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磁导率

磁导率是表示磁介质磁性的物理量。物质中某点的磁感应强度B与该点磁场强度H之比。磁导率μ=B/H,它是描述物质磁性的一个物理量。[1]

磁导率的单位为亨/米(H/m)。在实际中也常使用相对磁导率μr,其定义为物质的磁导率μ与真空中磁导率μ0之比,即μr=μ/μ0,μ0=4π×10-7T·m/A。

基本信息

中文名称:磁导率

外文名称:magnetic permeability

意   义;表征磁介质磁性的物理量

定义式:μ=dB / dH

概念简介

磁导率是用来表示物质导磁能力大小的物理量,单位为亨/米(H/m)。实验测得,真空中的导磁率为一常数, μ0=4π×10-7T·m/A。

在实际中也常使用相对磁导率μr,其定义为物质的磁导率μ与真空中磁导率μ0之比,即μr=μ/μ0 。

磁性材料铁磁物质大,导磁性能好,如及其合金。μr>1

对于非磁性材料,如空气、木材、玻璃等物质的磁导率与真空的磁导率非常接近。反磁物质μr<1。[2] 为测定磁导率,通常把待测材料作成实心镯环状样品,上面均匀地绕满线圈,形成由待测材料为芯的环状线圈。当线圈中通以电流I时,可由线圈匝数N及电流I算出样品中磁化场的磁场强度H

相对磁导率

磁导率μ等于磁介质中磁感应强度B的微分与磁场强度H的微分之比,即μ=dB / dH。

通常使用的是磁介质的相对磁导率μr,其定义为磁导率μ与真空磁导率μ0之比,即μr=μ/μ0。相对磁导率μr与磁化率χ的关系是:μr=1+χ

磁导率μ,相对磁导率μr和磁化率χ都是描述磁介质磁性的物理量。[3]

顺磁物质μr>1

反磁物质μr<1

铁磁物质μr>>1

但两者的μr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,μr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。[4]

常用参数

1、初始磁导率μi:是指基本磁化曲线当H→0时的磁导率

2、最大磁导率μm:在基本磁化曲线初始段以后,随着H的增大,斜率μ=B/H逐渐增大,到某一磁场强度下(Hm),磁密度达到最大值(Bm) 。

3、饱和磁导率μS:基本磁化曲线饱和段的磁导率,μs值一般很小,深度饱和时,μs=μo。

4、差分(增量)磁导率μΔ∶μΔ=△B/△H。ΔB及△H是在(B1,H1)点所取的增量如图1和图2所示。

5、微分磁导率,μd∶μd=dB /dH,在(B1,H1)点取微分,可得μd。

可知:μ1=B1/H1,μ△=△B /△H,μd=dB1/dH1,三者虽是在同一点上的磁导率,但在数值上是不相等的。

非磁性材料(如铝、木材、玻璃、自由空间)B与H之比为一个常数,用μ。来表示非磁性材料的的磁导率,即μ。=1(在CGS单位制中)或 μ。=4πX10o-7(在RMKS单位制中)。

在众多的材料中,如果自由空间(真空)的μo=1,那△么比1略大的材料称为顺磁性材料(如白金空气等);比1略小的材料,称为反磁性材料(如银、铜、水等)。本章介绍的磁性元件μ1是大有用处的。只有在需要磁屏蔽时,才会用铜等反磁性材料做成屏蔽罩使磁元件的磁 不会辐射到空间中去。

下面给出几个常用的参数式:

1、有效磁导率μro。在用电感L形成闭合磁路中(漏磁可以忽略),磁心的有效磁导率为:

式中 L--绕组的自感量(mH);W--绕组匝数;磁心常数,是磁路长度Lm与磁心截面积Ae的比值(mm)。

2、饱和磁感应强度Bs。随着磁心中磁场强度H的增加,磁感应强度出现饱和时的B值,称为饱和磁感应强度B。

3、剩余磁感应强度Br。磁心从磁饱和状态去除磁场后,剩余的磁感应强度(或称残留磁通密度)。

4、矫顽力Hco。磁心从饱和状态去除磁场后,继续反向磁化,直至磁感应强度减小到零,此时的磁场强度称为矫顽力(或保磁力)。

5、温度系数aμ°温度系数为温度在T1~T2范围内变化时,每变化1℃相应磁导率的相对变化量,即

式中 μr1--温度为T1时的磁导率;μr2--温度为T2时的磁导率。

值得注意的是:除了磁导率μ与温度有关系之外,饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、矫顽力Hc,以及磁心比损耗Pcv(单位重量损耗W/kg)等磁参数,也都与磁心的工作温度有关。

参数测量方法

磁导率的测量是间接测量,测出磁心上绕组线圈的电感量,再用公式计算出磁芯材料的磁导率。所以,磁导率的测试仪器就是电感测试仪。

在此强调指出,有些简易的电感测试仪器,测试频率不能调,而且测试电压也不能调。例如某些电桥,测试频率为100Hz或1kHz,测试电压为0.3V,给出的这个0.3V并不是电感线圈两端的电压,而是信号发生器产生的电压。至于被测线圈两端的电压是个未知数。如果用高档的仪器测量电感,例如 Agilent 4284A 精密LCR测试仪,不但测试频率可调,而且被测电感线圈两端的电压及磁化电流都是可调的。了解测试仪器的这些功能,对磁导率的正确测量是大有帮助的。

说起磁导率μ的测量,似乎非常简单,在材料样环上随便绕几匝线圈,测其电感,找个公式一算就完了。其实不然,对同一只样环,用不同仪器,绕不同匝数,加不同电压或者用不同频率都可能测出差别甚远的磁导率来。造成测试结果差别极大的原因,并非每个测试人员都有精力搞得清楚。 [5]

1、计算公式的影响

测量磁导率μ的方法一般是在样环上绕N匝线圈测其电感L,因为可推得L的表达式为:  L=μ0 μN^2A/l

所以,由(1)式导出磁导率 的计算公式为:  μ=Ll/μ0N^2A ,式中:l为磁心的磁路长度,A为磁心的横截面积。

对于内径较小的环型磁心,内径不如壁厚容易测量,它们的由来是把环的平均磁路长度当成了磁心的磁路长度。用它们计算出来的磁导率称为材料的环磁导率。

实际上,环磁导率比材料的真实磁导率要偏高一些,且样环的壁越厚,误差越大。

2 、测试线圈匝数N的影响

由于电感L与匝数N2成正比,按理说计算出来的磁导率μ不应该再与匝数N有关系,但实际上却经常有关系。

关于材料磁导率的测量,一般使用的测试频率都不高,经常在1kHz或10kHz的频率测试。测试信号一般都是使用正弦信号,因为频率不高,样环绕组线圈阻抗的电阻部分可忽略不计,把绕组线圈看作一个纯电感L接在测量仪器上。测试等效电路如图所示,仪器信号源产生的电压有效值为U,Ri为信号源的输出阻抗。   测量磁导率时,样环中的磁化场强度与测试线圈的匝数有关,当匝数为某一定值时磁场强度就会达到最强值。而材料的磁导率又与磁化场强密切相关,所以导致磁导率的测量与测试线圈匝数有关。结合图具体讨论匝数对磁导率测试的影响。

參考來源

  1. 磁导率,学问网
  2. 磁场强度和磁导率,超星网
  3. 磁导率的计算公式,电工学习网
  4. 简析磁导率的公式以及方法原理,中国教育装备采购网,2017/6/19
  5. 简析磁导率的公式以及方法原理,中国教育装备采购网,2017/6/19