[科普中国]-磁性测量

磁性测量是指对磁场和磁性材料进行测量，通过磁测量来测量其它物理量。 基本被测量包括磁通量Φ，磁感应强度B，磁场强度H，磁化强度M等。1785年，库仑发现电荷间和磁极间作用力的库仑定律和磁库仑定律，揭开了磁测量历史的序幕。1819---1820年奥斯特发现电流的磁效应以及安培等发现关于电流之间磁相互作用力的安培作用力定律，1831年法拉第发现关于变化磁通感生电动势的电磁感应定律，使人类对宏观磁现象有了全面而本质的认识，并导致1832年高斯单位制的开始形成，真正的磁测量才得以实现。

简介磁性测量是指对磁场和磁性材料进行测量，通过磁测量来测量其它物理量。 基本被测量包括磁通量Φ，磁感应强度B，磁场强度H，磁化强度M等。

历史人类开始接触磁现象是远古的事。早在公元前三世纪，我们的祖先就已发现天然磁石可以吸铁，随后又成功地把磁体的指向性用于罗盘上。然而对磁学量进行测量的历史不过二百年。人类开始接触磁现象是远古的事。早在公元前三世纪，我们的祖先就已发现天然磁石可以吸铁，随后又成功地把磁体的指向性用于罗盘上。然而对磁学量进行测量的历史不过二百年。1785年，库仑发现电荷间和磁极间作用力的库仑定律和磁库仑定律，揭开了磁测量历史的序幕。1819---1820年奥斯特发现电流的磁效应以及安培等发现关于电流之间磁相互作用力的安培作用力定律，1831年法拉第发现关于变化磁通感生电动势的电磁感应定律，使人类对宏观磁现象有了全面而本质的认识，并导致1832年高斯单位制的开始形成，真正的磁测量才得以实现。

最初使用的测量仪器当然十分简陋，随着这些基本磁规律被肯定下来，各种精心设计制作的磁测量仪器便相继出现了。最早的磁测量仪器是螺线管和电磁铁，到1846年法拉第用他发明的磁秤感知弱磁物质的极弱磁性( 顺磁性和抗磁性) ，1872年斯托列托夫开始用冲击检流计测量并研究了铁的技术磁化行为。以后一百余年，磁测量仪器、磁测量方法及其技术随着磁学、磁性材料、磁性器件、以及其它与磁有关的科学技术的发展而不断地发展，并且相互促进。今天，磁测量项目和仪器已十分繁多，测量的灵敏度、准确性已大幅度提高。因此磁测量在科学技木领城里，已成为重要的现代化物理测量技术。

物理基础磁规律是空间、物质、材料和物体中各种磁学量之间或磁学量与其它物理量之间的关系。有些关系是定性的，有些关系是定量的，而其中一些比较基本的关系则往往能用简单的数学公式准确地表达。

磁规律的范围随人们对磁现象的认识扩展而不断扩大，围绕不同方面的磁规律展开的。这些磁规律包括基本的宏观磁规律和磁单位、物质磁性的规律、强磁材料磁化的规律、样品磁化的规律和物质的磁效应。

磁规律是磁测量得以正确有效进行的物理基础。首先，基本磁学量磁场强度、磁矩、磁化强度和磁感应强度等都只有在发现了基本宏观磁规律、同时给出它们的定义和单位之后才能进行测量；对于各种具体的磁领域，也只有掌握了相应的具体磁规律，从而定义出反映其特点的磁学量才能对它们进行测量。这就是说，磁测量的对象及被测磁学量的定义都来自磁规律，后者应该是磁测量的基础。其次，为了实现被测磁学量的正确测量，所采用的测量方法的原理要正确，而这些原理都是基本的或比较基本的磁规律。例如，两大类磁测量方法即磁力法和感应法的原理，分别是前面提到的磁库仑定律、安培作用力定律和法拉第电磁感应定律，它们都是基本的磁规律。

各种磁测量所用的仪器，必须能按指定的准确度测出由磁规律定义出的磁学量。而实现磁测量的各种操作规程，也受到各种磁规律的制约，必须满足由磁规律提出的要求。一些基本的磁规律早已确立，但磁测量的水平，即使对于基本磁学量而言，至今仍在不断提高之中，这是科学技术水平不断发展的综合结果，其中也包括基本磁规律应用能力的提高。在具体磁测量中基本磁规律所起的作用往往是逐渐被人们认识的，而一些比较具体的磁规律又需要经过实践才能发现，这种认识和发现对磁测量技术的发展将起重要的作用。

原理样品置于单一磁场中会被感应出磁矩。而将样品置于振动样品磁强计的拾取线圈中，振动时，由于通过样品的磁通量的变化，在检测线圈中便会感应出电压信号。该信号与磁矩成比例，所以振动样品磁强计可以用来测量材料的磁特性。磁场可以由电磁铁或超导磁体产生，所以磁矩和磁化强度可以作为磁场的参数来进行测量。作为温度的参数，在低于常温时，可用超导磁体的样品置于单一磁场中会被感应出磁矩。而将样品置于振动样品磁强计的拾取线圈中，振动时，由于通过样品的磁通量的变化，在检测线圈中便会感应出电压信号。该信号与磁矩成比例，所以振动样品磁强计可以用来测量材料的磁特性。磁场可以由电磁铁或超导磁体产生，所以磁矩和磁化强度可以作为磁场的参数来进行测量。作为温度的参数，在低于常温时，可用超导磁体的VSM系统或带有低温杜瓦的电磁铁的系统或带有低温杜瓦的电磁铁的VSM系统。高于常温时，可用带有加热炉的系统。高于常温时，可用带有加热炉的VSM系统。因为选用铁磁材料时，主要决定于它们的磁化强度和磁滞回线，所以系统。因为选用铁磁材料时，主要决定于它们的磁化强度和磁滞回线，所以VSM 系统的常用功能是测量铁磁材料的磁特性。

分类静态磁性是指磁性材料在稳恒磁场中的磁性，包括基本磁化1曲线、磁滞回线及其所定义的各种参数，如饱和磁化强度M；或饱和磁感强度、剩余磁化强度或剩余磁感强度、各种磁化率或磁导率等。从根本上来说，上述参数都是通过测定在某一磁场下的磁化强度或磁感应强度而确定的。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。

静态磁滞回线的面积是静态的磁滞损耗，动态磁滞回线的面积是总损耗，包括三部分：磁滞损耗：指铁磁材料作为磁介质，在一定励磁磁场下产生的固有损耗（在电能转换磁能过程中所产生的损耗）；涡流损耗：磁通发生交变时，铁芯产生感应电动势进而产生感应电流，感应电流呈旋涡状，感应电流在铁芯电阻上产生的损耗就是涡流损耗；剩余损耗：除磁滞损耗和涡流损耗以外的损耗，所以动态磁滞回线的面积总是大于静态磁滞回线的面积。

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学