软磁环磁滞回线测量中的定标.docx

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1、软磁环磁滞回线测量中的定标摘St介绍了磁滞回线测殳中的定标方法,与标样参数进行对比,分析了误差来源.给出了磁滞【可线测量原理,并对传统的测量电路进行J改进。随着虹信息产业的发展,与其箔切相关的软磁材料及其性能测量引起了人们的裔度重:视。软磁材料绝大多数都用作工作在动态磁化条件下的磁性器件，如法关电源变压器磁芯、回扫变压器磁芯、滤波器截芯等。磁性之显性能的好坏主要取决于作为导磁材料的破心的性能一。因此设计界迫切需要知道软磁材料在实际应用条件下的磔性能.而磁滞【耳线包含/体现磔材料性能的参数,如矫顽力、剩磁等,有了这些参数才能进行最佳的设计。由于交流磁滞回线的形状受多种因素的影响,定量测量交流磁参

2、量涉及到豆杂的原理和计算,所以测量结果存在定的误差。本文将着重叙述获取参数的原理和方法,并作出误差分析。图1磁滞I可线测量原理1费上原理测量动态回线的方法很多,经常使用的有正遗逑法、铁磁仪法和采样法等这里介绍东波洛法。此方法就是利用般阴极射线示波器直接显示交流回线，由丁简单可靠,在工业测盘中有若广泛的应用。这些方法的测员原理都是相同的,具体如图】所示。图1同Ni和M分别为样品的磁化线圈和测量线圈的匝数;用为串入样品初级线圈回路的小电阻;e?为样品测量线圈上的感应电压;u,1为小电阻R上因磁化业遁通过而产生的电压。感应电压穴与磁感应强度B的关系为：式U)中,S为标准磁环的面积。在图I中，电压降U

3、e与磁场强度H的关系可用下式表示:式(2)中，1为平均疏路长度,对于环行样品,I_!为蹂环的平均直径。线路里R,C和运放构成了RY积分器，当R、C取值适当，即口时，可得积分器的输出值为：因为电路为反相积分器,所以为了反映正相的B,在积分器前加了反相器，由式(2)、可以看出，电压u,和u,分别正比FH和B.这样就会在示波器屏幕上显示出B=NH)回线。磁滞回线测量的原理如上所述,而实验中得到的曲线存在两大不足:一是回线不清她,B曲线和H曲线均有失真,原因是反相器和积分概不理想，如漂移、自激等都会影响曲线的质信:二是由丁信号发生器输出信号功率小.激励电流小，小磔环很难达到饱和，几乎得不到高扬磁滞回线

4、.为此需进行以下改进得到高频磁滞回线。图2改进后的测量电路2测量电路的改进图2为改进后的测量电路,采用TDA2006功率放大器作功率输出级,从而得到高频输入信号,增大激励电流,使磁环达到饱和。TD2006的特点是通频带宽、高频特性好、噪声小、失真系数小。片内设网了各种保护电路,对电流浪涌、过压和负载短路等异常情况都有较强的适应性,应用方便，可以获得大的不失真功率。达到的性能指标如下：(1)频率响应范围50HZ100kHz,3dB(2)闭环增益:30dB;开环增益:75(IB(3)谐波失真(IkHZ时)：0.1M8W8)最大输出功率：12W(4Q)(5)一大输出电流:2.5A此外，由测量原理图(

5、图1)可以看出，加入/反相器,反相器不会是完全理想化的,其比例也不会很精确,这样会引起测量上的误差,为此把积分器改为同相枳分器。其中,R的用途是提供直流反馈,使失调电压不连续对C充电,否则会导致也遥处于极限状态:Re是相位身后补偿电路,以消除自激振荡,并改善高领时的负我特性,这一点也非常重要.由集成运算放大器内部是由多级放大器组成的,每级放大器的输出及后级放大器的输入都存在输入、输出阻抗及分布Ii1.安,级间会产生R-C移相网络,这样信号通过每一级后就产生了附加相位。在电路调试初期,没有这个相位补偿电路,B信号为一条粗带,得到的磁滞回线非常模糊。C是隔直电容,可以滤除直流分量。另外，由于测试频

6、率范用较宽，为了适应高、低频信号的需要,可以对积分电容C分档以适应各档频率的积分时间.图3f=60kHx.的B-H回线3定标计算改进后的电路测量的礴滞回线如图3所示。该图形是由数蚂相机在示波器上拍摄下来的“示波器上显示的仅仅是测氏电流和电压的相位关系，如要得到BH的关系曲线和具体的性能参数,还要进行定标转换.结合实际测量电路，I1.公式(2)、(3)得出最大磁场强度R和最大磁感应强度氏的计算公式:为：当激励频率f=60kHz时,从示波器上读出初级输入电压最大幅值J,7.65V,次级电压1.1.hO.95V,N=N?=5(分别为小磁环初、次级线圈匝数)，小磁环内径D=6.18mm,外径D10.3

7、11m,高h=5.10mm,经计算横截面积S=I.050610%；平均直径D=8.24mm,积分电阻R=IkQ,积分电容C=O.022UF,取样电阻R2=4.3经计算,I1.=76.37AmIk=396.72mT。然后按照示波器荧光屏上剩磁R和矫顽力I1.相对B.和H.的比例,可以算出它们的具体数值:He=1.65/811.=15.675Am,BR.8/4.9B.=145.73T,4结果的比较及误差分析经定标计算得到MnZn铁氧体磁环的重要参数剩磁B,和矫顽力II.将测地的结果与使用日本岩崎迪蜜有限公司生产的SY8232交潦B-H分析仪所得的测量结果进行比较。该测忒是委托信息产业部磁性产品质量

8、监督检验中心完成的。SY-8232的测试结果为:B,=147.45mT,H=16.078mo误差分别为:。hr=(147.45-145.73)/117.15-1.2%,OX(16.078-15.675)/15.675=2.5%.示波器法测量磁滞回线参数的误差一般小于7卡，该测试结果的误差在这个能围之内。为了进一步提高测量的精度，改善测量系统的性能,有必要分析一下可能引起测量误差的各种因素。对于木测限电路来说主要有以卜.几点：(1)样品形状参数的影响样品的形状,尺寸也会对动态磁参数有所影响7,本文采用的是环行样品。平均磁路1=2“(D&+D*)/2,环中的平均磁场强度为：(2)积分器的影响积分器

9、是用运算放大器实现的,理想化的集成运放应具有无限大的差模输入阻抗、趋于零的输出阻抗、无限大的共模抑制比、无限大的频带宽度以及趋于零的失调和漂移闻.实际上集成运放不可能具有上述理想特性.另外,积分电阻和电容也不是纯电阻和电容,有一定的分布参数,一般表达式为：R=Ro(HjQT)(7)C=G(1.-jtg1.外S还应选取T很低的电阻和1*3趋于零的枳分电容。(3)磁心线圈及取样电阻的影响本文中激励信号为正弦波,若磁心线圈是线性元件,则根据欧姆定律可知,通过磁心线圈的激励电流也是正弦的.但是,实际的磁心线图是非线性元件,所以磁化电流和电压必为畸变的波形。较多的初次级线圈匝数也会使回线变形,原因是线圈多了，匝间分布的电容加大,通过分布电容的位移电流加大,当然会使回线变形。另外,H路信号的电压是从取样电阻上获得的,为了保证B为正弦波,取样电阻阻值要低.且有很大的功率,并要求它是无感的。实际的电阻不是理想的,其分布电容和电感使H信号随着频率的升嬴而失真。本文采用的是IOW的线绕电阻,若采用金屈膜电阻,可减小误差。此外,环境条件也对测试结果有一定的影响。测状中应保持温度恒定,还要远离电磁场。