磁性测量

磁矩量具及检定
磁矩的绝对测量 磁矩的相对测量
标准样品：镍球
磁矩标定3
• 检定系统：中国尚未建立独立的检定系统
地磁经纬仪（magnetism theodolite） 磁强计（magnetometer）
IEC：1989年
温度 23 C
饱和磁化强度 比饱和磁化强度 485.6 kA/m 54.56 Am2/kg
齐次方程通解： t c1 cos 0t c2 sin 0t
冲击检流计运动方程的解 = 0
c1 t 0 积分后，得： Q i (t )dt c2 t 0 原方程的通解： t c1 cos 0t c2 sin 0t
磁场修正 温度修正
镍球参数：质量＝63.16 mg；直径＝2.383 mm； 在298 K，398 kA/m时，此镍球的磁矩为
m 3.47 mA m 2 0.01 mA m 2
磁通量－电压积分器
机械式：冲击检流计 电子式：电子积分器
模拟电子积分器 数字电子积分器 虚拟电子积分器
冲击检流计
磁矩的定标：标准参考样品
镍球（NIST）：饱和磁矩 钯圆柱体：磁化率 镍圆柱体：饱和磁化强度 Dy2O3：磁化率
磁矩量具及检定
• 永磁体：钴钢 形状
旋转椭球或圆柱体
磁矩标定1
量值范围 准确度
0.1 Am2～100 Am2
0.2％～0.1％
磁矩量具及检定
• 载流线圈：安培环路 任意形状
m K SW I
特征方程式的根：
2
2 0
;
2 0 2

2
2 0
Q i (t )dt
初始条件：
t 0
d 0； dt
t 0
B0 ANQ J
冲击检流计运动方程的解
阻尼度 无阻尼 ＝0 运动方程 最大偏转角
检流计4
D H J t
磁化强度 M
B 0 ( H H ) (1 ) 0 H 0 H
单位体积内的磁矩，表 示磁化的强弱程度
B 0 ( H M )
磁场的强度 磁场的强度
B 0 H
电 磁 感 应 原 理
冲击法2
冲 击 法
冲击法的优点
1、可以开路、闭路测量； 2、仪器设备简单。
冲击法3
闭路：磁路闭合 闭路：磁路闭合 开路：磁路不闭合 开路：磁路不闭合
N S
冲击法的缺点
1、积分式数据采集：零点漂移； 2、要求使用具有特定形状的样品； 3、灵敏度较低。
等截面积（常数）
冲击法的原型使用
• 教学演示实验：电磁感应定律 • 工业：发电机 • 工业：磁体的磁性能测量
H线圈
冲击检流计
d d w B0 ANi J 2 P dt dt
2
J为转动惯量，为偏转角， P为阻尼系数 w为扭转系数，B0为磁感应强度， A和N为面积和匝数，i为瞬时电流
样品
B线圈
冲 击 法
应尽量满足的条件－灵敏度
1. 1. 脉冲电流完毕之后，电流计线圈开始转动： 脉冲电流完毕之后，电流计线圈开始转动： 电流计线圈的转动惯量越大，越满足此条件。 电流计线圈的转动惯量越大，越满足此条件。 2. 2. 检流计处于临界阻尼状态； 检流计处于临界阻尼状态； 检流计比较慢地达到最大读数，很快降为零。 检流计比较慢地达到最大读数，很快降为零。 3. 3. 被测磁通应尽量为瞬时变化： 被测磁通应尽量为瞬时变化： 非瞬时变化引入很大的误差。 非瞬时变化引入很大的误差。 4. 4. 线圈的自由振荡周期要远大于磁通变化的时间 线圈的自由振荡周期要远大于磁通变化的时间 一般在 10 倍以上。 一般在 10 倍以上。 5. C 5. 需要测定冲击检流计的冲击常数 需要测定冲击检流计的冲击常数 C Φ Φ 使用互感系数 M 已知的互感线圈。 使用互感系数 M 已知的互感线圈。
磁矩标定2
圆柱形线圈 K SW Saverage N
单层螺线管： S average
3S N z B 0 I 4 r 5
Dd 2
2
2

z r D L
3 L 2 4 D
4 S N 2 z 2 2 55 16 z 6 120 z 4 2 90 z 2 4 5 6 D Bz 0 I 3 2 6 4 r r 128 r r
Ballistic Galvanometer
冲击检流计
AC4/3型直流镜式检流计
冲击检流计
上海精密科学仪器有限公司
冲击检流计结构示意图
检流计1
冲击检流计运动方程
J d t
2 2
检流计2
dt
P
d t dt
w t B0 ANi t
(t) 为偏转角； J 为转动惯量；P 为阻尼系
1 max t0 e 0
t e
ttt0 t0 Nhomakorabea1
0
t


e t sinh t
max t0
1 ln 2
冲击检流计运动方程的解 = 0
d 2 t dt
2
t
2 0
B0 ANi t J
非齐次方程的特解： * t c1 t cos 0t c2 t sin 0t c '1 t cos 0t c '2 t sin 0t 0 2 2 j 特征方程式的根： 0 B ANi t 0 满足方程组： 0 c '1 t 0 sin 0t c '2 t 0 cos 0t J B0 ANi t sin 0t c '1 t 0 J 解方程组，得： c ' t B0 ANi t cos t 0 2 J 0
所需时间
t

0
sin 0t
max t0

0
t0 20
t0 arctan
1
欠阻尼 t e t sin t 0 < < 0 临界阻尼 ＝0 过阻尼 > 0
max t0
迴线仪：永磁材料的永磁性能检测 中国计量科学研究院
HG－500
美国KJS公司
德国Magnet－Physik公司
NIM－2000系列
Permagraph系列
磁矩测量的技术基础
• 检测线圈 • 感应电势的测量 • 感应电势－磁矩的标定
检测过程
公式推导：磁矩 磁场 磁通量 感应电势 实际测量：磁矩 磁场 磁通量 感应电势
Quantum Design, MPMS Application Note 1041-001, “Palladium Reference Samples”
常用磁矩标准参考样品
美国NIST的编号：SRM 772a；有效。
磁矩标定5
• Ni球（美国NIST的磁矩标准参考样品）
H m 3.47 1 0.0026 ln 1 0.00047 T 298 398
例如，单匝检测线圈内的磁通量：
m
0 m, z , t
0 mz
2
2 c
r
2 c 2 3
t2
r z t
t t1

0
(m, z , t )dt
单匝检测线圈内的感应电势： 0 m, z , t 30 mz z t z 2 t rc2 0 (m, z , t ) 5 t t 2 2 2 r z t c

2 0
2
B0 ANi t t e sin t c '1 t J 解方程组，得： c ' t B0 ANi t e t cos t 2 0 J
冲击检流计运动方程的解 < 0
c1 t 0 积分后，得： Q i (t )dt c2 t 0 原方程的通解： t c1e t cos t c2e t sin t
ε(t)
t t0 t1
t2 t1
冲 冲 磁 磁 电 电
击 击 强 强 动 动
法 法 计 计 法 法
(t )dt
感应（测量发电机）法 感应（测量发电机）法
电 子 积 分 器、数 字 积 分 器
各种自动直流磁性测量仪器 各种自动直流磁性测量仪器
冲 击 法
冲击法1
最具（电磁感应）原理性的磁性测量方法
齐次方程通解： t c1e t cos t c2e t sin t 非齐次方程的特解： * t c1 t e t cos t c2 t e t sin t
满足方程组： c '1 t cos t c '2 t sin t 0 B0 ANi t t e c '1 t cos t sin t c '2 t sin t cos t J
d B0 ANQ 初始条件：t 0, 0, dt J
c1 0 求得系数，为： c 2 0 原方程的定解为： t sin 0t
0
d 2 t dt 2
冲击检流计运动方程的解 < 0
B0 ANi t d 2 2 2 0 t j 0 2 dt J