1、中华人民共和国国家标准钢材直流磁性能测量方法Solid steels-Methods of measurement of the d. c. magnetic properti田GB/T 1 301 2 - 9 1 本标准参照采用国际电工委员会IEC101-1-1982(整体制的直流磁特性的测量方法中的第E章用磁导计法测定磁特性和IEC401-7-1982 A3 ( 11 ) 式中2的线圈3的臣数p216 N，一一线圈4的匮数gA, 线圈4的有效截面积，m2;A，-线圈3的有效截面积，mEO线圈常数为:GB/T 13 0 1 2 - 9 1 K , = N , (A, - A,) ( 12 )
2、 式中:Kn 线圈常数。线圈常数的测量不确定度应在土0.5%以内。4. 3. 2 磁通计磁通计采用电子式积分器(也可以是具有相同不确定度的其他方式的积分器)。零点漂移，1O-Wb/min; 不确定度:士O.5%，F.S.4. 3. 3 电源应具有足够的功率使试样磁化到饱和，在整个输出范围连续可调。每分钟输出稳定性在士O.1 %以内。4.3.4 磁导计磁导计由磁辄、极头、磁化绕组构成，且满足:4.3.4.1 极头由矫顽力小于100A/m的材料组成。它与试样及磁辄的接触面应具有很好的光洁面以减少漏磁通的影响。4.3.4.2 极头间距在一定范围内连续可调，并且可以自由换取。4. 3. 4. 3 为减
3、少涡流效应的影响，磁辄最好用叠层的方法制作。4. 3. 4. 4 磁化线围绕组导线应具有一定的直径，以避免通电流时线圈过热。磁导计整体结构严紧，可与试样一起构成闭合磁路。4. 4 测量4. 4. 1 磁极化强度的测量穿过J线圈的磁通可由下式表示:币=(N, - N ,)A, .T . ( 13 ) 式中，A，-试样截面积，m2;J一磁极化强度，T。线圈内磁通的变化为z式中，f udt 积分器的输出，V So ( 14 ) 由(13)和(14)两式可得相应的磁极化强度为.T=fud川一11.72) As . ( 15 ) 4. 4. 2 磁场强度的测量穿过H线圈的磁通由下式给出: = N , (
4、A, - A,) H. H ( 16 ) GB/T 1 30 1 2 - 91 式中:Hu-外加磁化场强度，A/m。外加磁化场强度的改变量为z几二fudt/N, 山-A,) 的( 17 ) 4. 4. 3 正常磁化曲线的测量4.4.3.1 用交流50Hz的频率对试样进行退磁。4.4.3.2 将试样放入磁导汁中，使之构成个闭合磁路，同时将H线圈和J线圈套在试样上。将两线圈的输出端分别接到两个积分器的输入端。4. 4. 3. 3 调节磁场零点和两积分器零点，并使之处于积分态.调节磁场强度到某值此，改变磁场方向可得!:Ji 0 4. 4. 3. 4 重复4.4.3.3过程，直到得到一条完整的磁化曲线
5、。在测量过程中，磁场强度应从零开始单调上升，如果磁场强度减小，则试样要重新退磁。-4. 4. 4 磁滞困线的测量4.4.4. 在试样放入磁导计内的同时，将J线圈和H线圈套在试样上，试祥和磁导计构成闭合回路，线圆的输出端和积分器的输入端相连接。4. 4. 4. 2 将试样饱和磁化两周以上。调整磁场零点，调整两积分器零点，并使其处于积分态。4.4.4.3 施加一个周期的饱和磁化场，同时记录下两积分器的输出信号，从而得到j磁极化强度与磁场强度相关的磁滞罔线(J-H曲线)。磁化周期不宜过快.一般在1min左右。当试样内涡流效应对测量影响显著时，应采取措施，在磁通密度变化很陡的地方使磁场的变化尽可能地慢
6、。4.5 磁参数的确定4. 5. 1 剩磁的确定在f.J_H曲线上.当磁场强度为零时所对应的磁极化强度值为剩余磁极化强度(.1，)，在数值上等于剩磁(B，)。4. 5. 2 内禀矫顽力和矫顽力的确定在J-H曲线上，磁极化强度为零时所对应的磁场强度值为内禀娇顽力(lIj)。做磁极化强度等于负的磁常数与磁场强度乘积的曲线与J-H曲线的交点所对应的磁场强度值为矫顽力(H，)。4. 5. 3 饱和磁极化强度值和饱和磁通密度值的确定外加饱和磁场强度的最大值(H，)处所对应的磁极化强度值为饱和磁极化强度(.1，)，饱和磁通密度值由下式给出:式中:B.-饱和磁通密度值。4. 5. 4 矩形比的确定B. =o
7、 ll, + .1, 剩磁与饱和磁化强度的比为矩形比(8，), . ( 1 8 ) 8, = Br/B.( 1 9 ) 4. 5. 5 最大磁能积的确定退磁曲线上磁感应强度与磁场强度的乘积为磁能积，用(BH)表示(BH) (J +oH) H H .( 20 ) 21 GB/T 13012一91 式中的最大值为最大磁能积，用(BH)m表示。4. 5. 6 满度比的确定满度比()为最大磁能积与剩磁和矫顽力之积的比:y (BH】皿/B. H血. .( 21 ) 4. 5. 7 磁感应强度与磁场强度的相关曲线的确定利用关系式:B。H + J ( 22 ) 从巳测得的J_/曲线中算出磁感应强度(B)与磁
8、场强度(H)的相关曲线:B-H曲线。4.6 数据处理最终结果按四舍五入的原则化筒，保留数据的有效位数由测量结果的不确定度决定。4. 7 重复性试验设备的最终不确定度是一个依赖于测量仪器、测量条件、设备及其他一些特性的复杂函数。经验表明，重复性或测量误差的大小是可以预计的。这个误差取决于测量仪器的估计误差。当所用的测量仪器的估计误差小于+1%时，磁通密度或磁场强度的总测量误差，对于各种试验方法，一般预计小于或等于士2%。4. 8 试验报告试验报告一般应包括2a. 试样材料的类型和状态$b. 试样的形状和尺寸Fc 测量方法和装置，d 饱和磁场强度值1e 剩磁计算值$f 正常磁化曲线和饱和磁滞回线g
9、s 测量结果的不确定度，h. 环境温度。5 内禀矫顽力的测量5. 1 方法和原理、一个磁性物体，当它具有磁化强度时，将在空间产生一磁场。该磁场强度与磁化强度成正比。用磁通探测器可以探测到这一空间分布的场。当物体在空间产生的磁场强度为零时，可知磁化强度为零。此时测得的物体所在空间的磁场强度就是该物体的内禀娇顽力。其测量原理如图3所示。2 19 1 GB/T , 30 , 2 - 9 , 3 4 ., 图3内禀矫顽力的测量原理图j-螺线管，2-试样，3磁通探测器;4磁通门指零仪，5 电压表;6 电源首先将试样磁化到饱和，然后将其放入一个螺线管中，在试样磁化的反方向加磁化场。由于螺线管在其两端面对称
10、的中间附近产生的磁场主要是轴向分量，而试样产生的场有径向分量。因此，用磁通探测器测量空间的径向磁场强度，同时测量螺线管导线中的电流，就能实现开路F试样内禀矫顽力的测量。5. 2 试样5. 2. , 试样放在螺线管内，使其长轴与螺线管的轴相致。5. 2. 2 试样通常应具有细长形状，以使它的自退磁因子能够使试样饱和，并且形状效应不致产生显著的矫顽力误差。为了使测量残磁的试样有一定的通用性，推荐圆柱体试样的长径比为2; 1 0 5.3 测量装置5. 3. , 充磁装置充磁装置可以是矫顽力测量装置的螺线管、电磁铁或脉冲磁化线圈。要求充磁装置能使试样磁化到饱和。由于试样可能有较高的磁导率和电导率，对脉
11、冲场一般要求持续时间为220s. 当磁化强度增加50%，内禀矫顽力的增加小子1%时，则认为试样达到了饱和。5.3. 试样在开路下的充磁磁场强度应满足zH=。.K, lIo + J./2 . . .( 23 ) 式中:KI 比例系数，通常为510。5.3.2 试祥在闭路F的充磁磁场强度且应满足zH, = K2 HCJ . ( 21 ) 式中:K2 比例系数，通常为2050。5. 3. 2 螺线管螺线管中试样内部的磁场强度的变化应在土。.5%以内，螺线管常数校准在土0.5%以内。两端面对称处附近的磁场径向分量在整个测量过程中应对测量结果不产生附加影响。5. 3. 3 直流电源在整个输出范围内，电源
12、应连续可调。输出稳定性，每分钟应在+0.1%以内，避免对其他测量仪器?， GB!T 1 301 2 - 91 产生明显干扰囚5.3.4 磁通门指零仪磁通门指零仪应具有足够的灵敏度，因灵敏度引入的测量不确定度应在土0.5%以内。5. 3. 5 电流测量装置电流表准确度优子+O.5%.F.S，标准电阻准确度优于土O.5% ，电压表准确度优于土O.1 %. F-so 5. 4 测量5. 4. 1 用放在螺线管外面的双磁通门探头测量试样产生的垂直于螺线管轴向的磁场强度分量，用双探头可利用差分的方法补偿外部杂散磁场对磁通门探头的影响。用测量串联在磁化绕组上电阻两端的电压降的方法计算电流，也可以用电流表直
13、接测量电流。5.4.2 测量步骤5. 4. 2. 1 将试样放入充磁装置中磁化到饱和，然后将试样放在螺线管磁场均匀区内，试佯端头在磁通门探头附近。5. 4. 2. 2 在试样充磁的反方向上缓慢加一退磁场。该磁场强度不宜变化过快，以免使试样内部产生涡流效应影响测量结果。5.4.2.3 增加退磁场强度到磁通门指零仪指零时，记录下螺线管内流过的电流值。5. 5 内禀矫顽力的确定内禀娇顽力(H，)为z式中:K一一螺线管常数，11m;I一-电流，A，V一一电压，V;R电阻，比H, =K, I=K, V/R . . . ( 25 ) 为了克服空间杂散恒定磁场的影响，有时需要在正反两个方向上测量，并取两次测
14、量结果的平均值为内禀矫顽力值囚、5. 6 重复性重复性可能受到材料不均匀性和试样形状的影响。对于具有均匀的磁极化强度的材料，只要执行上述程序，贝tl其内禀娇顽力测量的重复性用标准偏差表示为:2%。5.7 试验报告试验报告一般应包括.8. 试样材料的类型和状态sb. 试样的形状和几何尺寸sc. 磁化到饱和的方法;d. 测量方法和使用装置:e. 内禀矫顽力的计算值和不确定度;t 环境温度。A1 电子积分器工作原理GB/T 1 301 2 - 9 1 附录A电子积分嚣工作原理补充件电子积分器又称电阻电容式积分器，即RC式积分器，其工作原理如图Al所示zC I e. -A_l_ R. e.也Ae .
15、i 图Al电子积分器工作原理图n探测线圈匣数;Rm积分器电阻内感应电动势;te放大器两端电压内积分器输出电压，C积分电容对积分电容充电电流;一穿过探测线圆的磁通设e，是穿过探测线圈内磁通变化引起的感应电动势，n为线圈匮数。根据法拉第电磁感应定律:巳=-n d币/dt. .oe.( Al ) 当放大器的增益和输入阻抗足够大时，可近似认为放大器两端电压C.e)为零，从而有2也=e./RUI . .( A2 ) 该电流川全部对电容(川充电，则有放大器的输出电压zB1 碰通积分嚣的校;佳方法 =- Q/c =-f町.( A3 ) =-n/RmC 附录B磁遮积分器的校准方法(补充件)校准磁通积分器通常有
16、两种方法E互感器法和电容放电法。用直感器法校准积分器的原理如图B1所示.222 E GB/T 1 301 2 - 91 M 租分器R 图81互感器法校准积分器原理图E-可变直流电压sM-互感革数，R一标准电阻FV 电阻两端电压;Vo权分器输出电压V. V 当豆感器初级回路电流发生i1l变化时，次级线圈将产生一相应的磁通变化最(立): i1 =也1.M =部M/R 式中:!lV-电阻两端电压的改变量囚( 81 ) 将积分器的读数值与磁通的变化量进行比较，就可以实现对磁通积分器的校准。标准互感器的准确度为士0.2%，标准电阻的准确度为士0.1%，电压表的准确度为+O.05%，F.So故此法校准的不确定度在士0.5%范围内。附加说明本标准由中华人民共和国冶金工业部提出回本标准由上海第五钢铁厂、东北工学院和中国计量科学研究院负责起草。本标准主要起草人刘荣华、刘庆国、高原、瞿清昌、汪家龙、吴德孚。223
