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磁通计(磁通测量)磁通计是测量磁通量的一种磁测量仪器。相对于特斯拉计测量一个点的磁感应强度B来说,磁通计测量的是一个面磁场强度的变化,即磁通Φ=BS,磁通计主要依据测量线圈和可动框架绕组构成的闭合回路中磁通Φ变化时,有感应电流通过框架绕组,促使框架产生一定偏度α,Φ和α成正比,磁通量(Wb)为:Φ=(cα/N)×10-3C:磁通计冲击系数,c=1(mWb);N:为测量线圈匝数;α:偏度。磁通计有磁电式、电子式和数字积分式三种结构。目前,国内专注电磁测量设备的主要厂家,长沙天恒测控技术有限公司主要采用数字积分式主流结构,并采用最新的微处理器和低漂流、高增益的运算放大器,结合先进的模拟电子技术设计而成,可使用不同类型的测试线圈测量空间磁场磁通量被广泛应用于磁学领域,包含永磁、软磁、硅钢等磁性材料或零部件的质量控制及刷选,磁性材料的研究及分析,生产工艺控制等。磁通计(TD8900)主要功能特点如下:a)、磁通测量范围:0 ~ 2 Wb,四位半显示,最小分辨率低至 0.1μWb。b)、 测量精度高,可达 ± 0.5%,且可全量程范围满足精度。c)、自动一键调零漂,且零点漂移量极小,每分钟 1 μWb。d)、磁通量多种单位切换:可选择 Wb、mWb、Vs、mVs 等磁通单位。e)、自动计算功能:设置线圈面积和匝数,自动计算磁通密度,并可切换单位 T 和 G。
电磁流量计有什么用途?是怎样工作的? (一)测量原理 根据法拉第电磁感应定律,当一导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势e,其方向由右手定则确定,其大小与磁场的磁感应强度B,导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比,如果B, L,u三者互相垂直,则 e=Blu (3-35) 与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中,垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道,当导电液体在管道中以流速u流动时,导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明,只要管道内流速分布为轴对称分布,两电极之间也特产生感生电动势: e=BD (3-36) 式中, 为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为: qv= = (3-37) 由上式可见,体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系,与磁场的磁感应强度B成反比,与其它物理参数无关.这就是电磁流量计的测量原理. 需要说明的是,要使式(3—37)严格成立,必须使测量条件满足下列假定: ①磁场是均匀分布的恒定磁场; ②被测流体的流速轴对称分布; ③被测液体是非磁性的; ④被测液体的电导率均匀且各向同性。 图3-17 电磁流量计原理简图 1-磁极;2-电极;3-管道 (二)励磁方式 励磁方式即产生磁场的方式.由前述可知,为使式(3—37)严格成立,第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场.为此,就需要选择一种合适的励磁方式。目前,一般有三种励碰方式,即直流励磁、交流励磁和低频方波励磁.现分别予以介绍. 1.直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁,它能产生一个恒定的均匀磁场.这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小,因而可以忽略液体中的自感现象的影响.但是,使用直流磁场易使通过流量计测量管道的电解质液体被极化,即电解质在电场中被电解,产生正负离子.在电场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极.如图3—18所示.这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作.所以,直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态金属等. 图3-18 直流励磁方式 2.交流励磁 目前,工业上使用的电磁流量计,大都采用工频(50Hz)电源交流励磁方式,即它的磁场是由正弦交变电流产生的,所以产生的磁场也是一个交变磁场.交变磁场变送器的主变送器要优点是消除了电极表面的极化于扰.另外,由于磁场是交变的,所以输出信号也是交变信号,放大和转换低电平的交流信号要比直流信号容易得多. 如果交流磁场的磁感应强度为 B=Bm sin t (3-38) 则电极上产生的感生电动势为 e=Bm D sin t (3-39) 被测体积流量为 qv= D (3-40) 式中 Bm――磁场磁感应强度的最大值; ――励磁电流的角频率, =2 f; t――时间; f――电源频率. 由式(3-40)可知,当测量管内径D不变,磁感应强度Bm为一定值时,两电极上输出的感生电动势e与流量qv成正比.这就是交流磁场电磁流量变送器的基本工作原理. 值得注意的是,用交流磁场会带来一系列的电磁干扰问题.例如正交干扰.同相干扰等,这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起.因此,如何正确区分流量信号与干扰信号,并如何有效地抑制和排除各种干扰信号,就成为交流励磁电磁流量计研制的重要课题。 3.低频方波励磁 直流励磁方式和交流励滋方式各有优缺点,为了充分发挥它们的优点,尽量避免它们的缺点,70年代以来,人们开始采用低频方波励磁方式.它的励磁电流波形如图3—19所示,其频率通常为工频的1/4-l/10. 图3-19 方波励磁电流波形 从图3-19可见,在半个周期内,磁场是恒稳的直流磁场,它具有直流励磁的特点,受电磁干扰影响很小.从整个时间过程看,方波信号又是一个交变的信号,所以热电偶它能克服直流励滋易产生的极化现象.因此,低频方波励磁是一种比较好的励磁方式,目前已在电磁流量计上广泛的应用.概括一下,它具有如下几个优点: ①能避免交流磁场的正交电磁干扰; ②消除由分布电容引起的工频干扰; ③抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流; ④排除直流励磁的极化现象. 电磁流量计 电磁流量计是60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表.它根据法拉第电磁感应定律制成,用来测量导电流体的体积流量。由于其独特的优点,目前已广泛地应用于工业上各种导电液体的测量.例如,测量各种酸、碱、盐等腐蚀液体;各种易燃,易爆介质;各种工业污水,纸浆,泥浆等。 电磁流量计的主要特点是: ①电磁流量计的变送器结构简单,没有可动部件,也没有任何阻碍流体流动的节流部件,所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失,同时它不会引起诸如磨损,堵塞等问题,特别适用于www.jsatm.com测量带有固体颗粒的矿浆,污水等液固两相流体,以及各种粘性较大的浆液等.同样,由于它结构上无运动部件,故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极,起到很好的耐腐蚀性能,使之可用于各种腐蚀性介质的测量. ②电磁流量计是—种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度.粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响.因此,电磁流量计只需经水标定以后,就可以用来测量其它导电性液体的流量,而不需要附加其它修正. ③电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1:100.此外,电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关.
2016国产磁测量好仪器系列之一:软磁材料基本磁滞回线测量仪FE-2100SD原创:朱永红 工程师,湖南永逸科技有限公司推荐:陆俊 工程师,中科院物理所磁学室2016年7月13日一句话推荐理由:在直面测量难题创新实践过程中催生出一款不输日本与德国同类产品的国产好仪器。一、引言磁性材料是二战后对科技进步和社会发展贡献仅次于半导体材料的功能材料,是磁性材料工业的重要组成部分。软磁材料磁性能测量的准确性是指导研究、发展新型材料和使用其制成产品保证质量的关键。磁性材料最基本的参数大都定义在磁滞回线上,所以通常的磁性测量就是磁滞回线的测绘。目前软磁材料直流磁特性的测绘国外设备通常采用磁场扫描法。即被测样品(通常是一个环形样品)上绕制励磁和测量两个线圈,其中一个通入励磁电流产生扫描磁场H(t),称为励磁线圈,另一个对引起样品感应电压进行积分运算获得相应的磁感应强度响应函数B(t),称为测量线圈,其B(t)与H(t)的函数关系即为磁滞回线。二、背景软磁磁滞回线测量中的一个技术难题来源于样品在磁化过程中涡流对磁化测量的影响,测量到的磁滞回线受到磁化频率和磁场波形(谐波)的影响,而产生畸变,从而使测量结果失去唯一性,所以尽管这种方法很普遍、很简单,但实际上操作性不强,因为扫描法所得到的参数受测试材料的厚度t、电导率σ和磁场变化速度dB/dt等因素的影响从而导致磁性材料测量结果与材料本征性质之间的可比性和准确度变差。针对这一难题,1990年前后,我国磁测量专家尝试采用模拟冲击法对软磁材料直流磁性能进行测量(参考中国计量科学院的《磁性材料测量》讲义),而且中国计量科学院和湖南省娄底市电子研究所合作开发出具有模拟冲击法和扫描法的测量装置,明确扫描法只运用于对材料进行快速判断测量,测试有一定的局限性。后期湖南省的三家企业在相关方面的做了一些改善,满足行业用户的需要。2015年12月,国内最早提出采用模拟冲击法测试软磁材料直流磁性能的瞿清昌老师提出测试材料“基本磁滞回线”的设想,即控制冲击波形函数、冲击周期保证所测试的磁滞回线是材料唯一的(即软磁材料的基本磁滞回线),并基于该回线获取基本磁性参数,包括基本磁滞回线簇顶点连成的基本磁化曲线和定义在这些曲线上的磁性参数。特别是将这个磁滞回线的面积,定义为基本磁化能Pu(J/m³),作为评价材料磁化损耗的基础。促进软磁材料直流磁特性及其参数测量的可溯源性。在协助实施“基本磁滞回线”的设想过程中,湖南省永逸科技有限公司使用自适应仪器技术产生、控制,并记忆针对不同产品的冲击(激励)波形函数,实现模拟冲击法的基本条件是两个测量点的“准静态”,即dH/dt=0、dB/dt=0,同时兼顾测量效率。永逸公司在发展与验证该测量技术的同时对自己的传统软磁材料测量仪进行了大幅度改进,并推出了FE-2100SD型软磁材料基本磁滞回线测量仪,仪器外观如图1所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601417_1611921_3.png图1 FE-2100SD型软磁材料基本磁滞回线测量仪外观照片三、简介FE-2100SD型软磁材料基本磁滞回线测量装置由计算机、打印机、AD/DA数据采集和控制卡、程控励磁电源、积分器和被测试样品组成,设计原理框图如图2所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601418_1611921_3.gif图2 FE-2100SD型软磁材料基本磁滞回线测量仪原理框图电脑主机作为整个装置的中心,通过键盘和鼠标选择被测试样品的类型、形状、输入样品的尺寸。并通过D/A转换器控制冲击波形的信号发生,经过励磁电源的功率放大模块,达到对该材料最适合的波形函数I(t)产生,通过对串联在被测试样品初级绕组精密电阻的采样获得对应的H(t),次级通过对感应电压的积分获得B(t)。该测试装置区别于现有装置主要表现为:测量过程采用冲击测量模式,测量点从一个准静态点出发,到达另一个准静态点,装置测量每一次冲击过程起始前和结束后磁场与磁感的变化量(ΔH和ΔB)。微机通过测试软件的编程控制,已经成为一台能自学习的控制中心,能针对不同的测试样品,自己学习和自己编程获得适合该材料的测试函数波形,并程控励磁电源,对采样数据进行自我判断,最终获得代表材料直流磁性能唯一性的基本磁滞回线。四、验证1、参比材料参加比对的材料基本涵盖了所有工业软磁材料,包括:纳米晶1K107带材,DT4电工纯铁,MnZn铁氧体,FB45铁氧体,无取向硅钢,取向硅钢23Z110,铁粉芯GS106060,叠片1J22,1J79坡莫合金带材,1J50圆环,共计十种。2、比对仪器参加比对的仪器及测量单位列如表1,包括中国计量大学与浙江省计量科学院的两台德国C-750、浙江工业大学的日本SK1100与永逸科技大FE-2010SD(含标准的扫描法与独创的模拟冲击法两种测量模式)表1 参与比对的单位及其测试设备http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601419_1611921_3.png3、比对方法将参比材料绕制成不同规格的如图3所示的标准的四端磁环变压器器件,在几台设备之间传递测试,获得结果并进行分析出结论。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601420_1611921_3.png图3 用于比对的测量器件照片4、结果及分析十种参加比对的材料在4台仪器上的测量结果分别列于表2至表11.表2 纳米晶1K107带材比对测量结果(其中黄色高亮表示异常结果,Le=35.72mm, Ae=3.913mm², Ve=0.1398cm³, 锁定Hs=80A/m)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601421_1611921_3.png表3 DT4的比对测量结果(Le=112.2mm, Ae=19.92mm², Ve=2.234cm³, 锁定Hs=10000A/m)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211908_601422_1611921_3.png表4 MnZn铁氧体的比对测量结果(其中黄色高亮表示异常结果,Le=60.18mm, Ae=48.93mm², Ve=2.944cm³, 锁定Hs=600A/m)http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/07/201607211909_601423_1611921_3.png表5 叠片1J22(厚度0.5mm)的比对结果(其中黄色高亮表示异常结果,Le=178.3mm, Ae=22.05 mm², Ve=3.931cm³, 锁定Hs=4000A/m)http