磁导计应该是现实中运用得比较多的一种东西。磁化开磁路材料试样(即试样本身未形成闭合磁路)的装置。用以配合其他磁测量仪器测量材料的
磁特性。分中场磁导计和强场磁导计两种。
分类
中场磁导计
用于磁化开磁路软磁材料试样。又称软磁磁导计。其结构见图1。材料试
样夹在两U状磁轭之间,并穿过均匀分布的磁化线圈。磁轭由
硅钢片叠制而成。用中场磁导计代替爱泼斯坦仪测量硅钢片等的磁特性和铁损,无需剪裁,可节省大量试样材料,并能方便地装入和取出试样。较简单的中场磁导计只使用一个U状磁轭,试样可采用更小尺寸的切片(见硅钢片磁特性测量)。
由于铁磁质的作用,导致螺线管内磁场的均匀性遭到破坏,磁场测量线圈常数由此产生变化,使磁性能测量结果严重失真。所以,用中磁场磁导计来测量软磁材料棒形试样的各项磁性能是不适宜的。
当把一个铁磁质封闭的盒子放入均匀磁场中,则盒壁与其中的空间构成了并联磁路。由于铁磁质的相对磁导率远远大于空气的相对磁导率,因此,空腔中的磁阻就远远大于盒壁的磁阻,所以磁场的磁力线几乎全部从盒壁内通过,而空腔内仅有极少数的磁力线通过,因此,空腔内的磁场很弱。同样的原因,当螺管中有铁磁质试样时,螺管中磁场的均匀性已遭到破坏,绝大部分磁力线也应通过铁磁质试样,在磁开路情况下只有少数的磁力线通过磁场测量线圈的间隙,因此,测得磁场强度就很小;在闭合磁路情况下由于磁导计磁扼体和铁磁质试样共同作用,使较多的磁力线通过磁场测量线圈的间隙,因此,测得磁场强度就较大。
强场磁导计
用于磁化永磁材料(即硬磁材料)试样。又称永磁磁导计。由于永磁材料在测量与磁化时要求有很强而集中的磁场,且永磁材料试样多是开路形式,故专门制造了这种磁导计。强场磁导计由磁极、磁轭、磁化线圈等构成(图2),试样夹在可动磁极与固定磁极之间。为使磁化磁场集中在试样上,须使磁轭消耗的磁化安匝尽量少,因此磁轭通常采用磁导率高的材料,并且截面较大,制作时要求有较高的工艺水平。磁化线圈由直流电源供电,其容量可满足产生足够大的饱和磁场强度Hm的需要。Hm一般取被测材料内禀矫顽力Hcj的3~5倍,电源的稳定度应保证在1分钟内变化不超过0.1%。
计为快速检验和分选永磁材料,常采用对称双轭磁导计结构。它的两个U状磁轭完全对称,4个磁化线圈完全相同,并串联在一起。未放入试样时,左右两气隙内的磁通相等,中间气隙内的磁通为零。在一边气隙中放入试样后,磁路平衡被破坏,中间气隙内存在有正比于试样磁化强度的磁通。作用于试样的磁场强度,可在另一边气隙内测得。如在一边气隙内放入标准试样,则可对放在另一边气隙中的试样进行分选。
结构设计
为快速检验和分选永磁材料,常采用对称双轭磁导计结构。它的两个U状磁轭完全对称,4个磁化线圈完全相同,并串联在一起。未放入试样时,左右两气隙内的磁通相等,中间气隙内的磁通为零。在一边气隙中放入试样后,磁路平衡被破坏,中间气隙内存在有正比于试样磁化强度的磁通。作用于试样的磁场强度,可在另一边气隙内测得。如在一边气隙内放入标准试样,则可对放在另一边气隙中的试样进行分选。
单片磁导计的等效磁路长度的测量
在EIc的标准中,爱泼斯坦方圈法和单片磁导计法是两种独立有效的测量方法。但单片磁导计的等效磁路长度成为一个受材料和人员操作等因素影响的参量,造成两种测量方法得出的测量数据往往不一致,容易产生因测量方法不同而造成的材料品质认定纠纷。按照国标中磁导计法的等效磁路长度的确定方法,为了保证测量数据的一致,需要确定磁导计对不同材料型号,在不同磁极化强度测试点、不同频率下的等效磁路长度,这不仅增加了用磁导计法测试的工作量,还使得磁导计测量法成为了一种依赖于爱泼斯坦方圈法的测试方法,不能充分发挥单片磁导计测量无损检测的优点。
因而,探讨一种不依赖于爱泼斯坦方圈法而又能使两种测量方法测试数据统一的磁导计等效磁路长度的确定方法,可以大大简化磁导计测量方法的操作,并提高磁导计的通用性。
测量方法:
用磁导计测量单片电工钢片的磁性能时,电工钢片和磁扼以及励磁线圈组成无载变压器,假定lm为等效磁路长度,根据安培环路定理,则有:
H·lm =N1·I
由于励磁线圈的匝数N,是确定的,励磁电流I可以通过电流表测得,如果还能确定环路中的磁场强度H,则可以通过这个公式计算得到等效磁路长度lm。
为了测得磁场强度H,在磁导计线圈骨架内增加一组磁场强度H测试线圈,贴近被测试的电工钢片,用平均值电压表测得测试线圈的感应电压U,则可依据下面公式计算得到磁场强度H。
式中:u0为真空磁导率;
N2为磁场强度H测试线圈匝数;
F为测试频率,Hz;
s为有效面积;
因而,等效磁路长度如下公式
通过进一步的研究和实验,可以得到确定的H一l。关系,则这种方法可以成为单片磁导计国标的一个补充。采用这种方法,可以简化单片磁导计确定等效磁路长度的实验,减少测试中材料的损耗,有利于电工钢片测试标准的应用。