测量非晶纳米晶软磁合金交流磁性能的方法

1.试样

非晶纳米晶软磁合金交流磁性能的测量使用环形试样。试样内径一般为10～20mm，外径一般为14～30mm。允许采用其他尺寸的环形试样，但试样的平均直径（外径与内径差的1/2）与试样叠片厚度之比应大于8。试样应平整，无毛刺、变形等缺陷。试样在测量前应装入非铁磁性绝缘材料保护盒中，或者采取其他措施，防止试样在绕线和测试过程中受力。试样在测量前应按照GB/T 3658—2008《软磁材料交流磁性能环形试样的测量方法》中的方法予以充分退磁。

2.伏安法交流磁性测量原理

当软磁材料在交变磁场中磁化时，材料内部的磁感应强度也随之变化。由于材料性质的不同，磁感应强度的大小和相位差也不同。按照图8-30所示的测量原理图，如果测得与被测样品初级线圈串联的取样电阻R上的电压降U₁、次级线圈的感应电压E₂以及它们的相位关系，由图8-31所示的矢量关系图，通过计算可得到该软磁材料的相对弹性磁导率、相对粘性磁导率、相对幅值磁导率、相对电感磁导率、比铁损、励磁功率和品质因数等交流磁特性。

图8-30 伏安法基本原理图

W₁—被测样品的初级线圈 W₂—被测样品的次级线圈 E₂—次级线圈的感应电压 R—与初级线圈串联的取样电阻 U₁—取样电阻两端的电压

图8-31 伏安法矢量关系图

E₂—次级线圈的感应电压 δ—H与B的夹角 H—磁化场矢量 U₁—取样电阻两端的电压 B—磁感应强度矢量

1）相对弹性磁导率按下式计算：

式中 _μ′——相对弹性磁导率；

B_m——磁感应强度幅值，单位为T；

δ——H与B的夹角，单位为（°）；

μ₀——磁性常数，其值为4π×10^-7，单位为H/m；

H_m——磁场强度幅值，单位为A/m。

2）相对粘性磁导率按下式计算：

式中 _μ″——相对粘性磁导率；

B_m——磁感应强度幅值，单位为T；

δ——H与B的夹角，单位为（°）；

μ₀——磁性常数，其值为4π×10^-7，单位为H/m；

H_m——磁场强度幅值，单位为A/m。

3）相对幅值磁导率按下式计算：

式中 |μ|——相对幅值磁导率；

μ′——相对弹性磁导率；

μ″——相对粘性磁导率。

4）相对电感磁导率按下式计算：

式中 _μL——相对电感磁导率；

|μ|——相对幅值磁导率；

μ′——相对弹性磁导率。

5）比铁损按下式计算：

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式中 P——比铁损，单位为W/kg；

I₀——级线圈电流有效值，单位为A；

U₀——初级线圈电压有效值，单位为V；

δ——H与B的夹角，单位为（°）；

m——试样质量，单位为kg；

N₁——初级线圈的匝数；

N₂——次级线圈的匝数；

E₂——次级线圈电压有效值，单位为V。

6）励磁功率按下式计算：

式中 P_e——励磁功率，单位为W/kg；

U₀——初级线圈电压有效值，单位为V；

I₀——初级线圈电流有效值，单位为A；

m——试样质量，单位为kg；

N₁——初级线圈的匝数；

N₂——次级线圈的匝数；

E₂——次级线圈电压有效值，单位为V。

7）品质因数按下式计算：

式中 Q——品质因数；

μ′——相对弹性磁导率；

μ″——相对粘性磁导率。

3.测量方法

（1）伏安相量法　伏安相量法的测量原理如图8-32和图8-33所示。被测样品初级线圈中的电流用取样电阻R上的电压降U₁来监测，次级线圈上的感应电压为E₂，二者的矢量和为E₃。通过U₁、E₂和E₃组成的矢量三角形可以计算出相对弹性磁导率、相对粘性磁导率、相对幅值磁导率、相对磁导率、比铁损、励磁功率和品质因数等交流磁性参数。

图8-32 伏安相量法基本原理图

W₁—被测样品的初级线圈 W₂—被测样品的次级线圈 E₂—次级线圈的感应电压

E₃—U₁和E₂的矢量和 R—与初级线圈串联的取样电阻 U₁—取样电阻两端的电压

图8-33 伏安相量法矢量关系图

E₂—次级线圈的感应电压 E₃—U₁和E₂的相量和 δ—H与B的夹角 H—磁化场矢量 U₁—取样电阻两端的电压 B—磁感应强度矢量

（2）计算机波形采样法　原理如图8-34所示。由示波器分别显示与被测样品初级线圈串联的取样电阻R两端的电压和次级线圈的感应电压波形，并由计算机进行波形采样。计算机根据所采电压波形及其相位差计算出各个磁性参数。

图8-34 计算机采样法基本原理图

W₁—被测样品的初级线圈 W₂—被测样品的次级线圈 R—与初级线圈串联的取样电阻