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GBT 29628-2013 永磁（硬磁）脉冲测量方法指南PDF文本

ICS29.100.01K14GB中华人民共和国国家标准GB/T29628-2013永磁（硬磁）脉冲测量方法指南Guides for methods of measurement of the magnetic properties of permanent(magnetically hard)materials by pulsed field magnetometry典可系?网UZ.U∠SU.NEI(IEC TR 62331:2005,Pulsed field magnetometry,NEQ)2013-07-19发布2013-12-02实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布莲蜀泰衬网Z.Z
GB/T29628-2013目次前言…⑨引言…W范围………2规范性引用文件3术语和定义14测量原理…15试样尺寸26基本构成27温度的影响…88校准…9复现性………………………1010试验报告…10附录A(资料性附录)测量比对…11参考文献…亮是索网…心忆2…12莲罚素村网Z心ET
GB/T29628-2013前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准使用重新起草法参考IEC TR62331:2005《脉冲磁场磁性测量方法》编制，本标准与IEC TR62331:2005的一致性程度为非等效。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由全国电工合金标准化技术委员会(SAC/TC228)归。本标准主要起草单位：中国计量科学研究院、桂林电器科学研究院、中国计量学院、天津三环乐喜新材料有限公司、宁波金鸡钕铁硼强磁材料有限公司、宁波科田磁业有限公司、宁波盛事达磁业有限公司。本标准主要起草人：贺、舒康颖、谢永忠、林安利、刘伍利、胡元虎、王育平、范雯、郑志受、王占国、王学林。碘尚運蜀素村网Z.Z沁.ET
GB/T29628-2013引言GB/T3217《永磁（硬磁）材料磁性试验方法》推荐使用电磁铁作为闭磁路磁化装置，议电磁铁的极头采用饱和磁极化强度高、磁导率高的软磁材料制造，并且要求测量过程中极头中的磁通密度应比其饱和磁通密度低得多。然而即使使用目前比较好的铁钴合金制造极头，其饱和磁极化强度也只能达到2.45T,即最大磁场只能达到1950kA/m,而很多稀土永磁体的内禀矫顽力(Hg)大于2000kA/m,因而在测量过程中电磁铁的极头会达到过饱和状态，使得测量结果存在较大的误差甚至测量根本无法进行，对于这类材料应采用能够产生更高磁场强度的测量方法。具备超导磁化装置的振动样品磁强计可以产生(6400~8000)kA/m的准静态磁场，但由于技术复杂、购置和维护成本很高，同时要求使用液氢降温的低温环境，限制了这种方法的应用范围。采用常规导电材料制成的脉冲磁场发生装置，通过限制脉冲宽度可使线圈产生的热效应降低到可以接受的水平，从而获得高强磁场。使用脉冲磁场获得(16000~24000)kA/m高磁场的成本，远远低于超导磁化装置获得4000kA/m磁场所需的费用，因此可以以较低成本满足现有所有类型永磁材料的测量。由于脉冲磁场会引起动态效应，在应用永磁脉冲测量方法时必须充分考虑样品内部涡流带来的影响，永磁脉冲测量仪的设计和制造相对较为复杂，但其技术与其他测量方法相比有许多优点，尤其是解决了GB/T32方法对于内寒所顽方高手200gkA/m的稀土水磁体无法准确测量的问题。通过出版本标准，将会有更多技术工作者采用该方法，这也许是其成为国际标准的第一步。N蜀素衬网Z.ZS心
GB/T29628-2013永磁（硬磁）脉冲测量方法指南1范围本标准规定了用永磁脉冲测量仪测量永磁（硬磁）材料磁性能的方法。本标准适用于稀土钴、稀土铁硼等内察矫顽力较高的永磁材料的磁性能测量。本标准规定的方法是一种开磁路测量方法，永磁材料磁性能在闭合磁路下的测量方法在GB/T3217中规定。本标准和GB/T3217两种方法对同一测试对象的测量曲线比对参见附录A。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2900.60电工术语电磁学[IEC60050(121)]GB/T3217永磁（硬磁）材料磁性试验方法(IEC60404-5)GB/T9637电工术语磁性材料与元件[1EC60050(221)]IEC60050(151)国际电工术语第l51部分：电磁器件(International electrotechnical vocabulary-Part151:Eleerieal3术语和定义GB/T2900.60、GB/T3217、GB/T9637和IEC60050(151)界定的术语和定义适用于本文件。4测量原理永磁脉冲测量方法的基本原理是利用磁场发生器产生的强脉冲磁场磁化待测试样，记录并处理磁场强度和试样磁化状态，从而获得磁滞回线。测量原理参见图1。半导体控制电路测试线英拟积分器数据处磁化螺线管理软件卡电容器组试样注：实际仪器中试样处于测试线圈内，测试线圈位于磁化螺线管内。图1永磁脉冲测殿方法的基本原理图1中，磁场由电容器组、半导体控制电路、磁化螺线管等组成的脉冲磁场发生电路产生。测量过程中，试样处于测试线圈内，测试线圈位于磁化螺线管内，被测试样在脉冲磁场的作用下被磁化。测试线圈分为磁极化强度测试线圈（丁线圈）和磁场强度测试线圈(H线圈)，分别感应试样的磁极化强度和1蜀Z.Z沁
GB/T29628-2013试样所处磁场强度。线圈的输出电压是磁通量中对时间的微分。两测试线圈的输出电压经积分、模数转化过程后分别得到磁极化强度和磁场强度信号，将这两个过程称为“丁”通道和“H”通道。两通道信号组合，即获得J(H)磁滞回线。由于测量过程是在开磁路下进行，应对测得的磁滞回线作自退磁效应修正；同时，对于导电性试样，在脉冲磁场的作用下，磁体内部会产生涡流，涡流效应影响永磁体的测量，因此还应对测量结果作涡流效应修正处理，才可得到等同于静态、闭磁路下的内禀J(H)磁滞回线。5试样尺寸本标准中所有结果是基于尺寸范围在最大直径30mm、最大长度25mm到最小直径5mm、最小长度5mm的圆柱形试样得出的。但试样在开磁路中测量，所以对试样的尺寸并没有直接限制，若涡流效应能得到补偿、测试仪器的设计满足磁场均匀区等要求，则大小试样均可测量。6基本构成6.1测试的软、硬件条件永磁脉冲测量方法应具备以下软、硬件条件：—磁场发生器；包括：电容放电电源；—影意装a话一数据采集和数字化设备：包括：·积分器；·数字化设备。一具备以下功能的数据处理软件：“零信号”处理：。J(H)磁滞回线的定位；自退磁修正；低通滤波；·涡流修正。6.2磁场发生器6.2.1概述施加给试样的磁场由磁场发生器提供。该发生器由电源和磁化螺线管组成。电源为螺线管提供磁化电流，从而产生磁场。6.2.2电容放电电源6.2.2.1电容放电电源通常为一个能提供电压400V~10000V(典型范围：1000V~3000V)、电流1000A40000A(典型范围：5000A~20000A)的电容放电电源，具有正负极性.电容放电是利用一段相对较长的时间对电容器充电使电能积累，而在极短的时间内从低阻抗源放出高电流的过程。2筑素村网Z.
GB/T29628一2013电容储存能量为：E-7@…(1)式中：E—能量，单位为焦耳（丁）；C一电容，单位为法拉(F):U。一一电容器电压，单位为伏特(V)。为降低仪器制造成本，应以最小的电容能量达到所要求的磁场性能。电容放电系统的电容和能量应与磁化螺线管相匹配，以获得所期望的磁场峰值、磁场空间、磁场均匀性、脉冲宽度等。仪器能达到的最大磁场强度与电流密度成正比，比例因子取决于磁化螺线管的几何形状。电容放电推荐以正弦波（衰诚）方式进行，电路示意图见图2。第J图2正弦波（衰减）电路示意图螺线管电流I(t)决定磁场强度：Ie)）=.e产sino…(2）其中角频率：1」Rw=√元-4阻尼系数：=是………(4)式中：R—放电回路电阻，单位为欧姆()；L一一放电回路电感，单位为亨利(H)。由于电流在磁化螺线管中存在阻抗损失，阻尼系数P决定了电流反向时磁化螺线管能够产生的场强减少量。为了获得足够的反向磁场，应将正向磁场提升到足够高的水平。正弦波方式具有正负磁场转换连续、避免间断的优点，这一点对于需要涡流修正的导电磁体的测量而言非常重要。6.2.2.2电容充电电压的重复性在能量足以使试样磁化饱和的条件下，电容充电电压的重复性相对并不重要。唯一对电压重复性敏感的是“零信号”的修正（见6.5.2）。士1%的电压重复性较容易实现，达到该水平就不会对“零信号”的修正带来影响。一般情况下，电压重复性能够达到士0.1%。3蜀素衬网Z.Z沁
GB/T29628一20136.2.3磁化螺线管6.2.3.1磁场强度峰值磁化螺线管的阻抗能够影响磁场强度的大小。磁化螺线管产生的磁场强度峰值应使试样在正反两个方向达到磁化饱和，并应有+10%余量。所需的磁场强度取决于试样的材料、取向和自退磁因子。6.2.3.2尺寸磁化螺线管应有一定的容积，以便能载人试样和测试线圈系统。6.2.3.3磁场均匀性在整个试样所在区域内磁场均匀度应在士1%之内。6.2.3.4磁场频率磁场对时间变化率dH/:应尽可能低，以避免导电性样品产生较大涡流，同时便于涡流效应的修正。6.3磁极化强度和磁场强度测试线圈6.3.1概述永磁脉冲测量方法使用测试线圈感应试样的磁极化强度和试样所处磁场强度的值。测试线圈包括：典可系网∠SU.NE一磁极化强度测试线圈(J线圈)；磁场强度测试线圈(H线圈)。6.3.2J线圈线圈由测试线圈和补偿线圈串联反接构成。测试线圈和补偿线圈有相等的安匝数，而与试样的耦合程度不同，因而测得的是试样的磁极化强度而不包含磁场信号。图3所示J线圈模型称为“同轴J线圈”，补偿线圈在外层，截面积较大，其匝数相应地较少，测试线圈置于补偿线圈之内，补偿线圈与测试线圈串联反接。试样置于测试线圈之内并与之强烈耦合，其感应电压与试样磁极化强度对时间的微分成正比。实际测量中，J线圈感应到的磁通信号除主要来自于试样的磁极化强度，同时还包括“零信号”和涡流等因素产生的信号。注：两个线圈的安匝数不会绝对相等，须对其进行适当修正。修正的方法可采用机械调整或电路补偿，但无论如何，不能损害测量过程中测试线圈输出信号的完整性。基于上述原理，对J线圈在几何外形上作改进或者采用其他形状的J线圈是可行的。理想状况下，J线圈信号在样品允许放置的空间内应一致性良好，即当被测试样材质均匀时，J线圈输出信号应严格与试样体积成正比。上述要求的目的是使所测得的磁极化强度信号不受试样的形状和位置影响。一般情况下，J线圈的均匀性应优于士1%。6.3.3H线圈H线圈可由一个或多个线圈构成，线圈与试样所处的磁场强度耦合，但不能受到试样磁通的影响。H线圈应置于J线圈所处同一结构上。罚Z.Z沁
GB/T29628-2013图3J线圈模型6.4数据采集和数字化设备6.4.1概述测试线圈的输出信号与感应磁通对时间的微分成正比。H线圈的输出电压Un oc dHde…(5)J线圈的输出电压：出4…(6）为了得到J和H信号，应将上述电压作积分处理。6.4.2模拟积分和模数转化从测试线圈输出的信号首先输入模拟积分器积分。模拟积分器有非常宽的动态输人范围，非常适合在很宽的磁场强度范围处理试样磁极化强度对时间的微分信号。积分器的输出信号再送至模数转换器(ADC)进行模数转化.6.4.3模数转换速率模数转换应有足够高的速率以便在最小的数据密度区域即试样的内禀矫顽力附近获得足够的数据点。该区域，即当d/dt最大时，所要求的转换速率取决于外加磁场的dH/dt值以及试样的自身磁特性。磁化场为正弦波（周期50ms)时，推荐的磁场强度采样速率为2×105次/s,分辨率应至少为12位。6.5数据处理6.5.1概述H线圈和J线圈的输出信号分别经积分和模数转化后，成为测量结果的原始数据。这些数据还需经过去除“零信号”、磁滞回线的居中定位、自退磁效应的修正、降噪滤波等数据处理过程，成为测量结果。5莲筑素衬阀Z.ZC.ET
GB/T29628-2013经过上述处理的J信号标绘同步的H信号，可获得J(H)磁滞回线，B(H)磁滞回线可通过J(H)磁滞回线转换获得。对于导电性永磁试样测量结果，需对涡流产生的影响加以修正。6.5.2“零信号”在不载人试样的情况下进行一次永磁脉冲测量，此时系统获得的表观磁极化强度信号，一殷称为“零信号”。对于一个精确设计和制作的测试系统，该信号与试样产生的信号相比应较小并具有很好的重复性。“零信号”是由磁化螺线管导电材料内的涡流和磁化场区域内的其他因素造成的。在不同的磁场强度下，该信号的幅值和波形都会不同。在样品测量前，应预先测量相同磁场条件下无样品时的“零信号”，样品测量结果扣除此“零信号”后方可进人下一步数据处理。如果“零信号”占整个测量信号的1%，两次测量“零信号”的变化为10%，则“零信号”造成的磁极化强度J测量误差约为0.1%。6.5.3J(H)磁滞回线的定位虽然外加磁场是从零开始增加，最后回到零，但试样的初始磁极化强度是未知的（初始磁极化强度信号与试样的磁化状态有关)，因此需对回线作定位处理。确保试样在正反向均达到磁化饱和，则正、负剩余磁极化强度值之间的中点可认为J=0。65,4自逸磁维永磁脉冲测量方法采用开磁路测量。为了获得试样的内察磁特性，应采用自退磁因子对测试结果修正。这也是所有开磁路测量方法共同面对的问题。自退磁因子取决于试样的几何尺寸及其材料的磁导率。通过采用适当的自退磁因子对原始数据进行修正，可获得等效于闭路测量的J(H)回线。为了减少自退磁修正带来的误差和得到良好的测量复现性，可限制试样为圆柱、方块、圆球等具有明确自退磁因子依据的形状。圆柱、方块试样的自退磁因子值表可从参考文献[1]、[2]获得。任何采用永磁脉冲测量技术测量的试验结果应声明是否进行了自退磁修正，并告知自退磁修正所采用的自退磁因子。6.5.5滤波为降低系统噪声的影响，一般应对信号进行滤波处理，特别是测量小尺寸试样时。滤波器可以是模拟的、实时（电子）滤波器或数字（软件）低通滤波器。滤波器不应产生相移，并有适当的截止颜率。截止频率不能太低，以免使测量显著失真。所有带低通滤波器的测量系统应可在无滤波器下操作，滤波器的截止频率应可调。6.5.6涡流6.5.6.1概述导电性永磁材料在脉冲磁场的作用下会产生祸流。这些涡流反过来会产生磁场，进而影响测量过程和结果。对于给定的导电性试样，在磁场波形和幅值确定的情况下，涡流随着磁场频率的增加而增加。涡流效应对测量过程的影响可分为表1所列的4个等级。6筑素衬网Z.ZS心
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