1、磁测量常用名词术语及含义磁测量常用名词术语及含义 3 术语及含义符合JJG1013-93 磁学计量常用名词术语及定义试行技术规范。 3. 1 一般术语 General terms3. 1. 1 硬磁材料 Magnetically hard material通常指矫顽力不低于10 kA/m 的磁性材料。3. 1. 2 软磁材料 Magnetically soft material通常指矫顽力不高于1000 A/m 的磁性材料。3. 1. 3 磁通计 Fluxmeter利用电磁感应定律，测量感应电动势对时间的积分原理制成的测量磁通量变化的直读仪表。3. 1. 4 磁强计 Magnetometer测
2、量磁场的仪器。3. 1. 5 磁性材料标准样品 Standard specimen of magnetic material 是指由计量部门按规定的技术条件制做，给出磁性材料磁特性参数值，经一定时间考核，性能稳定，再经国家最高计量部门正式批准作为标准量具使用的磁性材料样品。注：(1) “磁性材料标准样品”的作用是用来校准或评定测量磁性材料磁特性的仪器（仪表）或装置的误差。(2) “磁性材料标准样品”性能的高低不做为判别该样品所代表的材料性能优劣的依据。3. 2 磁化状态3. 2. 1 磁化曲线 Magnetization curve表示当磁场强度变化时，材料的磁通密度、磁极化强度或磁化强度变化
3、的的一条曲线。注：在表示磁通密度曲线、磁极化强度曲线或磁化强度曲线的区别时，可使用下列术语：B-H曲线；J-H曲线；M-H曲线。3. 2. 2 B-H（J-H）（M-H）磁滞回线 Hystersis B-H（J-H）（M-H）loop显示磁滞现象的一种闭合磁化曲线。注：根据磁滞的定义，磁滞回线是由静态磁化曲线构成的，然而也可以大概地认为由动态磁化曲线形成回线，虽然这种回线通常还将依赖于除磁滞以外的其他过程，术语 B-H（J-H）（M-H）回线可以用来表示动态情况。3. 2. 3 磁饱和 Saturation材料受一很强的外磁场作用，以致其磁极化强度基本上不随外磁场的增加而继续增加时所处的状态。
4、3. 3 永磁样品性能参数3. 3. 1 剩磁（顽磁）Br Remanence Br从材料饱和状态出发，单调地变化磁场强度而得到的剩余磁通密度值。单位名称为特斯拉，单位符号为 T 。3. 3. 2 矫顽力HcB（HcJ） Coercivity HcB（HcJ）磁场强度从材料饱和状态单调变化所得到的矫顽磁场强度值。注：(1) HcB 通常称为磁感矫顽力。(2) HcJ 称为内禀矫顽力。(3) 对于HcJ大于2000 kA/m 的材料，测量HcJ将变得极其困难，这时采用 Hk 值代替 HcJ 值。Hk 值是磁极化强度在退磁曲线上从剩磁点变到 Br 的90时所对应的磁场强度值。单位名称为安每米，单位
5、符号为 A/m 。 3. 3. 3 BH 积（磁能积） BH product (Magnetic energy product)在永磁体的退磁曲线任意点上，磁通密度 B 与磁场强度 H 的乘积。它是单位体积永磁体产生的外磁场中储存的能量的量度。注：(1) 用（BH）max 表示在退磁曲线上得到的最大值。(2) 每单位体积的永磁体在它产生的外磁场中的储存的能量为 W = BH / 2单位名称为千焦每立方米，单位符号为 kJ/m3 。3. 4 软磁样品性能参数3. 4. 1 起始磁导率 i Initial permeability i处于磁中性状态下的材料，当磁场强度趋于无限小时，磁导率的极限值。
6、注：(1) 当材料处于静态磁化条件下，定义 ist = lim(B/H/0) ，其中 H 0，称为静态起始磁导率。当材料处于动态磁化条件下，定义i = lim a ，其中 H 0，称为起始磁导率。(2) 实际工作中磁场强度取技术约定值，其值由有关国家标准（或行业标准）中规定。此量无量钢。3. 4. 2 最大磁导率 m Maximum permeability max对应正常磁化曲线上各点磁导率的最大值。此量无量钢。3. 4. 3 剩磁 Br Remanence Br与3. 3. 1的定义相同。3. 4. 4 饱和磁通密度（饱和磁感应强度） Bs Saturation flux density
7、(Saturation magnetic induction) Bs磁性材料磁化到饱和时的磁通密度。注：实际应用中，通常指基本达到磁饱和的某一指定磁场强度值所对应的磁通密度值。单位名称为特斯拉，单位符号为 T 。3. 4. 5 矫顽力 Hc Coercivity Hc磁场强度从材料饱和状态单调变化所得到的矫顽磁场强度值。单位名称为安每米，单位符号为 A/m 。3.4. 6 测试频率 f Frequency f指励磁电源的输出频率。单位名称为赫芝，单位符号为 Hz 。3. 4. 7 振幅磁导率 a Amplitude permeability a当磁场强度随时间周期变化时，其平均值为零且材料处于
8、规定的磁中性状态时，在磁通密度或磁场强度的某一规定幅值下，磁通密度的峰值除以外加磁场强度的峰值，所得到的相对磁导率。注：(1) 通常情况下，使用两种振幅（幅值）磁导率，即：都取磁通密度峰值 Bm 和磁场强度峰值 Hm ；或者均取上述两者基波分量的峰值（在此情况下，还必须区分哪个波形为正弦波）。(2) 在极限情况下，如果材料处于循环磁状态，则 Bm 和 Hm 可以是静态值。此量无量钢。3. 4. 8 损耗角 loss angle 指磁通密度和磁场强度基波分量之间的相位移。单位名称为度（弧度），单位符号为（）（rad）。3. 5. 9 磁性材料的总损耗 Pt Total losses of a m
9、agnetic material Pt指磁性材料从随时间变化的电磁场中吸收的并以热的形式耗散的功率。单位名称为瓦，单位符号为 W 。注：在实际应用中，用 Pc 代表 Pt 。3. 5. 10 比总损耗 Ps（Pv） Total loss density Ps（Pv）指在均匀磁化材料中，总损耗除以物体的质量（或体积）。单位名称为瓦每千克（瓦每立方米），单位符号为 W/kg（W/m3）。3. 5. 13 最大磁通密度 Bm Maximum magnetic flux density Bm指交流磁滞回线上所对应的最大磁通密度值。单位名称为特斯拉，单位符号为 T 。3. 5. 14 最大磁场强度 Hm
10、 Maximum magnetic field strength Hm指交流磁滞回线上所对应的最大磁场强度值。单位名称为安每米，单位符号为 A/m 。 Hk:对于HcJ大于2000 kA/m 的材料，测量HcJ将变得极其困难，这时采用 Hk 值代替 HcJ 值。Hk 值是磁极化强度在退磁曲线上从剩磁点变到 Br 的90时所对应的磁场强度值。单位名称为安每米，单位符号为 A/m 。 Hm:最大磁场强度 Hm Maximum magnetic field strength Hm指交流磁滞回线上所对应的最大磁场强度值。单位名称为安每米，单位符号为 A/m 。 1、磁性材料基础知识 1）概述 磁性材料
11、可以有不同的分类方式： 按其应用可以分为：硬（永）磁材料，软磁材料、磁信息材料、磁光材料等； 按其电性能可分为：金属磁性材料和非金属磁性材料（主要是铁氧体）； 按原子排列状态可分为：多晶磁性材料、单晶磁性材料、非晶磁性材料和磁性液体四大类。 永磁材料人类最早发现和应用,同时也是目前种类繁多、进展迅速和应用广泛的磁性材料。从二十世纪初，标志永磁材料性能的最大磁能积BHmax就随年代呈指数关系增长。目前用的永磁材料，按最大磁能积大小可分为高磁能积永磁材料，一般指BHmax大于160KJ/m3的材料,这包括SmCO5型、Sm2CO5型和NdFeB型稀土永磁材料。我国是世界上稀土蕴藏量最丰富（占世界总
12、蕴藏量的80%以上）的国家,稀土永磁材料的研究和生产水平居世界前列。中磁能积永磁材料，BHmax在3280KJ/m3之间。目前主要FeCrCo系等两类材料。低磁能积永磁材料， BHmax32KJ/m3。目主要有钡（锶）铁氧体和含Co量低的AlNiCo系和FeCrCo系材料。其中铁氧体永磁材料因价格低、矫顽力高，在目前各国的永磁材料生产上，产值和产量都居首位。我们生产的也正是此类磁性材料锶永磁铁氧体材料。 永磁铁氧体材料的性能分类有多种分类，常见的标准有国家标准、国际标准和日本TDK公司标准，但各磁性材料生产企业常常都有自己的企业标准，我们也有自己的企业标准。（） 2）磁学基本术语 磁场：（国际
13、电工委员会IEC的定义）电磁场的组成部分，采用磁场强度H和磁通密度B表示其特征。（我国国家标准定义）磁场是一种场，其特征可在场内运动着的带电粒子所受的力来确定，这种力源于粒子的运动及其所带电荷。 磁场强度： 指空间某处磁场的大小，用H表示，它的单位是安/米（A/m）。 在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度B与同一点的磁导率的比值称为该点的磁场强度H ，即：H=B/。方向与磁力线在该点处的切线方向一致，单位：安/米（A/m） 注意事项：磁场强度H与磁感应强度B 的名称很相似，切忌混淆。H 是为计算的方便引入的物理量。 磁化强度： 指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）
14、。 磁感应强度： 磁感应强度B的定义是：B=m0(H+M)，其中M和H分别是磁化强度和磁场强度，而m0是一个系数，叫做真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度，单位是特斯拉（T）。 磁感应强度（磁通密度）：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值叫做通电导线所在处的磁感应强度，B=F/IL。 又因为=BS，则B=/S，所以，磁感应强度又等于穿过单位面积的磁通量，故磁感应强度又叫磁通密度。 磁通量： 垂直于某一面积所通过的磁力线的多少叫做磁通量或磁通，用表示,=BS，单位韦伯（Wb）。 如果磁感应强度为B，某平面的面积为S，该平面与磁感应强度的方向间的
15、夹角为，那么该平面的磁通量为=BSsin。 导磁率： 导磁率的定义是m=B/m0H，是磁化曲线（见材料的静态磁化）上任意一点上B和H的比值。导磁率实际上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。 磁滞回线： 铁磁体从正向至反向，再至正向反复磁化至技术饱和一周，所得到的B与H的闭合关系曲线称为磁滞回线。 剩磁Br、 UoMr或 4Mr ： 永磁体从磁化至技术饱和并去掉外磁场后，所保留的Mr、UoMr或 4Mr或Br，分别称为剩余磁化强度，剩余内禀磁感应强度和剩余磁感应强度，它们统称为剩磁。 矫顽力Hcb、 Hcj ： 使磁化至技术饱和的永磁体的B（磁感应强度）降低至零所需
16、要的反向磁场强度称为磁感矫顽力，同理，使内禀磁感强度UoM或Mr降低至零所需的反向磁场强度称为内禀矫顽力。 最大磁能积： (BH)max 退磁曲线上任何一点的B和H的乘积即Bm、 Hm和（BH）代表了磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量，由于这项能量等于磁铁Bm与Hm的乘积，因此称为磁能积，磁能积随B而变化的关系曲线称为磁能曲线，其中一点对应的Bd和Hd的乘积有最大值，称为最大磁能积。 弯曲点Hk： 通常将内禀退磁曲线上的点Bi=0.9Br相对应的磁场称为弯曲点磁场Hk，Hk越大意味着内禀退磁曲线的方形度越好。 剩磁温度系数（Br） 温度在某范围内变化时剩余磁感应强度可逆
17、变化的百分数与温度变化度数的比值，称为剩余磁温度系数。 磁化强度矫顽力温度系数（Hcj） 温度在某范围内变化时，磁化强度矫顽力可逆变化的百分数与温度变化度数的比值。 3）磁性基本现象 自发磁化： 原子的核外电子围绕核旋转会产生磁矩，磁矩不能抵消，从而产生剩余的磁矩。但是，如果每个原子的磁矩仍然混乱排列，那么整个物体仍不能具有磁性。只有所有原子的磁矩沿一个方向整齐地排列，就象很多小磁铁首尾相接，才能使物体对外显示磁性，成为磁性材料。这种原子磁矩的整齐排列现象，就称为自发磁化。 既然磁性材料内部存在自发磁化，那么是不是物体中所有的原子都沿一个方向排列整齐了呢？当然不是，否则，凡是钢铁等就会永远带有
18、磁性，成为一块大磁铁，永远能够相互吸引了（实际上，两块软铁不会自己相互吸引）。事实上，磁性材料绝大多数都具有磁畴结构，使得它们没有磁化时不显示磁性。 磁畴： 所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。 居里温度： 对于所有的磁
19、性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性的。 利用这个特点，人们开发出了很多控制元件。例如，我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105度的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。 锶铁氧体永
20、磁材料的居里温度在450460附近，我们常在小电炉将产品退磁、以及测试性能后的产品退磁、余磁产品退磁也正是基于此原理. 什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标 永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr, Br)、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力(jHc)、磁能积(BH)m。我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc)、可工作温度(Tw)、剩磁及内禀矫顽力的温度系数 , ?)、回复导磁率 rec.)、退磁曲线方形度 rec., Hk/ jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。 除磁性能外，永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；
21、机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉）强度、冲击韧性等。此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。 什么叫磁场强度(H) 1820年，丹麦科学家奥斯特(H. C. Oersted)发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转，从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/(2?)米远处的磁场强度为1A/m(安/米，国际单位制SI)；在CGS单位制(厘米-克-秒)中，为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0
22、.2厘米远处的磁场强度为1Oe（奥斯特），1Oe=1/(4?)?103A/m。磁场强度通常用H表示。 什么叫磁极化强度(J)，什么叫磁化强度(M)，二者有何区别 现代磁学研究表明：一切磁现象都起源于电流。磁性材料也不例外，其铁磁现象是起源于材料内部原子的核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流。这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。 定义在真空中每单位外磁场对一个磁偶极子产生的最大力矩为磁偶极矩pm，每单位材料体积内磁偶极矩的矢量和为磁极化强度J，其单位为T（特斯拉，在CGS单位制中，J的单位为Gs，1T=1
23、04Gs）。 定义一个磁偶极子的磁矩为pm/?0，?0为真空磁导率，每单位材料体积内磁矩的矢量和为磁化强度M，其SI单位为A/m，CGS单位为Gs(高斯)。 M与J的关系为：J=?0M，在CGS单位制中，?0=1，故磁极化强度与磁化强度的值相等；在SI单位制中，?0=4?10-7H/m(亨/米)。 什么叫磁感应强度(B)，什么叫磁通密度(B)，B与H，J，M之间存在什么样的关系 理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H时(该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场-关于退磁场的概念，见9 Q)，介质内部的磁场强度并不等于H，而
24、是表现为H与介质的磁极化强度J之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的，为与H区别，称之为介质的磁感应强度，记为B： B=?0H+J （SI单位制） （1-1） B=H+4?M （CGS单位制） 磁感应强度B的单位为T，CGS单位为Gs（1T=104Gs）。 对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等，其磁极化强度J、磁化强度M几乎等于0，故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等。 由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度，磁感应强度B和磁通密度B在概念上可以通用。 什么叫剩磁(Jr，Br)，为什么在永磁材料的退磁曲线上任意测量点的磁极
25、化强度J值和磁感应强度B值必然小于剩磁Jr和Br值 永磁材料在闭路状态下经外磁场磁化至饱和后，再撤消外磁场时，永磁材料的磁极化强度J和内部磁感应强度B并不会因外磁场H的消失而消失，而会保持一定大小的值，该值即称为该材料的剩余磁极化强度Jr和剩余磁感应强度Br，统称剩磁。 剩磁Jr和Br的单位与磁极化强度和磁感应强度单位相同。 根据关系式(1-1)可知，在永磁材料的退磁曲线上，磁场H为0时，Jr=Br，磁场H为负值时，J与B不相等，便分成了J-H和B-H二条曲线。从关系式(1-1)还可以看到，随着反向磁场H的增大，B从最大值Br=Jr变化到0，最后为负值，对于现代永磁材料，B退磁曲线的变化规律往
26、往为直线；J退磁曲线的变化规律则不同：随着反向磁场H的增大，B值线性减小，由于B值的减小量总是大于或等于反向磁场H的增大量，故在J退磁曲线上的一定区域内可以保持相对平直的直线，但其J值总是小于Jr。 什么叫矫顽力(bHc)，什么叫内禀矫顽力(jHc)？ 在永磁材料的退磁曲线上，当反向磁场H增大到某一值bHc时，磁体的磁感应强度B为0，称该反向磁场H值为该材料的矫顽力bHc；在反向磁场H= bHc时，磁体对外不显示磁通，因此矫顽力bHc表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应的能力。矫顽力bHc是磁路设计中的一个重要参量之一。 值得注意的是：矫顽力bHc在数值上总是小于剩磁Jr。因为从（1-1
27、）式可以看到，在H= bHc处，B=0，则?0 bHc =J，上面已经说明，在J退磁曲线上任意点的磁极化强度值总是小于剩磁Jr，故矫顽力bHc在数值上总是小于剩磁Jr。例如：Jr =12.3kGs的磁体，其bHc不可能大于12.3kOe。换句话说，剩磁Jr在数值上是矫顽力bHc的理论极限。 当反向磁场H= bHc时，虽然磁体的磁感应强度B为0，磁体对外不显示磁通，但磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和往往并不为0，也就是说此时磁体的磁极化强度J在原来的方向往往仍保持一个较大的值。因此，bHc还不足以表征磁体的内禀磁特性；当反向磁场H增大到某一值jHc时，磁体内部的微观磁偶极矩的矢量和为0，称该反向磁
28、场H值为该材料的内禀矫顽力jHc。 内禀矫顽力jHc是永磁材料的一个非常重要的物理参量，对于jHc远大于bHc的磁体，当反向磁场H大于bHc但小于jHc时，虽然此时磁体已被退磁到磁感应强度B反向的程度，但在反向磁场H撤消后，磁体的磁感应强度B仍能因内部的微观磁偶极矩的矢量和处在原来方向而回到原来的方向。也就是说，只要反向磁场H还未达到jHc，永磁材料便尚未被完全退磁。因此，内禀矫顽力jHc是表征永磁材料抵抗外部反向磁场或其它退磁效应，以保持其原始磁化状态能力的一个主要指标。 矫顽力bHc和内禀矫顽力jHc的单位与磁场强度单位相同. 在永磁材料的B退磁曲线上(二象限)，不同的点对应着磁体处在不同
29、的工作状态，B退磁曲线上的某一点所对应的Bm和Hm（横坐标和纵坐标）分别代表磁体在该状态下，磁体内部的磁感应强度和磁场的大小，Bm和Hm的绝对值的乘积（BmHm）代表磁体在该状态下对外做功的能力，等同于磁体所贮存的磁能量，称为磁能积。在B退磁曲线上的Br点和bHc点，磁体的（BmHm）=0，表示此时磁体对外做功的能力为0，即磁能积为0；磁体在某一状态下（BmHm）的值最大，表示此时磁体对外做功的能力最大，称为该磁体的最大磁能积，或简称磁能积，记为(BH)max或(BH)m。因此，人们通常都希望磁路中的磁体能在其最大磁能积状态下工作。 磁能积的单位在SI制中为J/m3(焦耳/立方米)，在CGS制
30、中为MGOe(兆高奥斯特)，4?10 J/m3=1 MGOe。 什么叫居里温度(Tc)，什么叫磁体的可工作温度Tw，二者有何关系 随着温度的升高，由于物质内部基本粒子的热振荡加剧，磁性材料内部的微观磁偶极矩的排列逐步紊乱，宏观上表现为材料的磁极化强度J随着温度的升高而减小，当温度升高至某一值时，材料的磁极化强度J降为0，此时磁性材料的磁特性变得同空气等非磁性物质一样，将此温度称为该材料的居里温度Tc。居里温度Tc只与合金的成分有关，与材料的显微组织形貌及其分布无关。 在某一温度下永磁材料的磁性能指标与室温相比降低一规定的幅度，将该温度称为该磁体的可工作温度Tw。由于磁性能的这一降低幅度需要视该磁体的应用条件及要求而定，因此，所谓的磁体的可工作温度Tw对于同一磁体来说是一个待定值，也就是说，同一永磁体在不同的应用场合可以有不同的可工作温度Tw。
