永磁材料磁性能測(cè)量

1、永磁材料磁性能測(cè)量實(shí)務(wù)永磁材料磁性能測(cè)量實(shí)務(wù)AIC Magnetics Co. Ltd.馮潼江&鄭胡平磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量:l磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量通?？墒褂没魻栐?Hall sensor) 配合高斯計(jì)(特斯拉計(jì))或場(chǎng)線圈配合磁通計(jì)實(shí)現(xiàn).l使用霍爾元件(Hall sensor)的測(cè)量原理:利用霍爾效應(yīng)(Hall effect),美國(guó)物理學(xué)家霍爾(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。目前使用GaAs,

2、InSb, InAs等類(lèi)半導(dǎo)體材料作為霍爾元件材料。磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量:l霍爾效應(yīng)圖示：電壓Vh與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量:l因霍爾元件通常較脆弱,通常需經(jīng)過(guò)合適的封裝制成相應(yīng)的探頭配合高斯計(jì)使用.l常見(jiàn)的霍爾探頭分垂直型和軸向型,見(jiàn)下圖:垂直軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量:l目前市售的高斯計(jì)配合霍爾探頭可實(shí)現(xiàn)1uT3T的測(cè)量,精度可達(dá)0.5%.l因霍爾元件在高場(chǎng)強(qiáng)下(1T)有非線性的輸出的特性,因此必須做相應(yīng)的修正,方能保證必要的測(cè)量精度.磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量:l高斯計(jì)原理: 高斯計(jì)實(shí)際上可看成是一臺(tái)精密的電壓表,和精密恒壓/恒流電源的組合,原理框圖

3、如下:霍爾探頭電壓表恒壓/恒流電源數(shù)據(jù)處理顯示單元高斯計(jì)典型的高斯計(jì)典型的高斯計(jì)使用高斯計(jì)直接測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度使用高斯計(jì)直接測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度l通常使用高斯計(jì)的探頭直接測(cè)量磁鐵表面或隔一定的氣隙測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度.(開(kāi)路測(cè)量)l優(yōu)缺點(diǎn):l測(cè)量方便, 其它輔助工具使用少.l可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量.使用靈活.l數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性/重現(xiàn)性差.l使用不同高斯計(jì)測(cè)量結(jié)果不同.使用高斯計(jì)直接測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度使用高斯計(jì)直接測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度l數(shù)據(jù)只可用于定性不可用于定量.l比較性能差別不大的磁鐵是有誤判的可能.l誤差來(lái)源:l開(kāi)路狀態(tài)下,磁場(chǎng)強(qiáng)度分布是不均勻的,測(cè)量結(jié)果因Hall探頭的位置不同有較大的差異。l不同廠家的探頭因鎧裝層的厚度不同對(duì)測(cè)量結(jié)果有

4、較大影響。磁鐵在開(kāi)路狀態(tài)下的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布磁鐵在開(kāi)路狀態(tài)下的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布磁鐵在開(kāi)路狀態(tài)下的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布磁鐵在開(kāi)路狀態(tài)下的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布Hall探頭是如何校正的？探頭是如何校正的？lHall探頭通常是使用通電的Helmholtz 線圈或標(biāo)準(zhǔn)磁鐵產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)來(lái)校正的。l在均勻的磁場(chǎng)中Hall探頭的鎧裝層厚度對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。Helmholtz 線圈標(biāo)準(zhǔn)磁鐵使用使用”C”型夾具型夾具+高斯計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)高斯計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度度l測(cè)量原理:利用特殊設(shè)計(jì)的含軟磁材料夾具,使磁鐵磁化軛鐵,同時(shí)將Hall探頭置于軛鐵的氣隙中測(cè)量,利用氣隙中磁場(chǎng)強(qiáng)度間接反映磁鐵性能.l優(yōu)缺點(diǎn):l測(cè)量數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性/重現(xiàn)性良好,分辯率高

5、.l結(jié)果與測(cè)量設(shè)備及Hall探頭無(wú)關(guān).(在均勻磁場(chǎng)下測(cè)量).l需制備專(zhuān)用夾具,通用性不強(qiáng).產(chǎn)品批量小時(shí)成本高.”C”型夾具型夾具+高斯計(jì)測(cè)量高斯計(jì)測(cè)量軛鐵磁鐵Hall探頭”C”型夾具型夾具+高斯計(jì)測(cè)量高斯計(jì)測(cè)量場(chǎng)線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度l測(cè)量原理:利用特殊設(shè)計(jì)的場(chǎng)線圈配合磁通計(jì),測(cè)量出測(cè)量區(qū)域的磁通量在除以線圈面積和匝數(shù),從而得出該區(qū)域內(nèi)的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度.場(chǎng)線圈線圈移出法測(cè)磁通計(jì)算公式= N Bm AtBm：截面積內(nèi)磁通密度B 的平均值A(chǔ)t：徑向的截面積N：線圈的匝數(shù)場(chǎng)線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度l優(yōu)缺點(diǎn):l測(cè)量結(jié)果的重現(xiàn)性/再現(xiàn)性良好.l

6、高場(chǎng)強(qiáng)下測(cè)量線性好.l測(cè)量結(jié)果為平均值,且與線圈面積相關(guān).l結(jié)果計(jì)算繁瑣.需要較好的磁通計(jì)使用技巧.l開(kāi)路狀態(tài)測(cè)量結(jié)果與線圈位置有關(guān).磁通的測(cè)量磁通的測(cè)量l磁通計(jì)原理:可以下述公式表示：lV = - d/ dtlV：量測(cè)之感應(yīng)電壓 ：磁通量l由於磁通量的變化與所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓成正比，故可以用來(lái)作為磁場(chǎng)量測(cè)之用，上述公式以積分式表示，可以求得磁通量的變化量。l = (t2) (t1) = V(t)dtl由以上所述之磁通計(jì)量測(cè)原理而言，其僅能適用在有磁通變化的場(chǎng)合.通常配合線圈用移出法和反極性法測(cè)量磁通磁通計(jì)原理磁通計(jì)原理l磁通計(jì)設(shè)計(jì)有積分電路,可記錄感應(yīng)電壓對(duì)時(shí)間的積分值.磁通計(jì)的零漂問(wèn)題磁通計(jì)

7、的零漂問(wèn)題l磁通計(jì)使用時(shí)通常必須調(diào)整零漂以保證讀數(shù)的穩(wěn)定，零漂的調(diào)整原則是必須保證在測(cè)量周期內(nèi)讀數(shù)的漂移最小，一般要求在一分鐘內(nèi)漂移量不大于10個(gè)讀數(shù).調(diào)整零漂要在設(shè)備預(yù)熱半小時(shí)以后進(jìn)行.更換線圈或重新開(kāi)機(jī)后均需調(diào)整零漂. 部分高檔的磁通計(jì)有自動(dòng)零漂調(diào)整功能,穩(wěn)定性和精度均有保證.使用磁通線圈測(cè)量磁通使用磁通線圈測(cè)量磁通l通常可使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的磁通線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁體磁通量,在測(cè)量電機(jī)的磁通時(shí)也可直接使用電樞做線圈骨架.Helmholtz 線圈測(cè)量磁矩線圈測(cè)量磁矩l在很多情況下可使用Helmholtz 線圈配合磁通計(jì)測(cè)量磁矩值來(lái)衡量磁體性能.l無(wú)需準(zhǔn)備專(zhuān)用線圈;l測(cè)量快捷,結(jié)果重現(xiàn)性/再現(xiàn)性良好;l結(jié)果可與磁滯回線對(duì)應(yīng).l結(jié)果與磁鐵的體積相關(guān).l待測(cè)磁鐵的尺寸應(yīng)符合: 外徑30%線圈內(nèi)徑(方形磁鐵按對(duì)角線尺寸計(jì)算);高度40%線圈高度.Helmholtz 線圈線圈Helmholtz 線圈線圈磁矩測(cè)量計(jì)算磁矩測(cè)量計(jì)算l按以下公式進(jìn)行磁通讀數(shù)進(jìn)行阻抗修正及磁矩值計(jì)算：磁矩= 磁通讀數(shù)X量程檔C（Rc+R0）/R0 Rc: Helmholtz線圈阻抗（見(jiàn)線圈銘牌）C: Helmholtz線圈常數(shù)（見(jiàn)線圈銘牌）R0: 磁通計(jì)輸入阻抗（