河北工业大学电磁测量期末考试

1、2025级研究生磁测量考试试题1.根据你的理解，请简述各种磁测量方法，并列出参考文献。答：磁测量（Magnetic measurements）是物质磁性及磁场的测量，主要指在一定磁场下对磁化强度及各种环境条件下磁性材料的有关磁学量的测量。磁测量包括对空间磁参量的测量和对磁性材料性质的测量即磁性测量。磁测量的任务主要包括以下三个方面： 一、对空间磁场和磁性材料磁性能的测量； 二、分析物质的磁结构、观察物质在磁场中的各种效应； 三、采用磁性测量原理测量其它物理量。但磁测量往往采用间接测量的方式，即所谓“非磁性的磁测量法”。主要依据的效应是电磁感应原理、磁电效应、磁光效应、磁力（声）效应、磁热效应、

2、磁磁效应以及磁共振效应。1）常用的磁场测量方法主要有：1. 磁力法：利用在被测量磁场中的磁化物体（磁针）或载流线圈与被测磁场之间相互作用的机械力（或力矩）来测量磁场的方法。一般包括采用电子电路的无定向磁强计；采用载流线圈的电动法；还有一种利用磁致伸缩效应的方法。2. 磁通门法：利用被测磁场中磁芯在交变磁场的饱和激励下，其磁感应强度磁场强度的非线性关系来测量磁场。主要用于测量恒定的或缓慢变化的弱磁场，在测量电路稍加变 磁通门磁强计探头结构 磁通门磁强计探头的工作原理图磁通门磁强计原理电路方框图也可以测量交变磁场。3. 电磁感应法：是以电磁感应定律为原理的磁场测量方法。用电磁感应法测量恒定磁场时，

3、可以通过探测圈的移动、转动和振动来产生磁通变化。一般有冲击法测恒定磁场；伏特表法测高频磁场；电子磁通表法测恒定磁场、交变磁场或脉冲磁场和磁通；旋转线圈法；振动线圈法。4. 电磁效应法：利用金属或半导体中通过的电流在外磁场的作用下产生的电磁效应来测量磁场的一种方法。一般包括霍尔效应法；磁阻效应法；磁敏晶体管法。5. 磁共振法：利用物质量子状态变化而精密测量磁场的一种方法，测量的磁场一般是均匀的恒定磁场。一般包括核磁共振法；流水式核磁共振法；电子顺磁共振法；光泵法。6. 超导效应法：利用弱耦合超导体中约瑟夫森效应的原理测量磁场的一种方法。7. 磁光效应法：利用磁场对光和介质的相互作用而产生的磁光效

4、应来测量磁场的一直方法。可用于测量恒定磁场、交变磁场和脉冲磁场。一般包括克尔效应法。2）磁性测量方法 磁性测量的依据主要有电磁感应原理、磁电效应、磁光效应、磁力（声）效应、磁热效应、磁磁效应以及磁共振效应。磁性测量方法主要有高斯计或特斯拉计测量外部磁场；冲击法测材料的磁化曲线和磁滞回线；热磁仪测磁化强度的动态变化；甩脱法测定矫顽力；利用磁天平测量磁化率、饱和磁距和居里温度；利用磁通计测量材料的磁感应强度；振动样品磁强计测量材料的磁化强度。 磁性测量的现状有直接测量原子的磁距；间接测量原子的磁距等。参考文献：1潘启军，马伟明，赵志华，等.磁场测量方法的发展及应用J.电工技术学报,2005，（3）

5、：7-13.2姜智鹏，赵伟，屈凯峰.电测与仪表，2008，（4）:01-05.3李大明.磁场测量讲座R.电测与仪表，1989，（10）:41-47.4李大明.磁场的测量M.北京，机械工业出版社,1993.2.长直螺线管长度1500mm，直径120mm，双层绕线，匝数2400匝，通以10A正弦交流电，请计算螺线管中心处磁场B0，并计算距离中心处50mm的磁场B50。答：对于任意有限长直螺线管中，在空间任意一点P的磁场表达式可以表示为具体表达式为式子中n是单位长度上的线圈匝数， P点距中心轴线的距离为，则有（双层绕线），匝/米,， 在螺线管中心处有并带入上式计算可得到综上所述螺线管中心的磁场B50

6、=0.04T。距离中心处50mm的磁场B50，令并带入磁场表达式可得到综上所述距离线圈中心50mm处的磁场B50=0.0139T。3.请设计一个环形样品的动态磁特性测量实验。答：动态磁特性的测量方法有很多种，例如：伏安法；互感器法；电阻法；电桥法；自动测试记录法等等。所谓动态磁特性是指磁性材料在交变磁场中的磁性能。磁性材料在交变磁场中变现出的磁特性称为交流磁化特性。与静态磁特性不同。物质的动态磁特性不仅和物质本身的磁性有关，还与励磁电流的频率、幅度、波形等因素有关。1) 电压表-电流表法。其原理图如下：在环状试样上均匀绕以匝磁化线圈以及匝测量线圈。经过电流表A接到可调交流电源上，接到平均值电压

7、表上。根据平均值电压表的读数、匝数、频率f、试样等效截面积S，可计算出试样截面中的最大磁通密度，如用有效值电流表测磁化电流，则此时试样的磁场强度，为磁路的有效长度。由于是有效值，所以也是有效值。若想求得此时的最大磁场强度的数值，需用图中互感和平均值电压表的组合替代电流表。此时，是平均值电压表的读数。调节交流电源电压，可获得动态磁特性曲线的全部数据。此种方法的误差为。2 用虚拟仪器测量动态磁化曲线电阻上的电压为，则中的感应电压为：采样测出，则可得到不同磁化电流下，采样并计算：，采集数据最终得到动态磁化曲线。3示波器法示波器法也是常用动态磁特性测量的方法之一，可以测量磁滞回线的示波器称“铁磁示波器

8、”。用铁磁示波器可以直接测量磁性材料的磁滞回线。根据示波器上磁滞回线的波形，还可以确定磁性材料的有关参数，其原理图如下：图中Rs是采样电阻，由此取出的与磁化电流（即磁场强度）有关的信号，加到示波器的X轴上；取自测量线圈的磁通密度信号，经积分器加到示波器的Y轴。此时，可在示波器的荧光屏上展示出材料试样的动态磁特性回线。此回线反映在材料中存在磁滞与涡流效应时的磁特性。此种方法的测量误差主要来自荧光屏上的读数不够准确，误差一般为±(7-10)%。4 ）用虚拟仪器测量动态磁特性此方法最大的特色就是采用积分电路，其原理图如下：根据电路原理可知：电阻上的电压为，则在样品次级线圈上的感应电压为经过放大后有：、关系即为磁滞回线。5）电桥法：利用某些交流电桥线路可测量磁性材料的复数磁导率和铁损。测量材料在声频下的复数磁导率分量和，通常采用麦克斯韦电桥；测量铁损通常采用修正海氏电桥。环状试样中绕以线圈接到桥路中，调节电桥使之平衡，由所测出的试样线圈等效电感和等效电阻以及试样线圈上的电压，即可计算出复数磁导率和铁损。电桥法测量材料动态磁特性的误差为±(15)。另外采用电阻法也可以测量，其原理电路图如下：用电阻法测量BH曲线的原理电路图虽然动态磁特性的测量方法很多，但遵循一些基本的原则才能准确地测量出磁滞回线。实验注意事项：1,、为了