1、應(yīng)用阻抗分析儀測(cè)量磁芯復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的不確定度分析吳瓊，王寶燕，胡秀坤，肖小飛（中國(guó)計(jì)量學(xué)院國(guó)家磁性材料及其制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（浙江），浙江杭州）摘要：應(yīng)用阻抗分析儀及短路同軸腔測(cè)量了鎳鋅鐵氧體材料高頻下的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，具體介紹了該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量重復(fù)性及儀器精度導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度以及合成不確定度、擴(kuò)展不確定度等評(píng)定過程。結(jié)果表明，在頻率范圍內(nèi)，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實(shí)部和虛部的擴(kuò)展不確定度為左右，證實(shí)了用這種方法測(cè)量高頻復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率是可行的。通過比較發(fā)現(xiàn)，隨著頻率的增高，的不確定度增高，而的不確定度卻呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：阻抗分析儀；復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率；測(cè)量；不確定度中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（），：￥，“泣，

2、泣：；引言復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率一”是表征在正弦交變磁場(chǎng)下磁性材料磁特性的重要參數(shù)。對(duì)于軟磁鐵氧體材料來說，磁導(dǎo)率是一個(gè)標(biāo)稱參數(shù)。為適應(yīng)電子設(shè)備微型化的需要，磁性材料的使用頻率越來越高，其復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的測(cè)試頻率也從過去的肛提升到。低頻條件下，通常是在環(huán)形樣品上繞制測(cè)量線圈即磁芯線圈進(jìn)行測(cè)收稿日期：修回日期：基金項(xiàng)目：國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（）；浙江省科技廳分析測(cè)試科技計(jì)劃項(xiàng)目（）作者通信：磁性材料及器件年月量的，當(dāng)測(cè)試頻率上升到時(shí)，由于磁芯線圈分布電容和導(dǎo)線銅損的增大，此時(shí)采用考慮分布電容的修正方法也難以得到真實(shí)的測(cè)量結(jié)果【】。固定長(zhǎng)度的終端短路同軸腔是一個(gè)低損耗的集中參數(shù)電磁系統(tǒng)，它可以產(chǎn)生一個(gè)沿樣

3、品徑向均勻磁化的環(huán)形交變磁場(chǎng)。由它取代“磁芯線圈”進(jìn)行高頻復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率測(cè)量，可以得到相對(duì)真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。經(jīng)過幾十年的發(fā)展它已經(jīng)作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法的形式固定下來】。但是，用這種方法測(cè)量復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的準(zhǔn)確性和可靠程度卻鮮有評(píng)定。測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠程度用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和說明了置信水準(zhǔn)區(qū)間半寬度的擴(kuò)展不確定度來衡量。測(cè)量不確定度的概念以及不確定度的評(píng)定和外導(dǎo)體蓋。；：息息昌昌。卜防叫卜一“一玖一（）、圖（）短路同軸腔示意圖和（）等效電路表示方法的采用，是計(jì)量科學(xué)的一個(gè)新進(jìn)展，是測(cè)量誤差的綜合和發(fā)展【，】。本文應(yīng)用公司的阻抗分析儀和配套磁性材料測(cè)試夾具在頻率范圍內(nèi)對(duì)鐵氧體環(huán)形樣品進(jìn)行測(cè)量，對(duì)測(cè)

4、試結(jié)果的不確定度進(jìn)行分析，以期揭示應(yīng)用阻抗分析儀測(cè)量磁芯復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的準(zhǔn)確性和可靠程度。測(cè)量原理阻抗分析儀是基于電流一電壓法來測(cè)量磁芯復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的。夾具是一種具有固定長(zhǎng)度和短路端蓋的同軸腔。環(huán)形樣品套在中心導(dǎo)體上并緊貼短路端蓋，將中心導(dǎo)體和腔體接到測(cè)試儀器后，短路同軸腔可以視為匝數(shù)等于的線圈。樣品選用鎳鋅鐵氧體，尺寸如下：內(nèi)徑，外徑、高。當(dāng)線圈外加交流電壓礦時(shí)，回路中流過交流電流厶，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此時(shí)產(chǎn)生平行樣品表面的磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)溫度為，濕度為。圖是終端短路同軸腔的原理示意圖，圖是其等效電路，圖中、尺。為空腔電感和損耗電阻，厶和凡為被測(cè)樣品的電感和損耗電阻，它們組成串聯(lián)等效電路。當(dāng)我們用任何一

5、種測(cè)量方法得到厶、和風(fēng)、之后，就可計(jì)算復(fù)磁導(dǎo)率實(shí)部和虛部。了。對(duì)于采用終端短路同軸腔，羽，則有“，：旦（）“一。風(fēng)脅丟“一：竺（）。式中一瓦為加樣腔電感和空腔電感之差，一足，為加樣腔電阻和空腔電阻之差。鍪圖測(cè)量不確定度來源測(cè)試系統(tǒng)不確定度分析測(cè)試不確定度的數(shù)學(xué)模型材料復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部。，它們的評(píng)定模型可用下式表示用其中為被測(cè)樣品參數(shù)的讀出值；為被測(cè)樣品參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量不確定度來源分析圖為測(cè)量不確定度的可能來源。當(dāng)測(cè)試一給定樣品，非抽樣樣品，樣品選擇及采樣所引起的不確定度可忽略；測(cè)試全過程為同一人員操作，并按同一操作過程完成，可消除由人員帶來的不確定度；測(cè)試室溫、濕度對(duì)材料測(cè)量結(jié)果影響

6、較小，可忽略不計(jì)。因此根據(jù)評(píng)定模型及圖，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的不確定度由兩部分（分量）組成：（）測(cè)量重復(fù)性所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度姒；（）阻抗分析儀測(cè)試精度導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（）。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定由測(cè)量重復(fù)性所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（標(biāo)準(zhǔn)，不確定度類評(píng)定）對(duì)鐵氧體磁芯樣品的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率進(jìn)行次獨(dú)立測(cè)量，用貝塞爾公式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度：廳一（）（一）（一）相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：，（）（）（）測(cè)量結(jié)果如表所示。阻抗分析儀的測(cè)試精度所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度甜）阻抗分析儀說明書表明，廠時(shí)，阻抗分析儀的測(cè)試精度為【】：表測(cè)量結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表”測(cè)量結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表不同頻率下的樣品參數(shù)不確定度計(jì)算結(jié)果的相對(duì)精度

7、彳（）：若腳”囂胴】（）損耗角正切的相對(duì)精度（。）：笆竺廠生幽（）”其中，廠為測(cè)試頻率（）；（），、分別為待測(cè)樣品的高度、內(nèi)徑和外徑；和。分別為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部的測(cè)量值：，（）為的類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。儀器測(cè)試精度所引起的不確定度按類方法磁性材料及器件年月評(píng)定，認(rèn)為服從均勻分布，置信因子為；，自由度（）為。則，。，的類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為警，爭(zhēng)警的相對(duì)不確定度可以通過計(jì)算得到：，（合成不確定度（）相對(duì)合成不確定度為甜。州（）獗再而（）（）確定擴(kuò)展不確定度定度卻呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。在沒有特殊要求的情況下，按國(guó)際慣例，取擴(kuò)展因子，則相對(duì)擴(kuò)展不確定度為砜。（工）（）從表的測(cè)試數(shù)據(jù)，可得到計(jì)算結(jié)果如

8、表所示。結(jié)語(yǔ)本文介紹了阻抗分析儀測(cè)量磁芯復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的工作原理和理論模型，并對(duì)不同頻率下測(cè)得的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率進(jìn)行了不確定度分析。分析結(jié)果表明在頻率范圍內(nèi)，復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實(shí)部和虛部。的擴(kuò)展不確定度為左右。通過比較發(fā)現(xiàn)隨著頻率的增高，的不確定度增大，而。的不確參考文獻(xiàn)：【】周世昌磁性測(cè)量【】北京：電子工業(yè)出版社，【】，軟磁鐵氧體材料測(cè)量方法【】【】倪育才實(shí)用測(cè)量小確定度評(píng)定】北京：中國(guó)計(jì)量出版社，】劉智敏不確定度原理】北京：中國(guó)計(jì)量出版社，【】瞄】，作者簡(jiǎn)介：吳瓊一），女，碩士，安徽桐城人，助理研究員，主要從事磁性材料檢測(cè)技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)研究妊矚娃鴨蠕嗨娃娃娃研啦性墻艟聵惦性啵嗨啵啵啦鐮啦啦研舳啵嗨鑷”蝴鴨啵蝴昭

9、鑷詔蟾嗨輻啦蟾啵椎”舳嗨蟾蟾鉑礁蝴蟾椎娜慨啵增舳皤拋鐮鐮啦魄鐮鐮啵鑷惱輔圖一口一鐵氧體骯及的比較有關(guān)。所有這些因素作用的結(jié)果，都有可能帶來氣孔致寬刪；貢獻(xiàn)的增加，共同掩蓋了取代引起的崩變化。圖中兩種含量的樣品的自旋波線寬風(fēng)很接近，都隨含量的增加而逐漸減小，其原因還有待進(jìn)一步查明。從圖可知，隨著含量的增加含量的鐵氧體的剩磁比呈線性下降，而的材料的剩磁比在含量區(qū)間變化不大，而后才趨于減小。這是因?yàn)椋啪Ц飨虍愋缘臏p弱不利于剩磁比的提高，非磁性、離子的取代量較大時(shí)都會(huì)帶來的下降。十含量多的鐵氧體的蜀隨離子取代所引起的改變可能會(huì)比含量少的更明顯，因而剩磁比有顯著下降。圖中矯頑力皿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含量棚

10、的樣品的皿比的材料的要低一些，同樣也是這個(gè)道理。矯頑力對(duì)顯微結(jié)構(gòu)因素也十分敏感，含量的樣品的較低風(fēng)還跟隨含量增加氣孔率減小有一定的關(guān)系。剩磁比尺也與氣孔率等顯微結(jié)構(gòu)有關(guān)，但礎(chǔ)后隨著含量的減小，可能主要來自大量的取代所導(dǎo)致的各向異性顯著減弱。結(jié)論用法制備的低溫?zé)Y(jié)鐵氧體的特性隨、取代的變化與普通陶瓷工藝制備的鐵氧體的變化規(guī)律卅相似：（）聰隨離子的增加而減小，隨的增加而增加；（）居里溫度隨、離子的增加而下降：（）隨離子的增加而減小，隨針的變化不大；鞏隨的增加而下降，隨的變化不大；（）取代量越大皿越小，取代引起的和腹的變化不很明顯。參考文獻(xiàn)：】，【】，叨，：】韓志全，廖楊，馮濤【】第十二屆全國(guó)磁學(xué)和

11、磁性材料會(huì)議論文集【】武夷山，：【】韓志全，廖楊，馮濤陰磁性材料及器件，（）：】，【】，（）：】何瑞云，侯居正】第七屆全國(guó)微波磁學(xué)會(huì)議論文集廈門，：】鄧紹清，何瑞云，喻順江離子代換對(duì)鐵氧體旋矩特性的影響【】，綿陽(yáng)：西南應(yīng)用磁學(xué)研究所， 應(yīng)用阻抗分析儀測(cè)量磁芯復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的不確定度分析作者：吳瓊， 王寶燕， 胡秀坤， 肖小飛， WU Qiong， WANG Bao-yan， HU Xiu-kun， XIAO Xiao-fei作者單位：中國(guó)計(jì)量學(xué)院,國(guó)家磁性材料及其制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(浙江,浙江杭州,310018刊名：磁性材料及器件 英文刊名：JOURNAL OF MAGNETIC MATERIA

12、LS AND DEVICES年，卷(期：2009，40(4被引用次數(shù)：0次參考文獻(xiàn)(5條1. 周世昌 磁性測(cè)量 19942. SJ 20966-2006,軟磁鐵氧體材料測(cè)量方法3. 倪育才 實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定 20084. 劉智敏 不確定度原理 19935. Agilent Technologies Agilent 16454A Magnetic Material Test Fixture Operation and Service Manual2001相似文獻(xiàn)(3條1.期刊論文 謝天. 白建民. 馬斌. 魏福林. 楊正. 王安. 胡建民. Xie Tian. Bai Jianming. M

13、a Bing. Wei Fulin. Yang Zheng . Wang An. Hu Jianmin 罐形磁芯法測(cè)量軟磁薄膜復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的研究 -蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2000,36(3介紹了罐形磁芯法測(cè)量軟磁薄膜材料磁導(dǎo)率的磁路結(jié)構(gòu)原理;根據(jù)磁路磁通分布,給出了計(jì)算的等效磁路;推導(dǎo)了復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率的計(jì)算表達(dá)式;利用罐形磁芯法在阻抗分析儀上測(cè)量了幾種軟磁薄膜樣品的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率,并與沖擊法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了比較,獲得了較為一致的結(jié)果.2.期刊論文 劉海順. 都有為. 張麗萍. 張吉雄. 殷春浩. 繆協(xié)興. LIU Hai-shun. DU You-wei. ZHANG Li-ping. ZHANG J

14、i-xiong . YIN Chun-hao. MIAO Xie-xing 不同退火條件對(duì)Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xAlx磁導(dǎo)率的影響 -功能材料2008,39(5用Al部分替代Nb制備了Fe73.5Si13.5B9Cu1Nb3-xAlx非晶條帶,通過4種不同的退火方式得到其納米晶樣品,采用阻抗分析儀測(cè)量各樣品的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率,并分析了退火方式對(duì)初始磁導(dǎo)率的影響.研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)退火后,樣品(除x=3.0的磁導(dǎo)率有明顯改善,明顯高于經(jīng)同樣退火處理的Finemet配方的樣品;對(duì)于不同退火方式,性能最好的樣品Al含量不盡相同;對(duì)于不同Al含量的樣品,有各自不同的最佳退火方式;對(duì)于x=3.

15、0、完全不含Nb的樣品,經(jīng)隨爐升溫或降溫退火后,仍然有較高的磁導(dǎo)率.研究結(jié)果表明,在Finemet配方中,用適量Al替代Nb,經(jīng)適當(dāng)退火后,樣品的磁導(dǎo)率得到明顯改善,從而提供了一條研制低成本高磁導(dǎo)率納米晶合金的可能的途徑.3.學(xué)位論文 王偉 摻Co Sendust合金的微結(jié)構(gòu)和磁性能研究 2007Sendust合金由于具有良好的軟磁性能以及低廉的價(jià)格,工業(yè)上廣泛用作磁頭和磁芯材料的制造,但是也存在工作溫度低、高頻性能不佳等缺點(diǎn).本文在調(diào)整合金配方的基礎(chǔ)上,采用熔體快淬技術(shù)并改變球磨工藝和熱處理溫度,獲得了具有高工作溫度和優(yōu)良高頻性能的納米晶摻Co-Sendust合金.使用快淬法制得了(FeCo

16、SiAl(wt(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20合金快淬帶,經(jīng)高能球磨獲得扁平化程度良好的微粉,球磨粉在氮?dú)獗Ｗo(hù)下退火處理獲得了最佳的軟磁性能.運(yùn)用SEM、XRD、VSM和MTG等方法系統(tǒng)研究了經(jīng)不同工藝處理的樣品的微觀結(jié)構(gòu)、軟磁性能和居里溫度.采用復(fù)合粘結(jié)技術(shù)制備了摻Co-Sendust合金/樹脂環(huán)狀材料,運(yùn)用阻抗分析儀系統(tǒng)測(cè)試了不同粉末樣品制備的環(huán)狀樣品的高頻性能.XRD結(jié)果表明,快淬帶呈兩相結(jié)構(gòu):在無序-Fe相的基礎(chǔ)上有部分DO相析出,Co添加會(huì)促使無序相從-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe(Co.球磨有利于晶粒的細(xì)化,同時(shí)也引起了合金內(nèi)部DO相向無序相轉(zhuǎn)變.球磨20 h后,DO相衍射峰完

17、全消失.使用SEM觀察了合金材料的表明形貌,確定具有最佳扁平度的球磨時(shí)間為70 h;熱處理促使球磨粉內(nèi)部無序相向有序DO相轉(zhuǎn)變,隨著熱處理溫度的升高,材料DO相衍射峰越來越明顯,長(zhǎng)程有序度越來越高. 球磨是合金內(nèi)部應(yīng)變急劇增大的過程,極大地惡化了材料的軟磁性能,矯頑力從8.675 Gs(FeCoSiAl合金快淬帶急劇增大到29.099 Gs(FeCOSiAl合金磁粉經(jīng)70 h球磨;退火有利于內(nèi)應(yīng)力的消除以及矯頑力的減小,材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)有所增加,這主要是由兩方面因素引起的:無序相向有序相的轉(zhuǎn)變以及長(zhǎng)程有序度的提高.球磨70 h,經(jīng)773 K退火30 min后的(FeCoSiAl合金磁粉的飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到129.8 Am/kg.更高的退火溫度以及更長(zhǎng)的保溫時(shí)間對(duì)材料的性能并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響.Co添加極大地提高了材料的居里溫度:當(dāng)Co含量為0時(shí),材料的居里溫度約為740 K,而當(dāng)Co含量增加到0.20時(shí),居里溫度上升到1000 K.快淬帶由于在其厚度與長(zhǎng)度方向上晶粒尺寸成分分布不一樣,從而引起了不同方向上軟磁特性的差異,平行于快淬面的方向上具有更好的軟磁性