电气测量学第九章 磁性测量技术课件.ppt
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第九章 磁性测量技术 第一节 磁性测量的基本知识 第二节 空间磁场的测量 第三节 铁磁材料静态磁性的测量 第四节 铁磁材料动态磁性的测量 第五节 金属管道缺陷的无损漏磁检测 最早的磁场探测器已有2000多年的历史,通过感应地球 磁场辨识方向或为舰船导航。随着磁学和电学的发展,特别 是磁学与电学之间相互关联现象和规律的发现和应用,使磁 性测量技术得到迅速的发展,逐渐成为电磁测量技术的重要 组成部分。 第一节 磁性测量的基本知识 一、磁感应强度和磁通 1.磁感应强度 磁感应强度是描述磁场性质和强弱的物理量,它是一个矢 量,用B 表示,B 的大小表示该点磁场的强弱,磁场中某点的 方向表示该磁场的方向。国际单位制单位是韦伯/米(Wb/m2) , 电磁单位制单位是高斯(GS)。 2.磁通(量) 磁感应强度矢量沿一个面的面积分称为穿过面的磁通量。 二、磁场强度及安培环路定律 1.磁场强度 磁场强度是为了便于分析磁场和电流的关系而引入的一 个物理量,它也是一个矢量,用H 表示。国际单位制单位是 安培/米(A/m),电磁单位制单位是奥斯特(Oe)。 磁场强度与磁感应强度的关系 μ为磁介质的磁导率,单位是亨利/米(H/m),它的大小取 决于磁介质的性质,真空的磁导率为 2.安培环路定律 四、电磁感应 1.电磁感应定律 不论任何原因使回路的磁通发生变化时,回路中产生的 感应电动势为 2.均匀磁场中转动线圈中的感应电动势 五、铁磁材料的磁特性 取不同强度的磁场进行反复磁化,可获得一系列大小不等的磁滞回线,如图所示,在第一象限连接各回线顶点的曲线叫基本磁化曲线,即通常所说的磁化曲线,它与原始磁化曲线无大差别,但性质不同,基本磁化曲线在工程技术中具有重要的实用价值。 第二节 空间磁场的测量 一、感应法 感应法是测量交变磁场最常用的方法。将平面探测线圈 置于被测磁场中,线圈平面与磁场垂直,则在线圈内产生的 感应电动势为 可以用整流式电压表测得的结果再除以正弦波的波形因数,即可得到Eav。如果在整个线圈平面上磁场均匀,则 这种方法适用于直流恒定磁场的测量。在被测磁场中的 线圈匀速旋转,转轴与磁场方向垂直,则线圈中的感应电动 势为正弦波,其有效值为 三、冲击法 冲击法是测量直流磁场的古典方法,由于这种方法所用 的设备简单而且可靠性强,所以目前仍被广泛采用。 1.用冲击检流计测量磁通 将匝数为N、面积为 S 的测量线圈放在被测磁场中,线圈 平面与磁场垂直,测量线圈与冲击检流计相连,如图所示。 得 则 式中的 叫做检流计的磁通冲击常数。 2.磁通冲击常数的测量 测量电路如图。 当电流 I 从变化到-I 时,有 则 1.探头 探头由高导磁率、低矫顽力的软磁材料制成,上面绕有 励磁线圈N1 和测量线圈N2 ,其结构如图所示。 外加磁场等于0时磁感应强度和感应电势的波形 当外加磁场不等于0时,铁心除了受交流磁场H作用外,还受直流磁场H0作用。在交流磁场与直流磁场方向相同的半周期中,铁心提前进入饱和区,滞后退出饱和区;在交流磁场与直流磁场方向相反的半周期,铁心滞后进入饱和区,提前退出饱和区。因此,铁心中的磁感应强度B′是不对称的梯形波,如图所示。 此方波中不但有奇次谐波,还包含偶次谐波,偶次谐波的大小和相位分别反映了直流磁场的大小和方向,测出测量线圈中感应电势偶次谐波电压的幅值和相位,即可测得直流磁场的大小和方向。 2.磁通门磁强计 采用磁通门法实现的测量装置称为磁通门磁强计,它由 探头和测量电路两部分组成,磁通门磁强计的总体结构框图 如图所示。 磁通门磁强计的总体结构框图 五、霍尔效应法 1.原理 当把一块金属或半导 体薄片放在磁场中时,沿 垂直磁场方向通入流 I , 则在薄片另一方向的侧面 产生电动势 eH ,即霍尔 电动势,这种现象叫霍尔 效应 。霍尔电动势为 式中的RH为霍尔系数,它是一个与材料性质有关的常数;d 为霍尔元件厚度;K为霍尔元件形状系数,是一个与霍尔元件长度和宽有关的常数;I 为通过霍尔元件的电流;B 为外磁场的磁感应强度。 当保持不变时,可以通过测量霍尔电动势来测量磁场。 当被
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