磁導(dǎo)率是個(gè)物理名詞,，表示磁介質(zhì)磁性的物理量,。
簡(jiǎn)介
磁導(dǎo)率μ等于磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的微分與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的微分之比，即μ=dB / dH
通常使用的是磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率μr,，其定義為磁導(dǎo)率μ與真空磁導(dǎo)率μ0之比,，即μr=μ/μ0
相對(duì)磁導(dǎo)率μr與磁化率χ的關(guān)系是:μr=1+χ
磁導(dǎo)率μ，相對(duì)磁導(dǎo)率μr和磁化率χ都是描述磁介質(zhì)磁性的物理量,。
對(duì)于順磁質(zhì)μr>1;對(duì)于抗磁質(zhì)μr<1,，但兩者的μr都與1相差無(wú)幾 。在大多數(shù)情況下,導(dǎo)體的相對(duì)磁導(dǎo)率等于1.在鐵磁質(zhì)中,，B與 H 的關(guān)系是非線性的磁滯回線,，μr不是常量，與H有關(guān),，其數(shù)值遠(yuǎn)大于1,。
例如,，如果空氣(非磁性材料)的相對(duì)磁導(dǎo)率是1，則鐵氧體的相對(duì)磁導(dǎo)率為10,，000,，即當(dāng)時(shí)，以通過磁性材料的磁通密度是10,000倍,。鑄鐵為200~400;硅鋼片為7000~10000;鎳鋅鐵氧體為10~1000,。
公式
磁場(chǎng)的能量密度=B^2/2μ
在際單位制(SI)中，相對(duì)磁導(dǎo)率μr是無(wú)量綱的純數(shù),，磁導(dǎo)率μ的單位是亨利/米(H/m),。
常用的真空磁導(dǎo)率
常用參數(shù)
(1)初始磁導(dǎo)率μi:是基本磁化曲線當(dāng)H→0時(shí)的磁導(dǎo)率
公式
(2)zui大磁導(dǎo)率μm:在基本磁化曲線初始段以后，隨著H的增大,，斜率μ=B/H逐漸增大,，到某磁場(chǎng)強(qiáng)度下(Hm)，磁密度達(dá)到zui大值(Bm) ,，即(3)飽和磁導(dǎo)率μS:基本磁化曲線飽和段的磁導(dǎo)率,，μs值般很小，深度飽和時(shí),，μs=μo,。
(4)差分(增量)磁導(dǎo)率μΔ∶μΔ=△B/△H。ΔB及△H是在(B1,，H1)點(diǎn)所取的增量如圖1和圖2所示,。
(5)微分磁導(dǎo)率，μd∶μd=dB /dH,，在(B1,，H1)點(diǎn)取微分，可得μd,。
可知:μ1=B1/H1,，μ△=△B /△H，μd=dB1/dH1,，三者雖是在同點(diǎn)上的磁導(dǎo)率,，但在數(shù)值上是不相等的。
非磁性材料(如鋁,、木材,、玻璃、自由空間)B與H之比為個(gè)常數(shù),，用μ,。來(lái)表示非磁性材料的的磁導(dǎo)率，即μ。=1(在CGS單位制中)或 μ,。=4πX10o-7(在RMKS單位制中),。
在眾多的材料中，如果自由空間(真空)的μo=1,，那△么比1略大的材料稱為順磁性材料(如白金,、空氣等);比1略小的材料，稱為反磁性 材料(如銀,、銅,、水等)。本章介紹的磁性元件μ1是大有用處的,。只有在需要磁屏蔽時(shí),，才會(huì)用銅等反磁性材料做成屏蔽罩使磁元件的磁 不會(huì)輻射到空間中去。
下面給出幾個(gè)常用的參數(shù)式:
公式
(1)有效磁導(dǎo)率μro,。在用電感L形成閉合磁路中(漏磁可以忽略)，磁心的有效磁導(dǎo)率為:
式中 L--繞組的自感量(mH);
W--繞組匝數(shù);
磁心常數(shù),是磁路長(zhǎng)度Lm與磁心截面積Ae的比值(mm).
(2)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs,。隨著磁心中磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加,，磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)飽和時(shí)的B值，稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B,。
(3)剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br,。磁心從磁飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度(或稱殘留磁通密度),。
(4)矯頑力Hco,。磁心從飽和狀態(tài)去除磁場(chǎng)后，繼續(xù)反向磁化,，直至磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零,，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力(或保磁力)。
公式
(5)溫度系數(shù)aμ°溫度系數(shù)為溫度在T1~T2范圍內(nèi)變化時(shí),，每變化1℃相應(yīng)磁導(dǎo)率的相對(duì)變化量,，即
式中 μr1--溫度為T1時(shí)的磁導(dǎo)率;
μr2--溫度為T2時(shí)的磁導(dǎo)率。
值得注意的是:除了磁導(dǎo)率μ與溫度有關(guān)系之外,，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs,、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br、矯頑力Hc,，以及磁心比損耗Pcv(單位重量損耗W/kg)等磁參數(shù),，也都與磁心的作溫度有關(guān)。
能
磁導(dǎo)率的測(cè)量是間接測(cè)量,，測(cè)出磁心上繞組線圈的電感量,，再用公式計(jì)算出磁芯材料的磁導(dǎo)率。所以，磁導(dǎo)率的測(cè)試儀器就是電感測(cè)試儀,。在此強(qiáng)調(diào)出,，有些簡(jiǎn)易的電感測(cè)試儀器，測(cè)試頻率不能調(diào),，而且測(cè)試電壓也不能調(diào),。例如某些電橋，測(cè)試頻率為100Hz或1kHz,，測(cè)試電壓為0.3V,，給出的這個(gè)0.3V并不是電感線圈兩端的電壓，而是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的電壓,。至于被測(cè)線圈兩端的電壓是個(gè)未知數(shù),。如果用的儀器測(cè)量電感，例如 Agilent 4284A LCR測(cè)試儀,，不但測(cè)試頻率可調(diào),，而且被測(cè)電感線圈兩端的電壓及磁化電都是可調(diào)的。了解測(cè)試儀器的這些能,，對(duì)磁導(dǎo)率的正確測(cè)量是大有幫助的,。
方法原理
說起磁導(dǎo)率μ的測(cè)量，似乎非常簡(jiǎn)單,，在材料樣環(huán)上隨便繞幾匝線圈,，測(cè)其電感，找個(gè)公式算就了,。其實(shí)不然,，對(duì)同只樣環(huán)，用不同儀器,，繞不同匝數(shù),，加不同電壓或者用不同頻率都可能測(cè)出差別甚遠(yuǎn)的磁導(dǎo)率來(lái)。成測(cè)試結(jié)果差別大的原因,，并非每個(gè)測(cè)試人員都有力搞得清楚,。本文主要討論測(cè)試匝數(shù)及計(jì)算公式不同對(duì)磁導(dǎo)率測(cè)量的影響。
2.1 計(jì)算公式的影響
大家知道,，測(cè)量磁導(dǎo)率μ的方法般是在樣環(huán)上繞N匝線圈測(cè)其電感L,，因?yàn)榭赏频肔的表達(dá)式為:
L=μ0 μN^2A/l (1)
所以，由(1)式導(dǎo)出磁導(dǎo)率 的計(jì)算公式為:
μ=Ll/μ0N^2A (2)
式中:l為磁心的磁路長(zhǎng)度,，A為磁心的橫截面積,。
對(duì)于具有矩形截面的環(huán)型磁芯，如果把它的平均磁路長(zhǎng)度l=π(D+d)/2就當(dāng)作磁心的磁路長(zhǎng)度l,，把截面積A=h(D-d)/2,，μ0=4π×10-7都代入(2)式得:
μ=L(D+d)*10/4Nh(D-d) (3)
式中,，D為環(huán)的外直徑，d為內(nèi)徑,，h為環(huán)的度,，如圖2所示。把環(huán)的內(nèi)徑d=D-2a代入(3)式得:
μ=L(D-a)*10/4Nha (4)
式中:a為環(huán)的壁厚,。
對(duì)于內(nèi)徑較小的環(huán)型磁心,，內(nèi)徑不如壁厚容易測(cè)量，所以用(4)式方便,。(4)式與(3)式是等效的,，它們的由來(lái)是把環(huán)的平均磁路長(zhǎng)度當(dāng)成了磁心的磁路長(zhǎng)度。用它們計(jì)算出來(lái)的磁導(dǎo)率稱為材料的環(huán)磁導(dǎo)率,。有人說用環(huán)型樣品測(cè)量出來(lái)的磁導(dǎo)率就叫環(huán)磁導(dǎo)率,，這種說法是不正確的。實(shí)際上,，環(huán)磁導(dǎo)率比材料的真實(shí)磁導(dǎo)率要偏些,，且樣環(huán)的壁越厚，誤差越大,。
對(duì)于樣環(huán)來(lái)說,，在相同安匝數(shù)磁動(dòng)勢(shì)激勵(lì)下，磁化場(chǎng)在徑向方向上是不均勻的,。越靠近環(huán)壁的外側(cè)面,，磁場(chǎng)就越弱,。在樣環(huán)各處磁導(dǎo)率μ不變的條件下,，越靠近環(huán)壁的外側(cè)，環(huán)的磁通密度B就越低,。為了消除這種不均勻磁化對(duì)測(cè)量的影響,，我們把樣環(huán)看成是由無(wú)窮多個(gè)半徑為r，壁厚無(wú)限薄為dr的薄壁環(huán)組成,。根據(jù)(1)式,，可寫出每個(gè)薄壁環(huán)產(chǎn)生的電感dL為:
(5)
由(5)式對(duì)r從內(nèi)半徑r1到外半徑r2積分，既得到整個(gè)樣環(huán)產(chǎn)生的電感L:
(6)
由(6)式導(dǎo)出計(jì)算磁導(dǎo)率的公式為:
(7)
為了便于實(shí)際應(yīng)用,，可把(7)式化為;
(8)
上式中:D為樣環(huán)外徑,，d為內(nèi)徑。把自然對(duì)數(shù)換為常用對(duì)數(shù),，(8)式被化為:
(9)
如果樣環(huán)是由同種材料組成,，則用(7)、(8)或(9)式計(jì)算出來(lái)的磁導(dǎo)率就是其材料的真正磁導(dǎo)率μ,。它比其環(huán)磁導(dǎo)率略低些,。
2.2 測(cè)試線圈匝數(shù)N的影響
由于電感L與匝數(shù)N2成正比,，按理說用(9)式計(jì)算出來(lái)的磁導(dǎo)率μ不應(yīng)該再與匝數(shù)N有關(guān)系，但實(shí)際上卻經(jīng)常有關(guān)系,。
關(guān)于材料磁導(dǎo)率的測(cè)量,，般使用的測(cè)試頻率都不，經(jīng)常在1kHz或10kHz的頻率測(cè)試,。測(cè)試信號(hào)般都是使用正弦信號(hào),，因?yàn)轭l率不，樣環(huán)繞組線圈阻抗的電阻分可忽略不計(jì),，把繞組線圈看作個(gè)純電感L接在測(cè)量?jī)x器上,。測(cè)試等效電路如圖所示，儀器信號(hào)源產(chǎn)生的電壓有效值為U,，Ri為信號(hào)源的輸出阻抗,。由圖3很容易寫出磁化電的表達(dá)式:
(10)
上式中，ω為儀器信號(hào)源的角頻率,，L為樣環(huán)繞組線圈的電感,。
L=μ0μN2Ae /le (11)
(11)中，Ae為磁心的有效截面積,，le為磁心的有效磁路長(zhǎng)度,。如果把環(huán)型磁心的Ae和le代入，(11)式就會(huì)變?yōu)榕c(6)式的結(jié)果相同,。
測(cè)試電產(chǎn)生的有效磁場(chǎng)強(qiáng)度峰值Hm為:
(12)
把(10)式和(11)式都代入(12)式得到:
(13)
由(13)式可知,，當(dāng)(ωμ0μAe)2N4遠(yuǎn)小于le2Ri2時(shí)，(13)式可近似為:
(14)
上式告訴我們,，測(cè)試線圈匝數(shù)很少時(shí),，測(cè)試磁場(chǎng)強(qiáng)度與匝數(shù)成正比。隨著匝數(shù)的增多,，當(dāng)達(dá)到(ωμ0μAe)2N4遠(yuǎn)大于le2Ri2時(shí),，(13)式可近似為:
(15)
由(15)式可知，測(cè)試線圈匝數(shù)太多時(shí),，測(cè)試磁場(chǎng)強(qiáng)度又會(huì)與匝數(shù)成反比,。
從以上分析得知，測(cè)量磁導(dǎo)率時(shí),，樣環(huán)中的磁化場(chǎng)強(qiáng)度與測(cè)試線圈的匝數(shù)有關(guān),，當(dāng)匝數(shù)為某定值時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)達(dá)到zui強(qiáng)值。而材料的磁導(dǎo)率又與磁化場(chǎng)強(qiáng)密切相關(guān),，所以導(dǎo)致磁導(dǎo)率的測(cè)量與測(cè)試線圈匝數(shù)有關(guān),。結(jié)合圖具體討論匝數(shù)對(duì)磁導(dǎo)率測(cè)試的影響。
2.2.1測(cè)試電壓U較低的情況
如前所述,，對(duì)于儀器,，如Agilent 4284ALCR 測(cè)試儀,，它的測(cè)試電壓可以調(diào)得低，以至于測(cè)試磁場(chǎng)強(qiáng)度隨匝數(shù)的變化達(dá)到zui強(qiáng)時(shí),，仍然沒有出磁導(dǎo)率的起始區(qū),。這時(shí)測(cè)得的總是材料的起始磁導(dǎo)率μi，它與測(cè)試線圈匝數(shù)N無(wú)關(guān),。用同臺(tái)儀器,，如果把測(cè)試電壓調(diào)得，不能再保證不同匝數(shù)測(cè)得的磁導(dǎo)率都是起始磁導(dǎo)率,，這時(shí)所測(cè)得的磁導(dǎo)率又會(huì)與測(cè)試線圈匝數(shù)有關(guān)了,。
2.2.2 測(cè)試電壓U不能調(diào)的情況
大多數(shù)測(cè)量電感的簡(jiǎn)便儀器，其測(cè)試電壓和頻率都不能靈活調(diào)節(jié),。如 2810 LCR電橋,，其測(cè)試頻率為100Hz或1kHz，測(cè)試電壓小于0.3V,。
