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GB／T 3658-2022 软磁金属材料和粉末冶金材料20Hz～100kHz频率范围磁性能的环形试样测量方法.pdf

软磁金属材料和粉末冶金材料

软磁金属材料和粉末冶金材料

本文件规定了除铁氧体以外的软磁材料在20Hz～100kHz频率范围的交流磁性能测试方法。本 文件涉及的材料包括电工钢、铸件和软磁复合材料、GB/T21220中列出的特殊合金以及GB/T24296 中列出的压制、烧结和金属注射成形的元件。 本文件旨在明确用环形试样测试软磁材料磁性能的通则和技术细节。对于粉末状材料，通过适当 挤压的方法制成环形试样。 软磁材料的直流磁性能的环形试样测量方法见GB/T13012；软磁元件的磁特性测定见 GB/T28869.1 通常在（23土5)C的环境温度下检测，测试前环形试样先退磁。经供需双方协商后，检测也能在其 他温度范围内进行。

B/T2900.60和GB/T9637界定的术语和定义适

通过环形试样构建的闭合磁路和绕在其上的两个绕组形成一个空载的变压器进行测量浙江某宾馆改扩建工程施工组织设计方案， 注：磁性测量设备校准方案见附录B。

试样应为横截面为矩形的环形试样，可通过以下任意方式制取， + 薄带或线材绕成时钟弹簧型的铁芯；

b）冲压、激光切割、线切割或光化学蚀刻成环样后叠片； c）粉末压制并烧结、金属注射成形、3D打印或铸造。 对于粉末材料，如果通过金属注射成形或压制（可能需要加热)制作成环形试样，应按照材料生产方 的建议进行，以达到粉末材料的最佳磁性能。 所有类型的试样宜去除毛刺和锐边后再进行热处理。宜将试样装在可拆成两部分的非导磁的环形 盒子内。盒子尺寸应与试样精密配合，避免对试样的材料产生应力。 环形试样的外径与内径之比应不大于1.4，宜小于1.25，以确保试样充分均匀地磁化。 对于固体和粉末压制材料，应采用合适的并经过校准的量具测量试样的尺寸，即环形试样的外径、 内径以及高度，量具的准确度应为土0.02mm或更优。相关尺寸应在试样的不同位置测量并计算平均 值得到。试样的横截面积应按式（1)计算：

A一试样的横截面积，单位为平方米（m²）； D一试样的外径，单位为米(m)； d 一 试样的内径，单位为米（m)； h一 试样的高度，单位为米(m)。 对叠片或绕制铁芯环形试样，应由质量、密度和环样内外径计算得到试样的横截面积。应采用合适 的并经过校准的仪器称量试样，称量准确度应为土0.1%或更优，密度应为由生产方提供的材料约定密 度。横截面积应按式(2)计算：

Zm πp(D+d)

Zm πp（D+d）

式中： m 试样的质量，单位为千克（kg)； 材料的密度，单位为千克每立方米(kg/m²）。 2 对于磁场强度计算所需的试样有效磁路长度按式(3)确定：

试样的有效磁路长度，单位为米（m）。 注：根据GB/T28869.1中的描述，测量软磁材料器件，需用到铁芯有效横截面积和有效磁路长度。试样外径与内 径之比越大，材料测量和器件测量之间的偏差就越大。 若需测定比总损耗，应采用合适的并经过校准的天平称量试样。

试样上绕有一初级绕组和一次级绕组（见附录C)。 绕组的匝数取决于所使用的测量设备和方法。次级绕组应紧密地绕在试样上，以减小绕组下空气 间隙的影响。所有绕组应均匀地绕在试样的整个周长上。 对于频率高于工频的测量，应注意避免电容和其他效应相关的影响。见附录C。 应注意确保在绕线过程中不要损坏电线的绝缘，避免绕线与试样短路。应采用合适的绝缘电阻测 量仪进行电气检查，确保绕组与试样之间绝缘性能良好。

当对试样的表面温度有要求时，应在试样上黏附一个校准过的非磁性热电偶（如T型热电偶）进行

测量。如果试样封装在环形盒内，应在不损伤试样的情况下，在盒子上制一个孔，使热电偶与磁芯材料 牢固接触。若无法打孔，则应将热电偶黏附在环形盒上，并在测试报告中说明。热电偶应与合适的经过 校准的数字电压表连接，测量其输出电压，通过热电偶对照表得出相应的温度。 如果磁化后发现试样的温度随时间变化，应在达到供需双方商定的温度或时间后进行磁性能的测 量。如果要在高温下测量，应将试样置人烘箱，并在要求的温度下进行。 一个次要的、较小的与时间相关的磁弛豫效应也能影响磁性能。对于本文件涉及的材料类型，该效 应通常被温度变化所掩盖。但是，如果该磁弛豫效应变得明显，宜将试样在给定的磁通密度或磁场强度 下保持一段预定的时间后进行最终的测量，

测定相对幅值磁导率和交流磁化曲线

本文件涉及的环形试样测量方法通常在20Hz～100kHz的频率范围使用，更高的使用频率将受 限于所用仪器的性能 如果有合适的、经过校准的仪器，且仔细绕线以减小绕组间电容，则频率上限可达到1MHz（见 附录C)

设备应按图1的电路进行连接。

测量正弦电流时，磁化绕组N宜串联一个无感精密电阻，确保磁化电路电阻至少大于10倍的试 样磁化绕组N的阻抗。 在测量过程中，交流电源的输出端电压和频率的各自偏差不应超过设定值的土0.2%，频率计的准 确度以土0.1%或更优为宜。交流电源应与一个在测量频率范围内准确度为士0.2%或更优的无感精密 电阻及试样的磁化绕组N串联，电阻两端连接一只高输人阻抗（通常大于1MΩ)准确度为土0.5%或 更优的有效值或峰值电压表，用于测量磁化电流。 次级电路包括两个与次级绕组N2并联的电压表。其中一个电压表（V2)测量有效值，另一个电压 表(V)测量整流后的平均值，也可按照1.111倍换算得到。应使用高输人阻抗（通常大于1MΩ)准确 度为士0.5%或更优的电压表

次级绕组N2感应的次级电压的波形宜用示波器确认，保证只含有基波成分。 注1：采用数字采样技术测定相对幅值磁导率和磁化曲线。 注2：数字采样技术的应用见附录D。

6.3次级电压和磁化电流的波形

为了获得可比较的测量值，测量前应明确选择次级感应电压或磁化电流保持为正弦波，即波形系数 为1.111，在相对允差土1%内。对保持磁化电流为正弦波的情况，需要在磁化电路中串联一个无感精密 电阻。 注1：次级感应电压和磁化电流的波形测量采用数字采样技术，见附录D。 无感精密电阻的时间常数要低，以确保波形在规定的范围内。 无感精密电阻可以是用于测量磁化电流的同一电阻。 注2：正弦波形的控制通过数字方式实现（见附录E) 在频率为20Hz～100kHz的范围内，次级感应电压的波形系数通过与次级绕组连接的两个具有 高阻抗（并联5pF～20pF时的典型值大于1MΩ)的电压表测定。应用其中一个电压表测量电压的有 效值，用另一个测量次级电压整流后的平均值。然后，波形系数由有效值与平均值的比率确定。 为获得最佳的功率传输，可能需要优化初级绕组的匝数，使其与电源的输出阻抗相匹配。匹配性由 式(4)确定：

式中： Z 电源的输出阻抗，单位为欧姆（Ω）； 复数符号； 电源的输出角频率，单位为弧度每秒(rad/s)； ? 环形试样的初级绕组的有效电感，单位为亨利（H） 由式（5)计算得出：

式中： N一— 初级绕组的匝数； A一证 试样的横截面积，单位为平方米（m²）； 相对幅值磁导率； Lm 一 试样的有效磁路长度，单位为米（m)。 如果相对磁导率未知，可按照6.4.1和6.4.2对磁场强度和磁通密度进行初步测定，再按照6.4.3计 相对磁导率

6.4.1磁场强度峰值的

测量所需的磁场强度峰值由式(6)计算

H 磁场强度峰值，单位为安培每米（A/m）；

GB/T 36582022

N一一初级绕组的匝数； 1一磁化电流峰值，单位为安培(A)； I一试样的有效磁路长度，单位为米（m）。 通常，磁场强度的幅值由测出的有效磁化电流再乘以√2给出。对于正弦磁化电流，此定义给出的 磁场峰值是正确的。对于正弦磁通密度，此定义给出的是等效的磁场强度峰值，该值对于给定的磁化电 流而言数值偏低。测定磁场强度峰值的另一种方法是使用校准过的峰值电流表或峰值电压表和一无感 精密电阻。 测量前，应对试样进行退磁，从一个不小于矫顽力10倍的磁场强度值开始，缓慢减小磁化电流的相 应幅值至零。退磁电流的频率应不大于测量频率

应用经过校准的平均值电压表（见图2)或数字采样器（见图3)测量次级电压修正平均值，应由 式（7)计算磁通密度峰值：

B 一磁通密度峰值，单位为特斯拉(T)； |U丨一一次级电压整流后的平均值，单位为伏(V)； f 一一磁化频率，单位为赫兹（Hz)； A 一试样的横截面积，单位为平方米（m²）； N2次级绕组的匝数。 注：数字采样技术的应用见附录D。 由于试样和次级绕组之间有空气间隙，可能要对磁通密度进行修正，修正量取决于磁场强度的高低 和试样与次级绕组横截面积的比值。磁通密度峰值的修正值（B)由式(8)计算：

对于相应的磁场强度峰值和磁通密度峰值，有效幅值磁导率应由式（9)计算：

某交通配套设施标线、标志、交通信号灯工程施工组织设计B a.rms 一 μo√2H

相对幅值磁导率（μ，)通常由式（10)表示：

6.4.4磁化曲线的测定

如6.4.1所述，应对试样进行退磁，然后逐步增加磁化电流，即获得磁场强度和磁通密度的相应值， 并绘制出交流磁化曲线

DB62／ 4014-2019标准下载用功率表法测量比总损料

除了用环样代替爱泼斯坦方圈，测量原理与GB/T3655描述的内容相似，使用的仪器应能在需 率下进行测量。比总损耗的测量应在正弦磁通密度的条件下进行。对某些试样，可通过模拟或 术的方法控制次级感应电压的波形（见附录E)，以确保维持磁通密度的正弦波形。 装置与试样上的绕组应按图2的电路进行连接

图2传统模拟功率表法的电路示意图（也可表示数字功率表法的测量原理）