一种圆柱形软磁材料磁导率测量方法

摘要

本发明公开一种圆柱形软磁材料磁导率测量方法，1、测量圆柱形软磁材料长径比；2、将外壁缠绕次级线圈的圆柱形软磁材料设置在外部缠绕有励磁线圈的励磁螺线管内，圆柱形软磁材料的中轴线、次级线圈中轴线、励磁螺线管中轴线相互重合，圆柱形软磁材料的中心处、次级线圈中轴线、励磁螺线管中心相互重合；3、励磁线圈串联精密电阻形成回路，通过锁相放大器为回路加载交流电压，并接收次级线圈的感应电压与精密电阻两端的电压；4、得到圆柱形软磁材料的外部磁导率；5、得到圆柱形软磁材料的外部磁化率；6、得到圆柱形软磁材料的磁导率；采用本发明测量方法得到的磁导率误差范围为10％，远优于现有测量方法得到的圆柱形软磁材料磁导率的误差范围。

主权项

1.一种圆柱形软磁材料磁导率测量方法，其特征在于：通过下述步骤来完成：步骤1：测量被测圆柱形软磁材料长径比γ；步骤2：设置被测圆柱形软磁材料；在被测圆柱形软磁材料外壁周向上缠绕次级线圈，通过待测样品夹具将被测圆柱形软磁材料与次级线圈共同夹紧，通过待测样品夹具将被测圆柱形软磁材料固定设置在外部缠绕有励磁线圈的励磁螺线管内，使被测圆柱形软磁材料的中轴线、次级线圈中轴线、励磁螺线管中轴线相互重合，且被测圆柱形软磁材料的中心处、次级线圈中轴线、励磁螺线管中心相互重合；步骤3：为励磁螺线管两端加载低频恒定幅值交流电压；在励磁螺线管两端的励磁线圈间串联精密电阻形成回路，通过锁相放大器的输出端为回路加载低频恒定幅值交流电压，同时，通过锁相放大器输入端接收次级线圈的感应电压，与精密电阻两端的电压；步骤4：得到被测圆柱形软磁材料的外部磁导率；励磁螺线管轴线中心点所产生的励磁磁场强度为：其中，L_a为螺线管的长度，R_a为螺线管的半径；I为励磁线圈中的电流，通过测量与励磁线圈串联的精密电阻中得电流得到：式中，V_a是精密电阻两端的电压；V_am是精密电阻两端的电压的有效值；t为时间参数；将式(2)带入式(1)得到： 次级线圈在交变磁场下其感应电压为：式中，φ_i是次级线圈所在平面的磁通量，表示为：其中，A_s为被测圆柱形软磁材料的截面积；μ₀是真空磁导率，μ_ext为被测圆柱形软磁材料的外部磁导率；将式(5)代入式(4)得到：将式(3)代入式(6)有整理后得到：上式中，V_tesm为交变磁场下其感应电压有效值；步骤5：得到被测圆柱形软磁材料的外部磁化率；设被测圆柱形软磁材料的磁化强度为矢量被测圆柱形软磁材料的退磁场为与的关系为：其中，N_f(γ，χ)为被测圆柱形软磁材料的退磁因子；次级线圈3处的磁场强度与励磁磁场材料磁化强度以及退磁因子N_f之间的 关系为：被测圆柱形软磁材料的闭环磁化率为：令被测圆柱形软磁材料的外部磁化率为χ_ext，则：将式(16)的等式左右同除得到：将式(16)、(17)带入(13)后得到χ_ext、χ与N_f(γ，χ)之间的关系为：整理式(14)得到被测圆柱形软磁材料磁化率为：将次级线圈所在平面的磁通量φ_i写成圆柱形软磁材料样品的材料学特性指标的函数φ_i′；式中，A_c为次级感应线圈的平均截面积，取A_c＝A_s；表示由于被测圆柱形软磁材料被磁化后，内部分子电流产生的磁矩顺序排列后对在次级线圈平面产生的磁通量；表示由于被测圆柱形软磁材料端面被极化后，退磁场在线圈平面产生的磁通量；由于φ_i＝φ_i′，则根据(5)、(16)得到：式(17)两端同除得到：将式(12)带入式(18)得到：μ_extA_s＝χ_ext·A_s+[1-N_f(γ，χ)χ_ext]·A_c                        (19)整理(19)后得到：由此将式(20)带入式(15)得到：以μ_ext作为初始值，即χ⁰＝μ_ext，根据式(21)进行迭代，迭代公式写为其中，i＝0，1，2，3...；直到两次迭代差值小于1％为止，此时的磁化率χ为材料的外部磁化率；步骤6：得到被测圆柱形软磁材料的磁导率；磁化率χ与磁导率μ_r的关系为：χ＝μ_r-1                (23)则被测圆柱形软磁材料的磁导率为：μ_r＝χ+1。              (24)