磁性能测量－软磁材料的退磁方法

最近在审阅一份“软磁材料直流磁性能测量装置”招标技术要求中看到要求为：“环形样品的退磁机必须采用自耦合50Hz交变等B退磁，且退磁时间可调。”湖南永逸科技有限公司对此提出相关质疑。

1、采用耦合50Hz交变退磁是必要条件吗？
2、针对不同的软磁材料，等B退磁能控制并实现吗？
获得的答复为：
退磁效果的好坏直接影响软磁材料测量结果，因此根据国家检定规程JJG354-1984的规定，对于叠片或卷绕软磁环形样品，要求采用自耦合50Hz交流退磁，最好为等B退磁。较技术要求标准内容有一定的修改，但招标内容没有改变。
首先我们再学习一下JJG354-1984样品退磁的要求：
1、迭片或卷绕样品，采用交流50Hz退磁，退磁时间一般为1-2min，退磁磁场至少应大于10倍的矫顽力。
2、实心样品采用直流换向退磁，开关换向一次时间不小于2s。
3、高导磁样品最好在屏蔽中退磁。
4、样品退磁后的存放时间一般为15-30min，在此期间样品不得有任何微震，否则应重新进行退磁。
　　比较下，看看差异，想想看按JJG354-1984操作规范是如何做到一致性？上世纪80年代我们的科学工作者是多么的严谨。只是受当时技术条件限制，实现起来非常难，同时人为操作偏差会影响退磁的效果。
　　下面讲讲根据湖南永逸科技有限公司在磁测量开发过程中学习并掌握的方法：
首先，由于铁磁体的磁化状态不仅与当时所加的磁场有关，还与其磁化历史有关，即与磁滞现象和剩余磁化有关。所以线圈绕制完毕后还必须对样品进行退磁，以使其回到真正的H=0和B=0的状态。以消磁化历史对测量结果的影响。尤其在测量弱场下软磁材料的磁化曲线及初始磁导率时，必须特别注意退磁后起始状态的获得。否则不完善的退磁将会导致很大的误差，直接影响初始磁导率的重复性。
　　退磁方法目前有热退磁和周期减幅退磁两种。
　　热退磁的方法就是将样品加热到居里温度以上，然后在无外场的条件下，缓慢冷却到室温。此方法为完全退磁，可以消除应力作用。但费时多，且有可能导致样品中的晶粒结构发生变化。
　　周期减幅退磁原理为使样品周期地反复磁化，同时逐渐减小磁化场的幅度，一直到零为止，其B值随着H变化，并非控制等B退磁（在材料磁化曲线不知道的情况下，等B控制是不好实施的，B是通过次级感应来锁定达到的，即使在获得磁化曲线的情况下等B控制退磁也是不现实的，除非有一台类似硅钢磁性能测量装置从高场往低磁锁定B进行测量来完成退磁过程）。周期减幅退磁又可分为换向退磁和低频交流退磁两种，低频交流退磁频率越低越好（注意并非是指标中的“必须采用50Hz自耦合”）。
　　直接换向退磁是采用磁化电路中的换相开关，在不断换向过程中是退磁电流从某一个最大值（一般要求大于材料的10倍Hc）逐步减小到0，这种方法由于机械零点和磁场控制难满足材料的退磁波形要求，造成测试初始磁导率重复性差，不容易退磁到零。
　　工频交流退磁即在样品上添加一个低频交变的磁场，并使振动幅度从某一个最大值均匀的减小到零，目前有些企业采用对50Hz的交流市电变压器带调压器的方式来实现，这是一种很经济的方法。但是这种方法是不可取的，难以保证控制细读要求，不同的操作人员很难控制到同一的退磁方式，在现性较差。如一定要采用该方法，建议采用在交流螺线管插入可精确控制移动的感应铁芯，并通过绕制在动铁芯上的感应绕组对退磁样品进行退磁，铁芯移除螺线管的距离要求达到1米左右，再将感应线圈转90°，然后断掉交流电。该方法为我们80年代老一代科研工作者所使用的方法，方法和操作非常严谨。
　　退磁结果的好坏一般根据材料的磁导率、电导率、厚度和磁滞特性等所决定，由以下几点因素决定：
1、退磁磁场的幅值：磁场要求大于10倍Hc；
2、退磁磁场的频率：频率越低越好；
3、退磁磁场的时间：过程持续越长越好；
4、退磁波形的控制：波形越接近材料的励磁波形越好。
　　针对以上几个重要因素，在科技已经迅猛发展的今天，参考相关标准制作采用微机控制低频交流电源进行程控退磁，能更好的满足退磁的要求，并能很好的保证测试的重复性和在现性。
1、采用可程控输出电流：uA~10A级别多量程电源（我们采用13档的电源实现）；
2、采用退磁频率更低的功率放大器实现：经过对不同材料的实验结果比较，我们将退磁电源的输出频率确定为10Hz（保证重复性、再现性的前提下提高效率）；
3、退磁场通过精确控制输出电流来实现，退磁时间控制为3分钟；
4、退磁波形根据材料的励磁波形，即饱和后材料B值变化缓慢，初始时B值变化快，并参考软磁材料的瑞利区进行最小电流的输出控制，退磁磁场控制到瑞利区以下不少于10个点，最后输出电流到0。
　　这些通过程序控制很容易实现，只是稍微增加了励磁程控电源的成本和软件的设计，退磁效果远远超出招标要求的水平，经过多年为用户提供测试设备反馈，达到满意退磁效果。
附：常用材料的瑞利区参考范围：
1、纯铁：0.8A/m
2、硅钢：5A/m
3、铁氧体：3A/m
4、坡莫合金：0.08A/m
5、非晶纳米晶：0.08A/m

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