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        軟磁鐵氧體材料參數(shù)測量方法和技巧*

        2011-11-20 08:11:56崔錦華郝利軍
        陶瓷 2011年5期
        關(guān)鍵詞:技巧測量

        崔錦華 郝利軍 王 遠

        (1陜西金山電器有限公司 陜西咸陽 712000) (2咸陽陶瓷研究設計院 陜西咸陽 712000)

        軟磁鐵氧體材料參數(shù)測量方法和技巧*

        崔錦華1郝利軍1王 遠2

        (1陜西金山電器有限公司 陜西咸陽 712000) (2咸陽陶瓷研究設計院 陜西咸陽 712000)

        詳細介紹了生產(chǎn)中常用磁性材料的參數(shù)起始磁導率、溫度因數(shù)、居里溫度以及比損耗的測量方法,并對測量技巧做了深入的探討分析,為生產(chǎn)技術(shù)人員在磁性材料測量方面提供了借鑒。

        測量方法 起始磁導率 溫度因數(shù) 比損耗 密度

        前言

        起始磁導率、溫度因數(shù)、比損耗、居里溫度是磁性材料最重要的磁性能參數(shù)之一。磁性材料在制備以及應用中經(jīng)常需要快速、準確地對其進行測量,以達到指導生產(chǎn)、控制質(zhì)量、提高效率的目的。

        筆者從生產(chǎn)、科研的實用性出發(fā),著重說明了磁性材料常用基本參數(shù)的測量原理、測試方法和步驟、測試結(jié)果分析及實驗操作中應該注意的測試技巧。

        1 起始磁導率μi的測量

        1.1 定義和測試條件

        1.1.1 定義

        在規(guī)定條件下,鐵氧體材料磁化曲線起始點處磁導率的極限值稱為起始磁導率

        式中,H和B為交變磁場的峰值,μ0=4π×10-7H/m。

        1.1.2 測試條件

        1)樣品的形狀和尺寸。樣品的形狀為環(huán)形,尺寸為R10~R36,測試時的繞制匝數(shù)通常是20匝,繞制導線的直徑為0.35mm。

        2)測試環(huán)境的溫度。在無特殊規(guī)定的前提下,測試環(huán)境溫度為25℃。

        3)測試頻率為f≤10kHz。

        4)測試用磁通密度波形為正弦波,B≤0.25mT。

        5)測試前的處理。在進行電磁性能測試前應將樣品退磁,退磁的方法可以選擇交流退磁或熱退磁。

        1.2 測試儀器和測試方法

        1.2.1 測試儀器

        1)首先要對測量μi儀器與設備進行校正,使其保持有足夠的精確度。

        2)近年來由于電感測量儀已經(jīng)數(shù)字化,且準確度較高,為0.01% ~1%,所以被廣泛應用。通常選用可以調(diào)節(jié)測試電壓的電感測試儀,滿足B≤0.25mT的要求。

        3)常用的測試儀表有 HP4274ALCR測量儀、HP4275ALCR測量儀等低頻測試儀器。

        1.2.2 測量方法

        測量μi的方法很多,有電壓電流法、電橋法、電感測試法等。隨著數(shù)字化儀表的快速發(fā)展,電感測試法幾乎取代了其他的方法,被人們廣泛地應用,其測量公式為:

        公式(2)中C1=Le/Ae(m-1)

        式中:Le——樣環(huán)的有效磁路長度;

        Ae——樣環(huán)的有效截面積;

        N——測試線圈的匝數(shù);

        L——電感的單位,H

        1.3 測量技巧

        1)在整個測試過程中,必須保護樣品使其不受機械沖擊、振動以及磁的干擾。

        2)測試值會因樣品的幾何尺寸、測試頻率、機械應力、磁場強度、溫度等變化而變化,因此必須正確地設定這些參數(shù)。

        3)測量前樣品應該保持中性,可以用交流退磁法或熱退磁法給樣品退磁。

        4)樣品上應纏一層絕緣帶,在絕緣帶上面均勻地纏繞一層絕緣導線。

        5)一定要滿足B≤0.25mT,并保證測試線圈上的電壓U=4.44NfAeB,通常測試的線圈N的匝數(shù)為20匝。

        6)由2個以上元件組成的樣品組件,必須注意磁芯間的接觸面是否緊固。

        7)測試頻率應盡可能地控制在低端,以避免線圈電容對測量值的影響。通常都要求即使以2倍的值也不會引起測量值可以忽略不計的變化。

        8)磁通密度或外加磁場,也應控制在足夠低的范圍內(nèi)。

        2 溫度因數(shù)αF的測量

        2.1 測量原理和設備

        1)測量原理。溫度因數(shù)是磁性材料主要的溫度特性參數(shù)之一,按GB9632—88標準第9條規(guī)定的實驗方法進行測量,其計算公式為:

        式中:Lθ——溫度在θ時的電感量;

        Lref——溫度是 θref時的電感量;

        θ——一般為55℃;

        θref——一般為 25 ℃。

        2)測量儀器設備。電感測量儀與起始磁導率測量相同,控制溫度的箱體可以按GB9632—88標準第9條選定。

        2.2 測量方法

        將繞有線圈的樣品環(huán)放入控溫箱中,至少做2個溫度沖擊循環(huán)來穩(wěn)定樣品。通常溫度循環(huán)的條件是:從低溫(25℃)到高溫(55℃),再從高溫(55℃)到低溫(25℃)為一個循環(huán)周期。循環(huán)時控溫箱溫度變化的速率為1℃/min。兩次穩(wěn)定循環(huán)后,分別在規(guī)定的溫度下測試電感量 Lθ、Lref,測試前的保溫時間≥30 min。

        2.3 測量技巧

        1)溫度系數(shù)測試時1.3中的測試技巧都適用。

        2)必須對測試溫度、測試溫度下的穩(wěn)定時間、各測試溫度間的溫度變化速率以及溫度程序調(diào)節(jié)的細節(jié)進行規(guī)定。

        3)在測試的溫度范圍內(nèi),材料環(huán)的電感量必須是單調(diào)變化。

        4)放入控溫箱的樣品環(huán)的引出線應盡量短,這樣可使引出線引起的電感忽略不計,否則應該補償連接導線引起的電感,從而減少測量誤差。

        5)測試溫度應選擇接近實際狀態(tài)的溫度。

        3 居里溫度

        3.1 定義

        磁性材料的磁特性因溫度的變化而變化,當溫度上升到一定程度時,磁性材料就由鐵磁狀態(tài)或亞鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài),這個轉(zhuǎn)變溫度就稱為居里溫度,用θc表示。

        3.2 測試方法

        首先,應注意對電阻率低于10-3Ωm的樣品,在測試時須纏繞上耐高溫的絕緣帶或者涂上耐熱性絕緣涂料。

        測定飽和磁化強度與溫度的關(guān)系曲線以及起始磁導率μi與溫度θ的關(guān)系曲線都可以確定居里溫度。通常最常用的方法是μi-θ曲線法。

        把測試樣品放入控溫箱中,并將纏繞著絕緣帶的樣品連接到測試儀表—電感測試儀測試,從室溫開始,測量出不同溫度所對應的電感量L,繪制出μi-θ曲線,在溫度下降部分求出最大值的80%的點與20%的點的連線的延長線與μi=1的直線的交點一次,作為居里溫度。

        3.3 測試技巧

        1)測試時的連接導線應盡量短。

        2)樣品測試時線圈中的磁通密度B≤0.25mT。

        3)在測試的過程中應緩慢升高溫度,升溫速度≤1℃/min。

        4)溫度的精度應保持在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。

        4 密度

        4.1 測量原理

        液體中的樣品,由于受到與樣品同體積液體的重量相等的浮力作用,在空氣中稱量,由這些值和液體的密度便可求出樣品的密度。

        4.2 測量方法和計算

        4.2.1 測量方法

        1)充分干燥樣品后,稱重,讀到4位數(shù)(W1)。

        2)把樣品浸入熔融石蠟中,經(jīng)過充分浸漬后取出,徹底去掉附著在表面上的石蠟。

        3)稱量浸過石蠟的樣品,讀到4位數(shù)(W2)。

        4)用吊線把樣品吊在水中,稱量吊在水中的樣品,讀到4位數(shù)(W3)。

        5)在水中稱量吊線,讀到4位數(shù)(W4)。

        4.2.2 計算

        按下式求出密度為

        d=W1·S/(W2-(W3- W4))

        式中:d——密度,(kg/m3);

        W1——樣品在空氣中的質(zhì)量,kg;

        W2——含浸石蠟樣品在空氣中的質(zhì)量,kg;

        W3——含浸石蠟樣品在水中的質(zhì)量,kg;

        W4——吊線在水中的質(zhì)量,kg;

        S——水的密度,kg/m3。

        4.3 測試技巧

        1)為吊住樣品,吊線需有足夠的強度。

        2)因吊線在水中發(fā)生體積變化引起的誤差可以忽略不計。

        3)在水中測量時,水中應沒有氣泡。

        5 結(jié)語

        軟磁鐵氧體材料性能測試是軟磁鐵氧體材料研究、開發(fā)、生產(chǎn)及應用過程中的重要環(huán)節(jié),筆者著重介紹了幾種常見參數(shù)的測試方法和技巧,希望能對磁性材料的生產(chǎn)和應用中的測量工作有所借鑒。

        1 李國棟.2003~2004年磁性能功能材料及應用研究新進展.稀有金屬材料與工程,2006,35(2):169 ~171

        2 王依琳,吳文駿,等.低溫快速燒結(jié)軟磁鐵氧體材料.無機材料學報,2003(3):601 ~605

        TM277

        B

        1002-2872-(2011)05-0023-02

        崔錦華(1966-),主要從事磁性材料及器材件的測量及試驗。E-mail:119601303@qq.com

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