棒状Fe-Ga合金材料的静态B-H曲线测试

棒状Fe-Ga合金材料的静态B-H曲线测试姓名：王启龙学号：201431403054铁镓合金材料是一种具有良好应用前景的新型磁致伸缩材料，该材料在磁场和应力的作用下会发生长度和磁感应强度（或者磁化强度）的变化，可广泛应用在致动器、传感器、精密测量与控制、能量转换等领域。本实验采用一种磁致伸缩材料磁特性测试仪对棒状铁镓合金材料的静态磁性特性B-H曲线进行测试并分析实验结果。1.测试仪主测量部分结构框架测试仪结构如图1所示，1-下回路模块，2-线圈，3-上回路模块，4-上极头，5-磁致伸缩棒，6-螺栓，7-铝板，8-下极头，9-标准力传感器，10-顶盖，11-油缸，12-油池底座，13-手轮，14-永磁体。图1磁特性测试仪结构图所述的主测量部件中上回路模块3和下回路采用40片硅钢片，每片厚度为0.5mm。上回路模块3和下回路模块1的水平板中间各有一个直径为15mm的孔洞。所述的上极头4和下极头8为45号钢，两个极头直径相同，长度不同。所述的应力施加装置可以采用包含顶盖，油缸，油池底座和手轮的粉末油压压片机来实现。所述的线圈2为匝数1045匝，直径0.9mm的漆包线。所述的螺栓为直径为6mm的标准螺栓。磁材料5外绕有40匝感应线圈。所述的测试仪可以测量的磁材料长度范围为4-40mm，可以为直径小于14mm的圆柱形棒材，也可以是其他形状，长度范围为4-40mm的材料。2.测试原理和测试方法主测量部件的上极头和下极头长度不同，直径相同，该结构使得待测的磁致伸缩材料中磁场强度均匀，棒表面和棒中的磁场强度近似相等。主测量部件的左右两个线圈并联连接，能通过的最大电流为5A，适合给低饱和磁场的磁致伸缩材料施加磁场。测试的原理是利用霍尔效应法测量H,利用冲击电流法测量B，然后用作图工具Origin作图得到铁镓合金材料的B-H曲线。霍尔效应法：霍尔元件的典型结构如图2,2×4×0.15mm,置于磁场中，若磁场方向与霍尔片垂直，并从一个对边通入电流，则另一个对边将出现电压，所产生的电压与电流、磁场正比。图2霍尔元件结构图即:霍尔电势其中，hE—霍尔电场强度，hR—霍尔系数，j—电流密度，B—磁感应强度。霍尔电势与电流成正比,与霍尔元件厚度成反比。进而得出：将铁镓合金材料外部感应线圈的两端接到HT701数字磁通计上，读出磁通大小ᶲ，BjREhHaBbaiRaBjRaEUhhHHBbiRhbiRUBhH0BH由公式NSB,从而求得磁材料内部磁感应强度B。测试方法：用到的测量仪器有DF1731SL10A直流稳压电源，HT701数字磁通计，应力施加装置选用769YP-24B粉末油压压片机。测试前将仪器调试好，将主测试装置安装在769YP-24B粉末油压压片机内，并将HT701数字磁通计重新置位，将线圈2两端接至DF1731SL10A直流稳压电源，将感应线圈的两端接到HT701数字磁通计上。将霍尔元件A1321LUA垂直置于合金材料的表面，确保压力为零，逐渐增大直流稳压电源的输出电流至最大值然后逐渐减小至0，并记录数据，改变电流方向重复操作一次。实验流程图如图3：图3，实验流程图3.测试结果与分析将从上述实验中得到的实验结果在绘图软件Origin上进行处理并作图，最终得铁镓合金材料在静态下的B-H曲线如图4：-20-15-10-505101520-3000-2000-1000010002000BHB图4，静态无压下铁镓合金材料的B-H曲线从图4可以看出，在电流向一个方向从零开始增加时，随着磁场强度H的增加，磁感应强度B在线性段增加迅速。当磁场强度H大约达到2.7kA/m以后，磁感应强度B也慢慢达到饱和状态，随后随着磁场强度H的增加磁感应强度B线圈通入电流测试材料磁场发生改变实验准备霍尔芯片感应线H-B曲线得到H得到B的增加更为缓慢。而且可以看出此时的磁滞回线面积非常小！4.结论此铁镓合金磁特性测试仪能够进行具有低饱和磁场的B-H曲线得测量，是一种新型的磁材料测试仪器，具有结构简单，灵敏度高，测量准确，操作简单等特点。实验结果与磁致伸缩材料正磁致伸缩效应的报道结果趋势相同。有重要的实际应用价值。5.参考文献[1]王博文，曹淑英，黄文美.磁致伸缩材料与器件[M].北京：冶金工业出版社2008,150~172[2]罗宁，铁甲合金力传感器设计与实验研究[D].天津：河北工业大学，2014[3]张成明，超磁致伸缩制动器的电-磁-热基础理论研究与应用[D].哈尔滨工业大学，2013[4]陈重，崔正勤，胡冰.电磁场理论基础（第2版）[M].北京：北京理工大学出版社，2010:137~141152~163