测量磁性材料磁感应强度(B)的核心思路是通过物理效应(如电磁感应、磁阻变化)将 B 值转化为可测量的电信号,具体方法需结合材料类型(软磁 / 硬磁)、测试条件(静态 / 动态)选择,主流方法如下:
一、主流测量方法(按原理分类)
1. 电磁感应法(最常用,基于法拉第电磁感应定律)
利用 “B 变化产生感应电动势” 的原理,通过测量电动势反推 B 值,适用于动态或静态磁化过程,是工业和实验室的标准方法。
(1)核心装置:
测试样品(如环形、条形磁芯);励磁线圈(通电流产生外磁场 H);测量线圈(绕在样品上,感应 B 的变化);积分器(将感应电动势积分,直接输出 B 值)。
(2)操作逻辑:
给励磁线圈通电流,产生变化的外磁场 H,使样品磁化;
样品中 B 的变化在测量线圈中产生感应电动势(E = -N・dΦ/dt,Φ=B・S,N 为线圈匝数,S 为样品横截面积);
通过积分器对 E 积分,得到 Φ,再结合 S 计算出 B(B=Φ/S)。
(3)适用场景:
软磁材料(如硅钢片、坡莫合金)的动态 B-H 曲线、饱和磁感应强度(Bₛ)测量;
永磁体的退磁曲线、剩余磁感应强度(Bᵣ)测量。
2. 霍尔效应法(直接测量,实时性强)
利用 “霍尔元件在磁场中产生霍尔电压” 的原理,直接将 B 值转化为电压信号,无需依赖 B 的变化。
(1)核心装置:
霍尔探头(含霍尔元件,需提前校准);信号放大器(放大微弱的霍尔电压);显示仪表(直接读取 B 值)。
(2)操作逻辑:
将霍尔探头的敏感面垂直于磁场方向(确保 B 完全穿过敏感区);
给霍尔元件通恒定电流,其两端会产生与 B 成正比的霍尔电压(V_H = K_H・I・B,K_H 为霍尔系数,需校准);
通过测量 V_H,结合 K_H 和 I,计算出 B(B = V_H/(K_H・I))。
(3)适用场景:
测量空间某点的静态 B 值(如永磁体表面磁场、电机气隙磁场);
需快速、实时监测 B 值的场景(不适合高频动态测量,易受干扰)。
3. 振动样品磁强计(VSM,高精度,适用于小样品)
通过 “振动的磁性样品在检测线圈中产生感应信号” 测量磁化强度(M),再结合公式 B = μ₀(H + M) 计算 B 值(需同步测量外磁场 H)。
(1)核心装置:
振动系统(带动样品在均匀磁场中上下振动);检测线圈(对称放置,抵消背景磁场干扰);锁相放大器(提取微弱的感应信号)。
(2)操作逻辑:
将小尺寸样品固定在振动杆上,置于已知 H 的均匀磁场中;
样品振动时,其磁化强度 M 的变化会在检测线圈中产生感应信号,信号幅度与 M 成正比;
测量 M 后,代入公式计算 B(μ₀为真空磁导率,约 4π×10⁻⁷ H/m)。
(3)适用场景:
实验室高精度测量(如纳米磁性材料、薄带样品的 B 值);
需同时获取 M 和 B 的基础研究场景。
二、关键注意事项
1.样品制备:
样品需规则(如环形、条形),确保磁场均匀穿过;若为块状样品,需避免边缘效应影响测量精度。
2.校准要求:
霍尔探头、VSM 等设备需定期用标准磁场(如标准永磁体)校准,避免系统误差。
3.动态与静态区分:
动态测量(如交流软磁 B 值)需用电磁感应法,需考虑频率对 B 值的影响;
静态测量(如永磁体 Bᵣ)可用霍尔效应法或 VSM,无需考虑频率损耗。