軟磁材料直流磁性能測量方法的發展史

金屬軟磁材料理論研究和工業應用至關重要，瞭(le)解它們的内在參(cān)數自然是必須的。然而對測試結果的評估並非易事，因爲所測量的數據還依賴於(yú)測量設備背後的方法。如：在對軟磁材料閉路樣品的直流磁性能參數的常規測量時，數據的重複性取決於(yú)磁通計和電流源的水平，但更有必要的是掌握正確(què)的測試方法，否則會出現很多問題。

現有标準中如：IEC 64004-4、IEC 64004-7、ASTM A341、A342和 GB/T 13012-2008 等，隻是大緻描寫瞭(le)掃描法或沖擊法測量的過程，其中沖擊法的描寫或仍停留在對傳統經典沖擊法書本上的描叙，或還沒真正理解磁測量理論，尤其是如何控制沖擊速度和採(cǎi)集取值時間，達到消除渦流阻尼在金屬軟磁測量過程中的影響，這使得測試數據出現較大差異成爲常态。

中國做爲磁性材料生産和應用大國，有必要做好軟磁直流特性測(cè)量的工作，這将有利於(yú)爲我國新材料、汽車、**、通訊傳感和智能制造等事業的基礎(chǔ)研究提供準確(què)的磁性材料測(cè)量數據。中國軟磁材料直流磁性能測(cè)量方法的發(fā)展史是一個一步一步接近材料直流磁特性的過程，這過程也是從1G發展到5G軟磁直流磁測量的過程。

1980年代以前（1G），參(cān)考前蘇聯技術，採(cǎi)用經典的沖擊法測量軟磁材料的直流磁性能，沖(chōng)擊法是從定義出發的磁性材料直流磁性測(cè)量經典方法！沖(chōng)擊法直流磁性測(cè)量的關鍵是ΔB的準確(què)測量，*早採用沖擊檢流計，靠慣性積分，速度慢，精度低，限制瞭(le)這個經典測量方法的應用，但在原理上它仍然是唯壹！

1990年代（2G），在中國(guó)計量科學研究院瞿清昌上等工程師的領導(dǎo)下，由中國(guó)計量科學院爲主導(dǎo)，湖南省婁底地區電(diàn)子研究所參(cān)與，将計算機、D/A變換器、勵磁電流發生器、積分器有機結合，實現瞭(le)採(cǎi)用模拟沖擊法測試初始磁化曲線和掃描法測試磁滞回線的方法，在測試材料的初始磁導率ui和*大磁導率um重複性方面得以大大提高，該過程屬於(yú)定性，測試結果也朝著(zhe)正確的方向接近，模拟沖擊法測試磁滞回線的方法因當時勵磁電流發生器和積分器還比較落後，測試重複性較差，難以勝任磁滞回線和相關參數的測量。

2000年代（3G），以湖南省聯衆科技有限公司爲代表，實現瞭(le)採用模拟沖擊法測試軟磁材料直流磁性能磁滞回線方法，将測試回線和參數的重複性得以提高，並(bìng)基本上滿足瞭(le)低渦流阻尼軟磁材料的直流磁性能測試要求，但還是屬於一個定性，針對不同的材料使用什麽樣的沖擊周期控制獲得直流磁性能還是空白。

2010年代（4G），以湖南省永逸科技有限公司爲代表，将模拟沖(chōng)擊法繼續往前再推進一步，主要核心技術是採(cǎi)用微機智能執行循環沖(chōng)擊磁化曲線和磁滞回線，直到與前一周期沖(chōng)擊結果比較滿足0.3%以下的差異，認爲獲得瞭(le)材料的直流磁性能結果，並(bìng)**申請國家發明磚利。這種測量方法算定量，可将測(cè)試偏差縮小到更小範圍内，但存在測(cè)試時間相對比較長(zhǎng)，尤其對在要求測(cè)試到Hs 比較(jiào)高的情況下，積(jī)分器漂移偏差影響難以修正。

2020年（5G），湖南省永逸科技有限公司在巴塞羅(luó)那自治大學陳笃行教授的指導下，通過控制H(t)函數獲得等B條件下進行的兩次不同掃描速率R（A/m/s）條件下的磁滞回線，這樣可外推R=0，獲得DC磁滞回線的方法；同時發明瞭(le)通過計算機編程人工智能優化，對單點沖擊過程採(cǎi)用自動判斷ΔB值變化小於0.1%條件下，即保證在dH/dt=0，dB/dt≈0穩态下取值，這是一種完全從定義出發，保證瞭(le)測(cè)試結果的唯壹性定量測(cè)試的方法！它将在軟磁材料、尤其在對高渦流阻尼的金屬實心環的直流磁性能測(cè)量中發揮重要的作用，也将爲科研工作者進(jìn)一步掌握軟(ruǎn)磁材料的磁化機理（沖(chōng)擊法磁化時間波譜）提供可靠的測(cè)試手段！測(cè)試速度也較以前得到提高，整個測(cè)試過程完全由計算機智能判斷和控制，無需人工幹預。

我們将此測試方法再次申報(bào)中國發明磚利，同時因測試方法便於(yú)實現，我們還将這種方法推薦給全世界，推動它成爲閉路金屬軟磁材料直流磁性的國際标準（當然測試方法同樣也适合對低阻尼軟磁材料：如軟磁鐵氧體的測量，測試速度将更快），以滿足金屬軟磁材料直流磁性能測試數據的一緻，獲得相關标準樣品！

鑒於(yú)對我國軟磁材料直流磁測量設備發展的曆史分析，在此插入一段對目前我國正在讨論的是否取消标準樣品的看法。首先标準樣品代表的是一個階段，採用大家認知和認可的一種測試規則條件下，對樣品進行賦值獲得準確的測試結果，在物理計量中标準樣品屬於(yú)一個标準器，可以使用它來對測試設備進行溯源和校準，甚至可用來判斷設備測試方法是否滿足标準規範的要求！标準樣品測準確賦值也将随著(zhe)測試設備分辨率、精度和測試技術的進一步提高而提高！

目前磁測量設備供應商普遍存在爲滿足市場和用戶特殊需求，參考标準樣品數據或根本不參考标樣數據對測試結果進行随意調整的現象，這種行爲很可能會降低标準樣品在溯源過程中作用和可信度。特别在近期行業會議的讨論過程中，還有人提出取消标準樣品的呼聲，理由是标準樣品也是採(cǎi)用設備測試出來的，數據是可以通過軟件進行修改的！這是不負責任的說法。至少發言人是根本不懂磁測量的目的和标準樣品的意義，更不懂磁性材料的磁化機理，對标準樣品的認識停留對幾個參數上，這不便於(yú)磁性材料的研究和磁性材料的應用。實際在對軟磁材料直流磁性能測量研究過程中，已經将測試要求延伸到将整個磁化曲線和磁滞回線的測量準確，這是不能通過簡單的磁感應、磁場強度修正做到的！

正如在AMST委員會的主持下， 2007年組織過一次國際軟磁材料直流磁性能各實驗室設備(bèi)進行過的一次測(cè)試設備(bèi)比對後發表的一篇論文：《Precision and Accuracy Study on Measurement of Soft Magnetic Properties Using DC Hysteresigraphs》（IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL. 43, NO. 5, MAY 2007），文中雖然作者沒有交待NPL採(cǎi)用什麽方法測(cè)試，隻說目前美國NIST還沒有提供1J85标準樣品的能力。但由十名參與者採(cǎi)用五家設備(bèi)制造企業生産的軟磁材料直流磁性能測量裝置測(cè)試結果取平均值，再與英國(guó)的國(guó)家物理實驗室（NPL）測試比對，特别對1J85樣品來看，除Hs和Js偏差極(jí)小外（說明磁通計和電(diàn)流源定标一緻性好），Hc偏高瞭+34.72%！！！um偏離-13.01%！！！Jr偏離+4.25%！！！這案例從(cóng)側(cè)面也反應出标準樣品是何等的重要，總不可能針(zhēn)對(duì)不同材料做不同的修正吧！磁測量技術的進步是同時也是獲(huò)得材料的真實(shí)磁性能（即标準樣品）的過程，不斷(duàn)提高磁測(cè)量水平，才是一項有意義的工作。

中國現代磁測量發展近40年來，标準樣品的傳遞在此過程中起著(zhe)重要的作用！沒有可溯源的标準樣品做參考來檢驗設備(bèi)，它的後果是相當可怕的！這點需要特别強調和引起重視！隻有經過不斷的努力，提高磁測量的技術和完善測試标準，獲得标準樣品，才能有效的對相關測試設備(bèi)進行考核！