无磁、弱磁材料磁性能的测量方法
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摘 要：最近几年，我们国家的经济以及科技都获取了显著的发展。比如弱磁探测相关的技术就得以明显发展。在这种背景之下，无磁以及弱磁材料对设备的性能影响变得更加明显。所以，我们必须认真开展无磁以及弱磁物质的磁性测试以及筛选工作。作者具体分析了几类常见的测量措施，并且简单的比对了它们的运用区间以及测量关键点等相关内容。
关键词：无磁材料；弱磁材料；磁天平；磁导率；磁化率
引言
所谓的无磁材料，具体的说指的是那种不具有磁性的材料，像是最常见的铜铝等。而弱磁材料，指的是那种磁性非常低的材料。在过去的时候，当我们设计零件的时候，非常关注永磁型物质的性能，对于那些没有磁性的物质的性能却在很大程度上忽略了。不过由于当前时期，电子工艺不断发展，此时电子设备开始朝着小型化以及高精确性方向发展，这时那种没有磁性的物质的性能对设备的特性影响就变得非常受关注了。目前很多行业都使用无磁材料，比如我们国家的国防工作。潜艇中所用的系列无磁不锈钢，导航系统所用的铜材，铜漆包线、铝材、钛合金、陶瓷等全部属于无磁物质，这些物质的磁导率等特性会对设备的精确性等产生非常明显的影响。通过长久的开展无磁材料性能测试工作，我们发现了非常多的问题，很多的使用人都不熟悉此类物质的特性，也不知道怎样检测它们的性能，在选择以及运用的时候不知道怎样测试它们的品质，最终的后果是使得设备不符合规定，有的根本不能正常使用，最终只能再次检查，这就在无形之中加大了材料的浪费率，而且浪费时间和金钱。作者在这个前提之下，具体分析了无磁以及弱磁物质的性能测量工作。
1 测量方法研究
文章讲到的磁性指的是无磁以及无磁物质的磁化率以及剩磁等数值，我们常使用磁天平、振动样品磁强计和磁通门磁强计等来测试，它们的原理并非是完全一样的。
1.1 磁天平的测量原理
磁天平的基本原理概括来说就是通过非均匀磁场作用在磁性物质上的力的测量，以此来获取磁性数值的一种措施。按照测量措施来区分的话，它又可以分成古依法和法拉第法等[2]。古依法测量原理，将横截面积均匀的长棒状样品悬挂在天平挂钩上，并放置在由电磁铁产生的磁场中，要求样品下端处于电磁铁两极头的中心点，上端处于在磁场零点处或是接近零点处。
1.2 振动样品磁强计的测量原理
振动样品磁强计是基于电磁感应原理制成的仪器，其有两个种类。一种是被磁化的样品在包围它的测量线圈中或在两个串联反接的线圈之间以某一频率作往复运动，将得到的感应电动势积分，输出与磁通量变化成正比的电压。第二种类型的振动样品磁强计是采用小样品在探测线圈之间做小振幅振动，这时样品可视为一个磁矩为m的磁偶极子，探测线圈感应由于样品振动而带来的磁偶极子场的变化，可以推出线圈的感应电势与样品的磁化强度成正比[2]。
1.3 磁通门磁强计的测量原理
磁通门磁强计是一种弱磁测量仪器，它是一种以铁磁材料在恒磁场和交变磁场同时作用下的非线性物质为基础的，利用电磁感应定律而制成的仪器[2]。其灵敏性非常高，不过在使用的时候要借助屏蔽技术排出磁场干扰。使用这个措施无法得知磁绝对数，只能用来相对对比。
2 几类测量措施的比对
2.1 测量范围简述
在无磁、弱磁材料的磁性能测量中，主要测量的磁性参数是磁化率、磁导率和剩磁，采用的仪器有振动样品磁强计、磁天平和磁通门磁强计。其中磁通门磁强计在采用静磁屏蔽技术排除干扰磁场后，能够直接的测试剩磁。振动样品磁强计和古依天平则都可以用来测量磁化率、磁导率，不过它们的应用范围并不是完全一样的，在具体的工作中要结合样本的类型选择正确的设备。振动样品磁强计适用于测量各种无磁不锈钢的磁导率、剩磁等磁性参数，测量磁化率时精度可达到10-7。古依天平则适合于测量铜材、铜漆包线、铝材、钛合金、陶瓷等大部分无磁、弱磁材料的磁化率及磁导率，它规定样本磁化率控制在10-4-10-7之间，无法用来测试那些磁化率较明显的物质。虽然振动样品磁强计和古依磁天平在测量磁导率时的精确性差不多，不过因为前者可以测试较小的样品，所以它更加受到人们的青睐。
2.2 测量过程控制与数据处理
我们都知道，由于无磁类物质的磁性非常弱，所以，我们在测试的时候必须使用灵敏性较高的设备，而且测量的时候也要认真处理数据。使用相同的设备测量相同的样品，如果数据处理的不一样的话，最终得出的结果必然是完全不一样的。具体来讲，我们在工作中必须要确保样品磁洁净，禁止携带各种杂质以及灰尘。而且要确保设备的零件洁净。
除此之外，还要认真处理数据。假如使用的是振动样品磁强计的话，在处理数据的时候就要意识到退磁因子会对最终的结果有很大的干扰。如果使用的是古依天平的话，在使用二乘法计算导磁率的时候，要把每个点的数值放大到规定的区间，此举的目的是为了降低失误。
2.3 样品制备
样本制备工作在测量工作中占据的意义非常重大。它影响到最终数据的精准性。不一样的测量措施，对于样本的制备规定也是完全不一样的。
2.3.1 古依磁天平样品制备
结合古依天平测试理念我们知道，它对于样品有着严格规定，具体来说规定其应该是截面一致的杆状，而且它的长度要足够长。不过在具体的测试的时候，样品也可是圆棒或是板材等，如果使用的是试样管的话，还可以是粉末。一般来说其尺寸要保持在×150左右（单位：mm），较之于别的措施来看，该措施规定的样本尺寸要明显的大很多。
2.3.2 振动样品磁强计样品制备
振动样品磁强计对于样品的形状有着严苛的规定，通常规定其为圆形或是片状。而且它的重量也不能够超过0.29。
2.3.3 磁通门磁强计样品制备
此类措施对于物品的大小以及形状等没有严苛的规定，不过因为磁强计无法得知材料剩磁的具体精确数值，所以我们只可以相对来看，为了保证精确性较高，我们一般规定被测试的物品最好是和样品的大小以及形态等相同。
3 结束语
当前时期，无磁以及弱磁物质已经被大量的应用到我们国家的经济建设工作之中，比如国防方面以及精确性设备的制作方面。对于很多意义重大的设备来讲，为了降低它们被发现的概率，我们在制造的时候多是使用无磁性的物质，比如潜艇就是使用钛合金。在越来越向小型化、高精度化、高稳定性发展的电子设备中所使用的无磁、弱磁材料的磁性能对保证产品的精度和稳定性方面起着不可替代的作用。因此，我们必须认真研究无磁物质的测量以及筛选工作。作者具体分析了常见的几类测量措施，其中振动样品磁强计和磁天平都可以用来测量无磁、弱磁的磁性能，前者适合测量磁导率相对较大的材料，后者适合测量磁导率较小的物质。
参考文献
[1]冶金工业信息标准研究院，中国标准出版杜第五编辑室.高温合金.精密合金，耐蚀合金标准汇编[M].北京：中国标准出版社，2006.
[2]金属材料物理性能手册―金属物理性能及测试方法[M].北京：冶金工业出版社，1987.
[3]崔利亚，杨锋，孙永红.弱磁器件铁磁性污染的古依磁天平测量与分析[A].第十二届全国磁学和磁性材科会议论文集[C]，2005.