本发明属于磁学计量测试技术领域，具体的是涉及一种在开磁路中测量磁性材料矫顽力的智能化测量仪器。

按照中华人民共和国国家标准GB3656-83“电工用纯铁磁性能测量方法”，对于磁性材料矫顽力HCJ的测量装置由电流源、电流转换开关、电流反向开关、螺线管、测量线圈、电流表和冲击检流计（包括检流计串联电阻）组成。电流源是由直流稳压电源通过滑线电阻连续调节电流，供给螺线管，并使螺线管的磁化场在测量范围内平稳地改变。试样先磁化饱合，然后退磁，再通过测量线圈和冲击检流计进行测定，由电流表的示值计算出试样的矫顽力，最后由螺线管在两个退磁方向所测得的矫顽力算术平均值作为试样的矫顽力HCJ，而按照国际电工委员会IEC标准（引证文件：《磁性材料IEC标准译文集[一]第七部分：在开磁路中测量磁性材料矫顽力的方法），矫顽力测量装置中是用磁通门（或霍耳探头）磁强计取代冲击检流计和测量线圈。这两种标准装置都是靠人眼来观察磁化强度变为零，再加上测量装置中其它环节的影响，对矫顽力的测量准确度最高只能达到±2%;同时电流源是由人工调节和换向的，批量测试不方便。另外美国专利US3490033介绍测量矫顽力的装置中所采用的螺线管是由同芯绕制的磁化主绕组和圈数较主绕组少的退磁副绕组组成的;采用探测线圈、补偿线圈、磁通计和磁滞回线纪录仪而测定矫顽力。这种装置虽然可以从纪录仪的H座标刻度上自动纪录出矫顽力值，但是准确度低，且试样或零件的磁化和退磁过程仍然是人工操作，工作效率低。

本发明的目的是提供一种高准确度的智能化矫顽力测量仪器。

本发明所提供的智能矫顽力计包括电流源、由同芯绕制的磁化主绕组和圈数较主绕组少的退磁副绕组组成的螺线管、螺线管主、副绕组的电流源转换开关、改变螺线管主、副绕组电流方向的电流反向开关、放置在螺线管外面两侧的差分磁通门或霍耳探头（以下简称差分探头）、输入端与上述探头相连接的磁强计和串联在退 磁副绕组上的标准电阻器。其发明要点在于电流源由计算机，数/模（D/A）转换器并通过受计算机、控制器控制的电流源自动转换开关分别和第一个电压/电流（V/I）转换器及第二个电压/电流（V/I）转换器连接而组成。当试样正向磁化和退磁时，数/模转换器和第一个电压/电流转换器连接;当试样反向退磁时，数/模转换器和第二个电压/电流转换器连接。第一个电压/电流转换器通过受控制器控制的第一个电流自动反向开关和螺线管的磁化主绕组连接;第二个电压/电流转换器通过受控制器控制的第二个电流自动反向开关和螺线管的退磁副绕组连接。用于分别自动转换两个电压/电流转换器和螺线管中两个绕组的连接方向。本发明还设置电流采样系统，它由串联在螺线管退磁副绕组上的标准电阻器和模/数（A/D）转换器组成，模/数转换器的输出端接入计算机。磁强计的电源开关由控制器控制，它的输入信号由两个差分探头提供，它的输出端通过零检测器接入计算机。

应用本发明在开磁路中对磁性材料试样的矫顽力测量有两种方法：第一种方法是使试样轴线与地磁场和其它杂散场的合方向保持垂直，则用一个退磁方向测得的结果作为试样的矫顽力（对于矫顽力大于1000安/米的材料，即使试样与地磁场有较大的夹角也可以用此法）;第二种方法是不一定使试样轴线与合磁场方向垂直，而用两个退磁方向所测的矫顽力算术平均值作为试样的矫顽力HCJ。

使用本发明的测量工作过程及实施例结合附图予以描述。

图1.智能矫顽力计原理框图

图2.智能矫顽力计实施例原理图

图3.螺线管和磁强计的连接示意图

图4.8031单片机主机板逻辑电路图

图5.数/模转换器与开关量输出逻辑电路图

图6.模/数转换器逻辑电路图

图7.主程序流程图

图8.数/模转换器工作子程序流程图

图9.中断服务子程序流程图

使用本发明的测量工作过程参见图1，首先接通电源，通过键盘（15）键入 系数K值，再键入用第一种还是第二种方法进行测量，然后启动计算机（1），这时计算机（1）即按照固化在其中的程序工作，通过数/模转换器（2）输出一个从零开始逐步下降到-5V的直流电压，经第一个电压/电流转换器（5）转换为电流，供给螺线管的主绕组（9）作为磁化场，使试样逐步磁化到饱和，停留数秒，然后又通过数/模转换器（2）从-5V开始逐渐上升，当磁化电流减小到零时，计算机（1）通过控制器（3）驱动电流源自动转换开关（4）转换，数/模转换器（2）切换到第二个电压/电流转换器（6）上。与此同时控制器（3）还驱动磁强计（13）通电工作。这时电流源反方向加到螺线管的副绕组（10）上，作为退磁场电流源，停留数秒钟，待磁强计（13）工作稳定后，计算机（1）通过数/模转换器（2）产生一个从零逐步下降的直流电压，并经第二个电压/电流转换器（6）而形成一个逐步上升的退磁电流。当放置在螺线管上的两个差分探头（18）感应出信号使磁强计（13）输出为零时，零检测器（14）发出信号使计算机（1）中断，则退磁电流停止上升，并通过电流采样系统中的标准电阻器（11）和模/数转换器（12）进行电流采样，一秒钟采样若干次。所得之值由程序进行数据处理，求出平均值，乘以系数K值，然后通过显示器（16）和打印机（17）输出结果。这时由程序判别运用哪种方法进行测量，若是采用第一种方法，则测量过程结束，所得结果即为试样的矫顽力HCJ。若采用第二种方法，则计算机（1）通过控制器（3）驱动两个电流自动反向开关（7）、（8）反向，分别调换两个电压/电流转换器（5）、（6）和螺线管中主、副绕组（9）、（10）的连接方向，使其供给的电流分别反向。然后重复上述的过程进行测量，并显示、打印出第二个退磁方向所测得的结果，最后取两个退磁方向所测得的矫顽力算术平均值作为试样的矫顽力HCJ而显示、打印出来。

发明人所作的实施例参见图2，控制器（3）分两部分：一部分是由三极管T5、二极管D3和继电器1J组成的开关电路;另一部分是由三极管T6、二极管D4和继电器2J组成的另一个开关电路。两部分共用一个六反相驱动器7406作为驱动器，前者由计算机（1）的开关量输出1控制;后者由开关量输出2控制。用继电器1J的触点1J1、1J2、1J3和1J4构成电流源自动转换开关（4 ），继电器1J的触点1J5用以控制磁强计（13）的电源通电。用继电器2J的触点2J1、2J2、2J3和2J4构成第二个电流自动反向开关（7），继电器2J的触点2J5、2J6、2J7和2J8构成第二个电流自动反向开关（8）。螺线管和磁强计连接示意图参见图3，螺线管由主绕组（9）和副绕组（10）组成，两者同向绕制在一个骨架上，磁强计（13）的两个差分探头（18）放置在螺线管的外面两侧，并接入磁强计（13）。磁强计（13）的输出端设置零检测器（14），关于零检测器（14）参见图2，它由运算放大器组成的差动放大器（19）和由运算放大器组成的带有正反馈的零比较器（20）组成。磁强计（13）通过继电器2J的触点2J9、2J10、2J11和2J12和差动放大器（19）连接。当使用第二种方法进行测量需要改变退磁方向时，它将由计算机（1）驱动继电器2J动作，以便保证磁强计（13）的输出信号总是将信号的正端接入差动放大器（19）中运放的反相输入端。

两个电压/电流转换器（5）、（6）和电流采样系统原理电路参见图2，电压/电流转换器（5）由运算放大器A1，三极管T1、T2，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，螺线管主绕组（9），二极管D1和开关K1组成。当R6＜＜R2、R6＜＜R3时，绕组（6）上的磁化电流I1＝-R2Vi/R1R6或I1＝-R3Vi/R1R6，其中Vi为数/模转换器（2）的输出电压值。通过开关K1的切换就可以改变磁饱和电流值。电压/电流转换器（6）由运算放大器A2，三极管T3、T4，电阻R7、R8、R9、R10，标准电阻R11、R12、R13、R14、R15，螺线管副绕组（10），二极管D2和开关K2组成。当R8＞＞R11、R12、R13、R14、R15时，副绕组（10）上的退磁电流I2＝-RsVi/R7R11，式中Rs等于R11或R12或R13或R14或R15，通过开关K2的切换就可改变Rs阻值以便转换矫顽力量程。电压/电流转换器（6）中的标准电阻R11、R12、R13、R14、R15又用作构成标准电阻器（11），当开关K2切换时分别由R11、R12、R13、R14、R15串入副绕组（10）作为电流采样用。

计算机（1）由单片机8031（21）扩展而组成，主机板逻辑电路图参见图4。单片机8031（21）外接一片可擦去的可编程只读存储器2732（2 2）作为程序存储器，外接一片随机存取存储器RAM6116（23）作为数据存储器，8031（21）的端口PO外接一片八D锁存器74LS373（24）作为地址锁存器，另外还接了三片接口电路8155（25）、（26）、（27）以扩展8031（21）的输入/输出接口。

数/模转换器与开关量输出逻辑电路图参见图5，数/模转换器（2）采用12位的，本实施例使用的型号是DAC1210，单片机系统和数/模转换器（2）、控制器（3）之间通过光电耦合器（28）、（29）连接，为了驱动光电耦合器（28）、（29），在光电耦合器（28）、（29）的输入端分别加接了八线驱动器/缓冲器74LS244（30）、（31）作为驱动器，单片机系统和控制器（3）的连接，实际上是用了两根输出线，分别为开关量输出1和开关量输出2。由两片能隙电源5G1403组成+5V精密基准电源供给DAC1210的参考电压VREF引脚，采用运算放大器LF357把DAC1210的电流信号转换为电压信号而输出。

模/数转换器逻辑电路参见图7，模/数转换器采用3位半的芯片，本实施例使用的型号是5G14433（38），单片机系统和模/数转换器（12）之间通过光电耦合器（32）、（33）连接，在光电耦合器（32）、（33）的输入端分别加接了两个八线驱动器/缓冲器74LS244（34）、（35）作为驱动器，输出端分别加接了两个八线驱动器/缓冲器74LS244（36）、（37）作为缓冲器，然后接入单片机系统中的接口电路8155（25）中。

固化在可擦去的可编程只读存储器2732（22）中的主程序流程图参见图7，数/模转换器工作子程序流程图参见图8，中断服务子程序流程图参见图9。

系数K值是用公式K＝KH/Rs求得的。

式中KH-螺线管副绕组（10）的螺线管常数

Rs-标准电阻器（11）中的阻值，分别为R11、R12、R13、R14、R15

当开关K2放在不同的量程时，系数K值不同。

电流采样系统实际上采集的是标准电阻器（11）上的电压值，所以计算矫顽 力的公式为HCJ＝K V（安培/米）。

式中 V-采样值的平均值

本发明的优点和效果是：矫顽力测量范围为0.1～5000安培/米，由于采用了电子测量技术和计算机技术，所以测量准确度优于±1.0%，比国际电工委员会IEC标准测量准确度高一倍，理由如下，本仪器的误差来源包括：

1.螺线管副绕组（10）常数KH的误差rK;

2.判断样品磁化场强度变化的磁强计（13）（包括差分探头和零检测器）的误差rφ;

3.电流测量误差包括：

（1）12位数/模转换器（2）误差rD/A

（2）标准电阻器（11）的误差rR

（3）三位半模/数转换器误差rA/D

（4）第二个V/I转换器（6）误差rV/I

所以总的误差r＝rK+rφ+rD/A+rR+rA/D+rV/I

已知rK＝±0.2%;rφ＝±0.3%;rD/A≤±0.025%;rR≤±0.1%;rA/D≤0.05%;rV/I＝0.1%

所以r≤±0.8%

本发明人曾对中国计量科学研究院发送的两件标准试样进行了测试。结果如下：（计量单位均为安培/米）

标准试样数据    62.0    准确度±2%

本发明的测试结果

第一次    62.38

第二次    62.31

第三次    62.22

第四次    62.21

第五次    62.25

平均值    62.27

重复性    ≤±0.2%

可见与标准试样数据最大偏差为+0.6%

标准试样数据    24.0    准确度±2%

第一次    24.22

第二次    24.24

第三次    24.18

第四次    24.17

第五次    24.19

平均值    24.20

重复性    ≤±0.2%

可见与标准数据最大偏差为+1.0%

从上述的误差分析和测试结果都证明了本发明的准确度优于±1.0%。

另外由于采用计算机控制和自动测量系统，使得测量过程实现了自动化，提高了测量速度和工作效率。原IEC标准的测量装置测量一个试样需15分钟，现在使用本发明用第一种方法测量时只需要3分钟，用第二种方法测量时约需要5分钟，为磁性材料生产过程中的批量测试提供了有利条件。