恒奧德儀解析磁導(dǎo)率儀公式方法原理
磁導(dǎo)率是個物理名詞，表示磁介質(zhì)磁性的物理量。
簡介
磁導(dǎo)率μ等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的微分與磁場強(qiáng)度H的微分之比，即μ=dB / dH
通常使用的是磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率μr，其定義為磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0之比，即μr=μ/μ0
相對磁導(dǎo)率μr與磁化率χ的關(guān)系是:μr=1+χ
磁導(dǎo)率μ，相對磁導(dǎo)率μr和磁化率χ都是描述磁介質(zhì)磁性的物理量。
對于順磁質(zhì)μr>1;對于抗磁質(zhì)μr<1，但兩者的μr都與1相差無幾 。在大多數(shù)情況下,導(dǎo)體的相對磁導(dǎo)率等于1.在鐵磁質(zhì)中，B與 H 的關(guān)系是非線性的磁滯回線，μr不是常量，與H有關(guān)，其數(shù)值遠(yuǎn)大于1。
例如，如果空氣(非磁性材料)的相對磁導(dǎo)率是1，則鐵氧體的相對磁導(dǎo)率為10，000，即當(dāng)時，以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍。鑄鐵為200~400;硅鋼片為7000~10000;鎳鋅鐵氧體為10~1000。
公式
磁場的能量密度=B^2/2μ
在際單位制(SI)中，相對磁導(dǎo)率μr是無量綱的純數(shù)，磁導(dǎo)率μ的單位是亨利/米(H/m)。
常用的真空磁導(dǎo)率
能
磁導(dǎo)率的測量是間接測量，測出磁心上繞組線圈的電感量，再用公式計算出磁芯材料的磁導(dǎo)率。所以，磁導(dǎo)率的測試儀器就是電感測試儀。在此強(qiáng)調(diào)出，有些簡易的電感測試儀器，測試頻率不能調(diào)，而且測試電壓也不能調(diào)。例如某些電橋，測試頻率為100Hz或1kHz，測試電壓為0.3V，給出的這個0.3V并不是電感線圈兩端的電壓，而是信號發(fā)生器產(chǎn)生的電壓。至于被測線圈兩端的電壓是個未知數(shù)。如果用檔的儀器測量電感，例如 Agilent 4284A *LCR測試儀，不但測試頻率可調(diào)，而且被測電感線圈兩端的電壓及磁化電流都是可調(diào)的。了解測試儀器的這些能，對磁導(dǎo)率的正確測量是大有幫助的。
方法原理
說起磁導(dǎo)率μ的測量，似乎非常簡單，在材料樣環(huán)上隨便繞幾匝線圈，測其電感，找個公式算就了。其實不然，對同只樣環(huán)，用不同儀器，繞不同匝數(shù)，加不同電壓或者用不同頻率都可能測出差別甚遠(yuǎn)的磁導(dǎo)率來。成測試結(jié)果差別大的原因，并非每個測試人員都有精力搞得清楚。本文主要討論測試匝數(shù)及計算公式不同對磁導(dǎo)率測量的影響。
2.1 計算公式的影響
大家知道，測量磁導(dǎo)率μ的方法般是在樣環(huán)上繞N匝線圈測其電感L，因為可推得L的表達(dá)式為:
L=μ0 μN(yùn)^2A/l (1)
所以，由(1)式導(dǎo)出磁導(dǎo)率 的計算公式為:
μ=Ll/μ0N^2A (2)
式中:l為磁心的磁路長度，A為磁心的橫截面積。
對于具有矩形截面的環(huán)型磁芯，如果把它的平均磁路長度l=π(D+d)/2就當(dāng)作磁心的磁路長度l，把截面積A=h(D-d)/2，μ0=4π×10-7都代入(2)式得:
μ=L(D+d)*10/4Nh(D-d) (3)
式中，D為環(huán)的外直徑，d為內(nèi)徑，h為環(huán)的度，如圖2所示。把環(huán)的內(nèi)徑d=D-2a代入(3)式得:
μ=L(D-a)*10/4Nha (4)
式中:a為環(huán)的壁厚。
對于內(nèi)徑較小的環(huán)型磁心，內(nèi)徑不如壁厚容易測量，所以用(4)式方便。(4)式與(3)式是等效的，它們的由來是把環(huán)的平均磁路長度當(dāng)成了磁心的磁路長度。用它們計算出來的磁導(dǎo)率稱為材料的環(huán)磁導(dǎo)率。有人說用環(huán)型樣品測量出來的磁導(dǎo)率就叫環(huán)磁導(dǎo)率，這種說法是不正確的。實際上，環(huán)磁導(dǎo)率比材料的真實磁導(dǎo)率要偏些，且樣環(huán)的壁越厚，誤差越大。
對于樣環(huán)來說，在相同安匝數(shù)磁動勢激勵下，磁化場在徑向方向上是不均勻的。越靠近環(huán)壁的外側(cè)面，磁場就越弱。在樣環(huán)各處磁導(dǎo)率μ不變的條件下，越靠近環(huán)壁的外側(cè)，環(huán)的磁通密度B就越低。為了消除這種不均勻磁化對測量的影響，我們把樣環(huán)看成是由無窮多個半徑為r，壁厚無限薄為dr的薄壁環(huán)組成。根據(jù)(1)式，可寫出每個薄壁環(huán)產(chǎn)生的電感dL為:
(5)
由(5)式對r從內(nèi)半徑r1到外半徑r2積分，既得到整個樣環(huán)產(chǎn)生的電感L:
(6)
由(6)式導(dǎo)出計算磁導(dǎo)率的公式為:
(7)
為了便于實際應(yīng)用，可把(7)式化為;
(8)
上式中:D為樣環(huán)外徑，d為內(nèi)徑。把自然對數(shù)換為常用對數(shù)，(8)式被化為:
(9)
如果樣環(huán)是由同種材料組成，則用(7)、(8)或(9)式計算出來的磁導(dǎo)率就是其材料的真正磁導(dǎo)率μ。它比其環(huán)磁導(dǎo)率略低些。
2.2 測試線圈匝數(shù)N的影響
由于電感L與匝數(shù)N2成正比，按理說用(9)式計算出來的磁導(dǎo)率μ不應(yīng)該再與匝數(shù)N有關(guān)系，但實際上卻經(jīng)常有關(guān)系。
關(guān)于材料磁導(dǎo)率的測量，般使用的測試頻率都不，經(jīng)常在1kHz或10kHz的頻率測試。測試信號般都是使用正弦信號，因為頻率不，樣環(huán)繞組線圈阻抗的電阻分可忽略不計，把繞組線圈看作個純電感L接在測量儀器上。測試等效電路如圖所示，儀器信號源產(chǎn)生的電壓有效值為U，Ri為信號源的輸出阻抗。由圖3很容易寫出磁化電流的表達(dá)式:
