静态磁特性参数的测量研究
2020-06-28
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第18卷 第5期 V01.18 No.5 电子设计工程 Electronic Design Engi 2010年5月 May.2010 静态磁特性参数的测量研究 杜永苹’.李锋 (1.西安航空技术高等专科学校电气工程系,陕西西安710077;2.英飞凌科技西安有限公司陕西西安710075) 摘要:在原有冲击检流计测量静态磁参数的基础上进行了研究,设计了数字式静态磁性参数测量系统。该系统采用单 片机和电子技术实现硬件测量电路和软件系统设计,由模拟信号转换为数字信号,并通过数码管显示。实验表明,该 测量系统能够测量磁性材料的磁参数,与模拟式冲击检流计相比,精度和分辨率可达l%和0.000 1,不仅满足磁性材 料质量检测,而还可应用于实验教学。 关键词:磁化曲线;数字式冲击检流计;单片机 中图分类号:TM930.1 文献标识码:A 文章编号:1674—6236(2010)05—0120--02 Research of static magnetic parameters measurement DU Yong-ping’,LI Feng2 (1.Electricd Engineering,Xi"an Aviatmn Technical College,Xi’an 710077,China; 2.1nifeonn Technologies Xi’tllt Co,Lfd.,Xi’锄710075,Chia)n ・Abstract:The static magnetic measurement system based on the traditional impact galvanometer is designed.The system hardware circuit and software design Was used the analog impact galvanometer,microcomputer technology and electronic technology.The design can change the analogy signal into digital signal,and display into digitl tube.The taest results show that the system can successfully achieve the measurement of the static magnetic parameters.Compared with the analogue impact galvanometer,its accuracy and resolution is up to 1%and O.0001.The system not only meet the quality testing of magnetic materials,but also can be applied to education. Key words:magnetization eur e:digital impact galvanometer;single-chip computer 磁性材料的种类繁多、性能各异,磁性材料的磁特性测量 成为相关领域面临的重要问题之一。软磁材料的静态磁特性测 量方法主要有冲击法、矫顽力计法等;虽然冲击法简单。但测试 速度慢;随着电子技术和单片机技术的不断发展,使得数据采 集、自动化测试技术飞速发展。本文根据传统冲击法测量的基 本原理,利用单片机技术,设计了软磁材料磁性测量系统,实现 了对软磁材料磁性的测量,其测量简单,提高了测量精度。 试样^ 1基本测量原理 冲击法是测量静态磁特性参数的一个重要方法,其基本 原理如图l所示。它包括试样A为环形样品、磁化电路、测量 电路和常数校准电路4部分。磁化电路由磁化线圈Ⅳ 及电 阻Rl、R2、电源 和开关S.、S2、S3(S ,S:为换向开关)组成。测 图1 冲击法攫9量静态磁特性的原理幽 调节Rl、R:,建立起比较小的磁场H。,然后利用开关S2, 将磁化电流改变若干次(6—8次)进行磁锻炼,再进行测量。测 量时将电流的方向急剧地改变.同时读取检流计的第一次最 大偏转角 。,便可测定相应的磁通改变量,即 △ (1) 量电路,包括测量线圈Ⅳ2、冲击检流计G、限流电阻R 和保 护开关s4等。常数校准电路包括标准互感器M、冲击检流计 G以及电源电路Ⅲ。 当样品的宽度比环的半径小得多(为击~ 1),那么可认 为环内的磁通分布是均匀的。便可求得磁感应强度的改变 址 (2) 传统的冲击法测量中,须利用标准互感器测定冲击常数 ,对磁性材料进行退磁,退磁采用直流换向退磁,反复改变 电流方向,同时,使电流逐渐减小,直到为零。 收稿El期:2009—11-10 稿件编号:200911027 式中, 为冲击常数,它由标准互感器预先测定, 为测量线 作者简介:杜永苹(198o_-),女,青海乐都人,助教。研究方向:测试计量技术。 一l20— 杜永苹,等圈匝数,S为试样截面面积。 静态磁特性参数的测量研究 则通过式(8)~式(10)得 R---.M /o一 环形样品的磁场强度的平均值可以根据安培表的读数获得。 ^,r (11) = U (3) 在测量过程中保持不变。 为标准互感器的互感常 式中,D为环形试样平均直径Dl。 实验中,冲击检流计的指针发生偏转是要求必须及时、 数,,0为标准互感器工作电流。所以将式(11)代入式(7)得磁 感应强度 为 准确的读取数据,但指针式仪表在读数时会产生视觉误差, B= MIoQ= (12) 因此提出将冲击检流计数字化,消除读数误差。并且自动保 持数据显示直到下次测量数据到来。此方法简便、快速、准 式(12)为改进后的公式,可以看出数字式冲击检流计测 确。因此,利用单片机技术,对冲击检流计进行数字化改进。 量中。不需测量冲击常数。 2数字式冲击检流计测量基本原理 3测量结果及数据分析 改进后的数字式冲击检流计无法测出冲击常数.为避开 3.1测量结果 测定冲击常数这一项,对测量方法进行改进。图2为数字式 经过测试,其测量结果可以看出,当励磁流电流逐渐增大, 冲击检流计测量原理图。 开关的状态由闭合到断开,测得电荷量值的变化。例如:当励磁电 试样^ 流为4mA时。开关由闭合到断开过程中,所测得的电荷量从一 21.4 nC变化为21.9 nC;而当励磁电流为100 mA时,开关由闭合 Ⅳ 到断开过程中。所测得的电荷量从410 nC变化为413A nC。 3.2数据处理 专 刻 冲击检流计的内阻、环行样品的电阻及标准互感器次级 线圈的电阻等也可通过万用表测得其总电阻值为6.7 kll。环 形样品磁感应强度 = 2"nR,磁场强度日=丽Ntl。其中,kt= 图2数字式冲击检流计测量原理图 3.98为环行样品的磁导率,R=8 mm为环行样品的平均半径。 图2中,标准互感器的互感系数为0.1 H,环行形样品ⅣI 的匝数为120匝・,Ⅳ2为40匝;S2闭合,开关S。接通环形样品 利用测量公式 器=罟 可求得ⅣI通过不同的 激励电流时所产生的磁感应强度。以 为横坐标、 为纵坐 时,若J7、r。通过的电流强度为,,则在线圈Ⅳ2产生感应电动 标可画出磁化曲线161。如图3所示。 势,此信号送入数字式冲击检流计进行数据处理 ,并且将检 流计所迁移的电量送人显示电路显示,就可求出磁感应强度 。理论推导如下: e=粤 (4) i=eR= (5) Q 一 一 c6 则通过式(4)~式(6),得到 一 (7) 图3磁化曲线 式中, 为副边匝数,.s为样品有效截面积,R电阻包括冲击 通过磁化曲线可以得出磁场强度从0增加,样品的磁感 检流计的内阻、环行样品的电阻及标准互感器次级线圈的电 应强度随之从0增加,每个日值的磁化下都对应了一个 阻屁的测量可通过万用表测得或利用公式计算。 值。并且当励磁电流达到500 mA时,磁感应强度几乎不变, 若断开环行样品,S。接标准互感器,使互感器的初级线圈 可认为样品材料内部的磁场达到了饱和值。 通过电流,.则产生的感应电动势为 e=誓 (8)4结论 通过实验可知,利用数字式冲击检流计测静态磁特性操 d ̄=Md/,,-睾 (9) 作方便、读数省事,并且测得的数据可以停留在显示屏上一段 时间,在实验操作过程中减少了人为因素,测量精度较高。 一 f101 (下转第124页) 一12l一 《电子设计工程)2010年第5期 测结果表明LOG100有较强的噪声抑制能力.在弱光检测中 【5】TI/BURR-BROWN公司.LOG100资料[EB/OL].(2000-09- 27)[2OO9—12—011.http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/log1O0. pdL 可作为前置放大电路。但当输入信号逐渐减弱时,噪声抑制 能力也较弱.不适宜使用在微弱光信号检测中。 参考文献: 【6】TI/BURR—BROWN公司.LOG101 Datasheel[EB/OL].(2OO4-O6- 10)[2009-12-011.http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/logl01.pdf. 【7】13/BURR-BROWN公司.LOG14 0DatasheellEB/OLl(2005-04- 04)[2009-12--01].http'.//focus.ti.com/lil/ds/symhnk/log104.pdf. 【1】罗鹏,丁亚生.对数放大器的原理与应用(上)【J】.电子产品 世界,2005(04A):l27—128. 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