B-H 分析仪（交流磁特性测量仪）

基本原理

B–H 分析仪（亦称软磁交流磁特性测量仪）基于电磁感应原理，对环形或条形软磁样品绕制励磁绕组和感应绕组，通过施加正弦/三角波励磁电流产生交变磁场 H(t)，同时测量感应绕组中的感应电压经积分得到磁通密度 B(t)。系统同步采集 H–B 信号对，在一个或数个磁化周期内绘制完整的动态磁滞回线（B–H 曲线）。IWATSU SY-8218 采用数字反馈控制技术，可自动调节励磁电平使磁通密度 B 达到设定值（正弦波 Bm 控制），支持 10 Hz–10 MHz 宽频扫描。从 B–H 回线中提取的关键参数包括：饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br、矫顽力 Hc、振幅磁导率 μa、相对磁导率 μr、单位体积铁损 Pcv（W/cm³ 或 kW/m³）以及复数磁导率 μ'–μ'' 的频谱特性。

设备参数

典型应用场景

▎软磁铁氧体 ·

MnZn / NiZn 铁氧体磁芯的复数磁导率频谱（μ'–f 和 μ''–f）测量，评估截止频率和损耗特性 ·

电源变压器用铁氧体的单位体积铁损 Pcv 与频率/磁通密度的关系（Pcv–Bm–f 三维表征） ·

宽带 EMI 磁芯的阻抗频率特性和磁导率虚部（损耗因子）分析

▎非晶与纳米晶软磁合金 ·

铁基非晶/纳米晶带材环形磁芯的极低矫顽力 Hc（<1 A/m）精确测量，评估高频低损耗性能 ·

钴基非晶合金的高频磁导率稳定性测量（1 kHz–1 MHz 范围） ·

退火/磁场热处理对非晶磁芯 B–H 回线形状和矩形比 Br/Bs 的影响表征

▎硅钢与电工钢 ·

取向硅钢（GO）和无取向硅钢（NGO）的 50 Hz/400 Hz 工频铁损对比测量，评估牌号等级 ·

不同轧制方向和叠片方向的磁各向异性（B–H 回线差异）分析 ·

冲剪应力对硅钢片边缘磁性能退化的影响评价

▎金属磁粉芯 ·

铁粉芯、铁硅铝（Sendust）、铁镍钼（MPP）等磁粉芯的直流偏置叠加特性（μ–DC bias 曲线） ·

磁粉芯分布式气隙的复数磁导率频率特性，评估高频涡流损耗和弛豫行为 ·

不同压制密度/粘结剂对磁粉芯 Bs 和初始磁导率 μi 的影响

▎磁性薄膜与非标样品 ·

非标形状（E 型 / EI 型 / PQ 型磁芯）的等效磁路参数提取，通过有限元辅助计算有效磁导率 ·

非晶/纳米晶薄带（叠层）的开放式磁路测量，需配合磁轭夹具或亥姆霍兹线圈补偿 ·

高频磁性薄膜的磁谱测量（需薄膜样品夹具）

▎磁性元器件失效分析 ·

变压器/电感器磁芯的 B–H 回线异常检测（回线倾斜/变窄/开口等），诊断磁芯饱和或损坏 ·

磁性元件经老化工况（高温/大电流）后的 Bs 和 Pcv 变化趋势评估 ·

来料检验：批次磁芯磁导率和损耗一致性筛选

步骤 1：样品制样与绕线

1. 环形磁芯样品：用绝缘漆包线绕制励磁绕组（N₁匝）和感应绕组（N₂匝），匝数根据样品截面积和测试频率计算，绕线均匀分布 ·

2. 条形/叠片样品：需绕线制作标准测试工装（B 线圈和 H 线圈），或使用厂家配套的专用夹具（如 SY-8218 用夹具适配器） ·

3. E 型/I 型磁芯：需组装成闭合磁路（气隙处用研磨面接触或垫非磁性垫片控制有效气隙） · 记录样品截面积 Ae 和磁路长度 le（或由厂家提供几何参数）

步骤 2：样品安装与仪器连接

1. 将励磁绕组接入 SY-8218 的励磁输出端子（大电流端子），感应绕组接入感应输入端子（BNC 接口） ·

2. 确认绕组极性一致（同名端对准），避免反接导致的相位误差 · 连接 Sense 线（四端法），消除引线电阻和接触电阻影响 · 在软件中设定样品参数：Ae、le、匝数 N₁ / N₂

步骤 3：参数设置与测量

1. 设定测试频率（10 Hz–10 MHz）、磁通密度 Bm 目标值（mT 或 T）、波形类型（正弦波 / 三角波） ·

2. 选择测量模式：B–H 回线扫描、μ–f 频谱扫描、Pcv–Bm 多电平扫描、复数磁导率

3. 设定自动电平控制（ALC）使 B 达到设定值，系统自动调整励磁电流 · 启动测量，系统完成 B–H 曲线采集和参数提取

步骤 4：数据处理与报告

1. 系统自动计算并输出：Bs、Br、Hc、μa、μr、Pcv（可指定频率和 Bm）、复数磁导率 μ'–μ''

2. 导出 B–H 回线图、Pcv–f/Bm 曲线图、μ'–μ'' 频谱图 · 多频率/多电平合并报告，对比不同样品的磁性能差异

Q1:B–H 分析仪和 VSM 在测量磁性材料时有什么不同？

A1:B–H 分析仪测量的是交流磁化条件下的动态磁滞回线，重点获取 Bs、Br、Hc、磁导率 μ 和铁损 Pcv，适用于软磁材料在交变磁场下的工程性能评价（如变压器铁芯损耗）。VSM 测量的是直流准静态 M–H 曲线，获取的是本征磁性能参数（Ms、Mr、Hc），适用于磁性材料（含永磁）的物理机制研究。两者互补：B–H 分析仪关注工程应用中的交流损耗，VSM 关注本征磁性参数。

Q2:SY-8218 能否测量永磁材料？

A2:不能直接测量。SY-8218 是软磁交流磁特性测量仪，其励磁电流最大 ±6A，磁场强度不足以饱和高矫顽力永磁材料（如 NdFeB 矫顽力 &gt;800 kA/m）。永磁材料的 B–H 回线和退磁曲线需要使用永磁测量仪（如闭环电磁铁系统 + 磁通计）或 VSM 测量。SY-8218 专为软磁材料在交变磁场下的动态磁特性设计。

Q3:绕线匝数如何确定？

A3:绕线匝数取决于样品的截面积 Ae、目标磁通密度 Bm 和测试频率 f。基本公式：感应电压 V = 4.44 × f × N₂ × Bm × Ae（正弦波），励磁电流 I = Hm × le / N₁。低频（10–100 Hz）需多匝（N₂≥100 匝）以获得足够感应信号；高频（&gt;100 kHz）需少匝（N₂=1–10 匝）以避免绕组寄生电容和漏感影响。SY-8218 软件内置匝数计算器，输入 Ae、le、目标 Bm 即可推荐匝数。

Q4:铁损 Pcv 的测量原理是什么？

A4:Pcv（单位体积铁损）通过同步采集励磁电流 i(t) 和感应电压 v(t)，在一个完整磁化周期内对瞬时功率积分获得：Pcv = (1/T) ∫ v(t)·i(t) dt × (N₁/N₂) / 体积。SY-8218 自动完成此项计算，直接输出指定频率和 Bm 下的 Pcv 值（kW/m³ 或 mW/cm³）。多频率多点 Pcv 扫描可建立完整的 Pcv–Bm–f 三维损耗图谱。

Q5:什么是复数磁导率 μ' 和 μ''？

A5:复数磁导率 μ* = μ' – jμ'' 描述了软磁材料在交流磁场中的磁响应：μ'（实部，储能分量）反映材料的磁导能力，μ''（虚部，损耗分量）反映磁损耗（含磁滞损耗和涡流损耗）。μ''/μ' = tanδ（损耗角正切）是评价磁性材料高频性能的关键指标。SY-8218 通过测量励磁电流和感应电压的幅值比和相位差，直接计算 μ'–f 和 μ''–f 频谱曲线，是高频磁性元件设计的核心参考数据。

Q6:SY-8218 支持直流偏置叠加测量吗？

A6:支持，但需外接直流电流源。通过 SY-8218 的直流偏置接口或使用外部偏置 T 网络，将直流偏置电流叠加到励磁绕组上，测量不同直流偏置下的振幅磁导率 μa 变化。典型应用为磁粉芯和功率电感器的 DC bias 特性评价，即 μ–DC 电流曲线（或 μ–Hdc 曲线）。直流偏置电流需控制在励磁绕组载流量和 SY-8218 允许范围内。

案例 1：MnZn 铁氧体磁芯的复数磁导率频谱与铁损表征

【背景】 某电源厂商需对一批 MnZn 功率铁氧体（PC95 材质）环形磁芯（外径 25mm）进行验收，评估其在 100 kHz–1 MHz 频率范围内的磁导率稳定性和铁损水平，确认是否满足 LLC 谐振变压器设计要求。

【测试条件】 仪器：IWATSU SY-8218 B–H 分析仪。样品：PC95 环形磁芯（Ae=40mm²，le=65mm），初级 N₁=10 匝，次级 N₂=10 匝。测试：① μ'–μ'' 频谱 100 kHz–1 MHz 扫描；② Pcv 多电平扫描（Bm=50/100/200 mT @ 100 kHz）。Bm 设定正弦波控制。

【分析结果】 100 kHz 处 μ'≈3300，μ''≈150，tanδ=0.045。500 kHz 处 μ'≈1800，μ''≈280，截止频率约 800 kHz（μ' 降至初始值 50%）。Pcv(100 kHz/100 mT)=180 kW/m³，Pcv(100 kHz/200 mT)=620 kW/m³。三条样本 RSD<3%。

【结论】 PC95 铁氧体磁芯在 100 kHz–500 kHz 范围内磁导率和损耗满足 LLC 变压器设计要求（Pcv<200 kW/m³ @ 100 kHz/100 mT）。建议将工作频率控制在 500 kHz 以内以避免磁导率快速衰减区。

案例 2：铁基非晶纳米晶磁芯的高频低损耗评估

【背景】 某电动汽车车载充电机（OBC）厂商需评估铁基非晶纳米晶环形磁芯在 20–200 kHz 范围的铁损性能，与传统 MnZn 铁氧体对比，判断是否适合大功率磁集成变压器方案。

【测试条件】 仪器：IWATSU SY-8218 B–H 分析仪。样品：非晶纳米晶环形磁芯（外径 32mm），N₁=5 匝，N₂=5 匝。对比样：PC95 铁氧体同尺寸。测试模式：Pcv 多频多点扫描（f=20/50/100/200 kHz，Bm=50/100/200 mT）。

【分析结果】 100 kHz/100 mT：非晶纳米晶 Pcv=95 kW/m³ vs 铁氧体 Pcv=180 kW/m³。200 kHz/50 mT：非晶 38 kW/m³ vs 铁氧体 52 kW/m³。非晶纳米晶 Hc≈2 A/m（极低），μ'≈8000（@20 kHz）。Bs=1.2 T（非晶）vs 0.5 T（铁氧体）。

【结论】 铁基非晶纳米晶磁芯在 20–200 kHz 范围铁损比 MnZn 铁氧体低 40–50%，且饱和磁感应强度 Bs 更高（1.2 T vs 0.5 T），适用于大功率高密度 OBC 变压器设计。建议使用非晶纳米晶方案缩小磁芯体积约 30%。

案例 3：铁硅铝磁粉芯 DC Bias 特性评价

【背景】 某 LED 驱动电源厂商需评估不同牌号铁硅铝（Sendust）磁粉芯在 0–100 A DC 偏置下的磁导率衰减特性，选择 DC bias 性能最优的磁芯用于 PFC 升压电感器。

【测试条件】 仪器：IWATSU SY-8218 B–H 分析仪（外接直流偏置电源）。样品：铁硅铝环形磁芯 A 牌号（μi=60）和 B 牌号（μi=90），外径 27mm。N₁=20 匝，N₂=10 匝。测试频率 50 kHz，Bm=50 mT。直流偏置叠加范围 0–5 A（折算磁场 0–50 Oe）。

【分析结果】 A 牌号（μi=60）：零偏 μa=58，50% 偏置（2.5 A）μa=44（衰减 24%），满偏 μa=31（衰减 47%）。B 牌号（μi=90）：零偏 μa=88，50% 偏置 μa=55（衰减 37%），满偏 μa=38（衰减 57%）。A 牌号在 0–3A 偏置区线性度优于 B 牌号。

【结论】 A 牌号铁硅铝磁粉芯（μi=60）DC bias 线性度更好，适合宽负载范围的 PFC 电感；B 牌号虽初始 μ 更高但 DC bias 衰减更快。建议 PFC 电感选用 A 牌号，满载电流设计在其 50% 偏置衰减点以内以保证电感量稳定。