磁性测量常见基础知识
1. 什么是矫顽力
矫顽力(coercivity)也称为矫顽性或保磁力,是磁性材料的特性之一,是指磁性材料在饱和磁化后,当外磁场退回到零时其磁感应强度B并不退到零,只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零,该磁场称为矫顽磁场,又称矫顽力。若铁磁性材料(包含亚铁磁性材料)的矫顽力大,则称为硬磁性,可以用来作为磁铁的材料。磁铁可以用在马达、磁性储存媒体(如硬盘、磁盘片或磁带)、及矿石处理中的磁性分离器。矫顽力小的铁磁性材料则称为软磁性,可以用在变压器及电感器的铁芯,磁性储存媒体的读写头、微波设备及电磁屏蔽设备中。 矫顽力单位是奥斯特(Oe)或安/米(A/m) 1A/m=79.6Oe。分为磁感矫顽力(Hcb)和内禀矫顽力(Hcj)。磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。(对外磁感应强度表现为零)此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。在永磁材料的退磁曲线上,当反向磁场H增大到某一值bHc时,磁体的磁感应强度B为0,称该反向磁场H值为该材料的矫顽力bHc;在反向磁场H= Hcb时,磁体对外不显示磁通,因此矫顽力Hcb表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应的能力。矫顽力bHc是磁路设计中的一个重要参量之一。
2. 什么是剩磁
剩余磁化强度(remanence)的简称。符号Br。在电流产生的磁场强度H的激励下,铁磁材料(如铁心)被磁化并以感应强度B描述磁化程度。磁化后的铁心,若去除电流激励,使H = 0,铁磁材料中的磁感应强度虽减小,但并不为零,即B ≠ 0,这种现象称为铁磁材料具有剩磁特性。铁磁材料的剩磁可通过施加适当的反向磁场,或对其施加高温或振动而减弱或消失。
消除剩磁,加防磁罩, 如果懂电子知识的话,加个消磁电路,荧光屏电视机里一般都可找到这种电路。或者加热,也可以消磁。放在交变磁场中,使其失磁。消除剩磁,必须外加反方向的磁场,当反向磁场 增大到一定的值时,B值变为零,剩磁完全消失。
3. 什么是磁滞现象
磁滞现象简称磁滞。磁性体的磁化存在着明显的不可逆性,当铁磁体被磁化到饱和状态后,若将磁场强度(H)由最大值逐渐减小时,其磁感应强度(符号为B)不是循原来的途径返回,而是沿着比原来的途径稍高的一段曲线而减小,当H=0时,B并不等于零,即磁性体中B的变化滞后于H的变化,这种现象称磁滞现象。磁性物质都具有保留其磁性的倾向,磁感应强度B的变化总是滞后于磁场强度H的变化的,这种现象就是磁滞现象。将铁磁体(磁中性状态)置于外加磁场中磁化时,磁场强度从零增大,使磁化强度增大至一定值,此时若将磁场慢慢减小,则磁化强度并不沿原来的变化曲线回复原状,而是沿另一曲线变化.磁化强度随磁场强度的变化中,磁化强度的变化总是落后于磁场强度的变化,出现滞后的现象,此种现象称为磁滞 。按磁滞回线的不同,磁性物质又可分为硬磁物质、软磁物质和矩磁物质三种。磁滞现象,在铁磁性材料中是被广泛认知的。当外加磁场施加于铁磁性物质时,其原子的偶极子按照外加场自行排列。即使当外加场被撤离,部分排列仍保持。该材料被磁化,其磁性会继续保留。需要消磁时,施加相反方向的磁场。
4.什么是磁滞回线
当磁场强度周期性变化时,表示铁磁性物质或亚铁磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线就叫做磁滞回线。高频变压器磁芯的磁滞回线如图所示。随着磁场强度H的逐渐增加,磁芯的磁感应强度B将沿初始磁化曲线增大,当磁场强度增大到HM时(HM<Hs),磁感应强度B达到最大值BM。上述过程如图中曲线0a段所表示。使磁场强度从HM逐渐减小至零,磁感应强度B随之减小至Br,磁化状态由图中的a 点转移到b点。B点对应的磁场强度为0,而磁感应强度为Br,称之为剩余磁感应强度或剩余磁通密度,简称为剩磁。当磁场强度逐渐由零反向增加至-Hc时,磁感应强度由Br减小到零,磁化状态由图中的b点转移到c点。磁场强度继续反向增加至-HM时,磁感应强度由零反向增加至最大值-BM,磁化状态由图中的c点沿达到d点。此后当使H由-HM逐渐变至HM时,磁感应强度则由-BM逐渐变至BM,磁化状态从图中的d点沿着d→e→f→a回到a点。在上述过程中,B-H平面上表示磁化状态的点的轨迹形成一个对原点对称的闭合曲线,称之为磁滞回线。
5. 什么是基本磁化曲线
把一块尚未磁化的铁磁物质制成环状闭合铁心,在铁心上均匀绕以线圈,并接到直流电压源。调节电阻R,使电流Ⅰ从零逐浙増大,铁心中磁场强度也随之而增大。在测得对应于不同H值下磁感应强度B后,便可逐点绘出B-H曲线。这条曲线称为起始(原始)磁化曲线。由一系列大小不同的稳定的磁滞回线的顶点连成的曲线称为基本磁化曲线。铁磁体的磁滞回线的形状是与磁感应强度(或磁场强度)的最大值有关,如果磁性材料的磁化未达到饱和就开始退磁会出现较小的磁滞回线。
6.什么是磁导率、起始磁导率和最大磁导率
磁导率:表征磁介质磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后,产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力。其公式μ=B/H 、其中H=磁场强度、B=磁感应强度,常用符号μ表示,μ为介质的磁导率,或称绝对磁导率。磁导率μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比,即μ=B / H。通常使用的是磁介质的相对磁导率 ,其定义为磁导率μ与真空磁导率μ0之比,即 =μ/ 。相对磁导率 与磁化率χ的关系是: =1+ 。磁导率μ,相对磁导率 和磁化率 都是描述磁介质磁性的物理量。对于顺磁质 >1;对于抗磁质 <1,但两者的 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 的关系是非线性的磁滞回线,不是常量,与H有关,其数值远大于1。例如,如果空气(非磁性材料)的相对磁导率是1,则铁氧体的相对磁导率为10,000,即当比较时,以通过磁性材料的磁通密度是10,000倍。铸铁为200~400;硅钢片为7000~10000;镍锌铁氧体为10~1000。涉及磁导率的公式:磁场的能量密度ωm=B2/2μ,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)。常用的真空磁导率μ0=4π×10-7H/m。
起始磁导率:磁中性化的磁性材料,当磁场强度趋于无限小时磁导率的极限值,通常用μi表示。 在实际测量中,磁场强度H趋于零时的磁导率的极限值
最大磁导率:是指对应基本磁化曲线上各点磁导率的最大值。