计算出磁芯资料的磁导率。所以,磁导率的测验仪器便是电感测验仪。在此强调指出,有些简易的电感测验仪器,测验频率不能调,并且测验电压也不能调。例如某些电桥,测验频率为100Hz或1kHz,测验电压为0.3V,给出的这个0.3V并不是电感线圈两头的电压,而是信号发生器发生的电压。至于被测线圈两头的电压是个未知数。假如用高级的仪器丈量电感,例如 Agilent4284A精细LCR测验仪,不光测验频率可调,并且被测电感线圈两头的电压及磁化电流都是可调的。了解测验仪器的这些功用,对磁导率的正确丈量是大有协助的。
咱们知道,丈量磁导率μ的办法一般是在样环上绕N匝线圈测其电感L,由于可推得L的表达式为:
关于具有矩形截面的环型磁芯,假如把它的均匀磁路长度l=π(Dd)/2就当作磁心的磁路长度l,把截面积A=h(D-d)/2,μ0=4π×10-7都代入(2)式得:
关于顺磁质μr1;关于抗磁质μr1,但两者的μr都与1相差无几 。在大多数情况下,导体的相对磁导率等于1.在铁磁质中,B与 H 的联系对错线性的磁滞回线,μr不是常量,与H有关,其数值远大于1。
从以上剖析得知,丈量磁导率时,样环中的磁化场强度与测验线圈的匝数有关,当匝数为某必定值时磁场强度就会到达最强值。而资料的磁导率又与磁化场强严密相关,所以导致磁导率的丈量与测验线圈匝数有关。现在结合图详细评论匝数对磁导率测验的影响。
如前所述,关于高级仪器,如Agilent4284A精细LCR 测验仪,它的测验电压能够调得极低,以至于测验磁场强度随匝数的改变到达最强时,依然没有超出磁导率的开始区。这时测得的总是资料的开始磁导率μi,它与测验线圈匝数N无关。用同一台仪器,假如把测验电压调得比较高,不能再确保不同匝数测得的磁导率都是开始磁导率,这时所测得的磁导率又会与测验线圈匝数有关了。
关于样环来说,在相同安匝数磁动势鼓励下,磁化场在径向方向上是不均匀的。越接近环壁的外旁边面,磁场就越弱。在样环遍地磁导率μ不变的条件下,越接近环壁的外侧,环的磁通密度B就越低。为了消除这种不均匀磁化对丈量的影响,咱们把样环看成是由无量多个半径为r,壁厚无限薄为dr的薄壁环组成。依据(1)式,可写出每个薄壁环发生的电感dL为:
(14)、上式告知咱们,测验线圈匝数很少时,测验磁场强度与匝数成正比。跟着匝数的增多,当到达(ωμ0μAe)2N4远大于le2Ri2时,(13)式可近似为:
绝大多数丈量电感的简洁仪器,其测验电压和频率都不能灵敏调理。如 2810 LCR电桥,其测验频率为100Hz或1kHz,测验电压小于0.3V。[1]
在大多数情况下的联系对错线性的磁滞回线r不是常量例如假如空气非磁性资料的磁导率是1则铁氧体的磁导率为10000即当比较时以经过磁性资料的磁通密度触及磁导率的公式
界说:磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为肯定磁导率和相对磁导率,是表征磁介质导磁功能的物理量。
在很多的资猜中,假如自由空间(线略大的资料称为顺磁性资料(如白金、空气等);比1略小的资料,称为反磁性 资料(如银、铜、水等)。本章介绍的磁性元件μ1是大有用途的。只要在需求磁屏蔽时,才会用铜等反磁性资料做成屏蔽罩使磁元件的磁 不会辐射到空间中去。
例如,假如空气(非磁性资料)的磁导率是1,则铁氧体的磁导率为10,000,即当比较时,以经过磁性资料的磁通密度是10,000倍。
在国际单位制(SI)中,相对磁导率μr是无量纲的纯数,磁导率μ的单位是亨利/米(H/m)。
式中,D为环的外直径,d为内径,h为环的高度,如图2所示。把环的内径d=D-2a代入(3)式得:
关于内径较小的环型磁心,内径不如壁厚简单丈量,所以用(4)式较为便利。(4)式与(3)式是等效的,它们的由来是把环的均匀磁路长度当成了磁心的磁路长度。用它们计算出来的磁导率称为资料的环磁导率。有人说用环型样品丈量出来的磁导率就叫环磁导率,这种观念是不正确的。实际上,环磁导率比资料的实在磁导率要偏高一些,且样环的壁越厚,差错越大。
(5)、由(5)式对r从内半径r1到外半径r2积分,既得到整个样环发生的电感L:
(8)、上式中:D为样环外径,d为内径。把自然对数换为常用对数,(8)式被化为:
(9)、假如样环是由同一种资料组成,则用(7)、(8)或(9)式计算出来的磁导率便是其资料的真实磁导率μ。它比其环磁导率略低一些。
(2)最大磁导率μm:在根本磁化曲线初始段今后,跟着H的增大,斜率μ=B/H逐步增大,到某一磁场强度下(Hm),磁密度到达最大值(Bm) ,即
(3)饱满磁导率μS:根本磁化曲线饱满段的磁导率,μs值一般很小,深度饱满时,μs=μo。
(4)差分(增量)磁导率μΔ∶μΔ=△B/△H。ΔB及△H是在(B1,H1)点所取的增量如图1和图2所示。
(1)有用磁导率μro。在用电感L构成闭合磁路中(漏磁可疏忽),磁心的有用磁导率为:
(2)饱满磁感应强度Bs。跟着磁心中磁场强度H的添加,磁感应强度呈现饱满时的B值,称为饱满磁感应强度B,。
(3)剩下磁感应强度Br。磁心从磁饱满状态去除磁场后,剩下的磁感应强度(或称残留磁通密度)。
(4)矫顽力Hco。磁心从饱满状态去除磁场后,持续反向磁化,直至磁感应强度减小到零,此刻的磁场强度称为矫顽力(或保磁力)。
(5)温度系数aμ°温度系数为温度在T1~T2规模内改变时,每改变1℃相应磁导率的相对改变量,即
值得注意的是:除了磁导率μ与温度有联系之外,饱满磁感应强度Bs、剩下磁感应强度Br、矫顽力Hc,以及磁心比损耗Pcv(单位分量损耗W/kg)等磁参数,也都与磁心的作业时分的温度有关。
由于电感L与匝数N2成正比,按理说用(9)式计算出来的磁导率μ不应该再与匝数N有联系,但实际上却常常有联系。
关于资料磁导率的丈量,通常用的测验频率都不高,常常在1kHz或10kHz的频率测验。测验信号一般都是运用正弦信号,由于频率不高,样环绕组线圈阻抗的电阻部分可疏忽不计,把绕组线圈看作一个纯电感L接在丈量仪器上。测验等效电路如图所示,仪器信号源发生的电压有用值为U,Ri为信号源的输出阻抗。由图3很简单写出磁化电流的表达式:
(5)微分磁导率,μd∶μd=dB /dH,在(B1,H1)点取微分,可得μd。
可知:μ1=B1/H1,μ△=△B /△H,μd=dB1/dH1,三者虽是在同一点上的磁导率,但在数值上是不相等的。
非磁性资料(如铝、木材、玻璃、自由空间)B与H之比为一个常数,用μ。来表明非磁性资料的的磁导率,即μ。=1(在CGS单位制中)或 μ。=4πX10o-7(在RMKS单位制中)。
(10)、上式中,ω为仪器信号源的角频率,L为样环绕组线)、中,Ae为磁心的有用截面积,le为磁心的有用磁路长度。假如把环型磁心的Ae和le代入,(11)式就会变为与(6)式的成果相同。