关于工业磁性测量的几个问题
2005-09-07 08:49:50
来源：《国际电子变压器》第9期
1引言
由于磁性材料使用频率的不断提高，具有较高电阻率的铁氧体材料的生产扩大和性能改进，促进了从直流到微波频率下磁性测量的实验技术的发展。上个世纪60－70年代，磁性材料测量理论和方法已经相当成熟，为适应磁性材料生产和应用，有许多测试仪器设备可供选择，这些测试系统大都符合相关国际标准中推荐的测试方法。磁性测量已经从电子测量专业中分离出来，形成了自己的专业领域。今天，磁性测量已经发展成为跨越电与磁、材料与工艺、测量方法与仪器设计、数据处理与实时控制的一门综合科学。
与电子材料和元件相比，磁性材料及器件参数测量存在一系列特殊性。这是由于磁场中介质磁化所呈现的非线性、不可逆以及对（测试）环境强烈的依赖关系所决定的。因此，磁性测量涉及的是一组非线性、不可逆参数的测量。测量结果不但受测试条件和测试程序的严格限制，而且与测量原理、测量方法、测量仪器有关，软磁材料测量尤其如此。
我国是磁性材料生产大国，但不是磁性材料生产和应用强国。这除了技术创新能力不强、劳动生产和能源利用率较低之外，磁性测试仪器及磁加工设备落后也是一个重要原因。为了发展我国磁性测量技术、磁性测试仪器设备，本文扼要地回顾了磁测量技术和仪器发展历史，并对目前国内外磁性测量技术和仪器现状作简要分析，归纳出磁测量技术及仪器的几个特点、难点及解决思路。为叙述方便，分为历史回顾、磁测量的几个特点和磁性测量目前水平及相关技术建议。
2历史概要
磁性测量的发展历史就是磁性材料发展和应用的历史。
大体上说，磁性测量方法和测量仪器的发展经历了从低频到高频、从单一参数到多参数、兼顾磁性材料和磁性器件综合测试要求的历史发展过程。
在高频磁性材料出现及应用之前，约1945年前由于电的广泛应用如发电配电、电话电报、无线通讯、雷达导航等技术的发展，磁性测量主要是对电工用金属磁性材料（如硅钢）和一些高性能合金材料（铁镍合金）的测量。测量频率主要限于100kHz以下。采用机械积分（冲击检流计法）测量磁性材料静态特性，利用交流电桥测量（分离）材料交流特性，用电流电压线圈结构测试原理的瓦特计测量材料功率损耗。到了上世纪50-60年代，随着铁氧体材料的发展，材料应用频率的提高，测量技术除使用一些经典的测量方法外，还发展了Q表，测量低损耗材料（高Q材料Q>50）的高频参数（例如，英国TF1245高频Q表、美国HP4342、国产QBG-3等），测量频率扩展到300MHz。
Q表是一种多用途仪器，适用频率范围宽，原理简单，操作容易，至今仍然得到广泛应用。交流电桥也是一类多用途仪器，经过不断改进，工作频率范围可以低到1kHz和高到30MHZ (Re13r217、 Re13r218/ 0.1nH)，作为Q表的补充，常用于测量低Q（Q<50）材料的交流特性。应该指出，不论Q表或者电桥都不能控制加于样品上的测试电压，因而，用于与磁化状态有关的磁性材料参测量时，其测量误差较大。冲击（机械积分）法、电桥（比较）法、谐振法（Q表）测量原理及测量仪器长期以来是磁性测量的主要方法。
磁性材料静态参数测量方面，在上世纪50年代广泛采用的铁磁示波器基础上，60-70年代出现了用于交流磁化曲线测量和记录的H-B回线测试系统（如上海电表四厂的CL-1）。系统测试原理与冲击法基本相同，不同的是这里用电子积分取代了机械积分，使得测量系统易于操作，经过定标直接画制磁滞回线，系统进一步发展是计算机控制。80年代以来有多种系统面市，例如，美国LDJ公司的LDJ5500R/H、中国计量院和中国湖南蒌底电子所的MATS-2000。要指出的是，冲击法测试结果具有很高的置信度，在用电子积分法测试结果有争议时往往采用冲击法作为比较。因此，冲击法虽然‘古老’，但经典可信，至今仍在使用。
进入到70年代，随着工业、科学、办公自动化设备的发展，要求整机电源减轻重量、缩小体积。在理论上提高电源工作频率是减小变压器体积的必然途径，因而70年代初出现了采用市电直接整流、借助逆变技术实现高频功率变换的开关电源。开关电源的出现促进了一种叫做功率铁氧体材料的发展（如日本TDK公司的PC30）。功率铁氧体材料不但要求测量材料的基本电磁参数(如Br、Hc、Bs)，而且需要测量高频高场下的功率损耗和磁导率(μa)。早期采用的方法有电桥法（如变量器电桥CD25）、并联谐振法，工作频率约16-100kHz。随着高频低功率损耗材料发展（如TDK: PC40、Philips: 3F3、TDG: TP4、TP4A、TP6A、TP6B等）和电视、计算机（监视器）的广泛应用，到90年代中期，市场对功率材料需求激增。功率材料开发和生产对高频功率损耗测量提出了新的要求。从80年代以来，出现了两种功率损耗测量仪器：一种是基于电流电压瞬时相乘的乘法表（如美国的ch258AVW表）；另一种是基于计算机波形存储法的HB回线分析仪（如日本岩崎通讯株式会社的SY8216、SY8232和凌和电子株式会社的MMS-0375）。前者适用于生产线磁芯功耗快速检测和材料研究，测试频率50Hz-1MHz、基本精度约5-7%；后者适用于材料研究开发，测试频率20Hz-15MHz，基本精度约2-5%。
同时，随着高磁导率锰锌铁氧体材料和高频、宽频镍锌铁氧体材料（工作频率为1-1000/3000MHz）在程控电话交换机、共用天线系统（CATV）、通信、网络及电磁兼容（EMC）中的广泛应用，对材料和器件高频、宽频阻抗特性测试提出了新的要求。80年代陆续开发出一类智能化元件参数测试仪器和高频阻抗网络分析仪器。例如，美国惠普公司的HP4284A/HP42841A CLR表（f=20Hz-1MHz）、HP4274A（100Hz-100kHz）、HP4275A(10kHz-10MHz)、HP4192(5Hz-13MHz)；国产YY2815（100Hz-300kHz、天无6厂）、ZL5（12Hz-100kHz、上海仪表研究所）、HP4191阻抗分析仪（1-1800MHz）、HP4395(100kHz-500MHz)、HP4396（1MHz1.8GHz）网络/阻抗/频谱分析仪、HP4291阻抗/材料分析仪（1－1.8GHz）和Agilent4294A精密阻抗分析仪(40Hz-110MHz)等。这些测试仪器和测试系统有的采用自动平衡电桥原理（HP4284A、Agilent4294A），有的采用基于伏安法的高频/射频阻抗测试配件（HP43961B）及测试夹具完成系统到被测式样的耦合和材料参数分离。测试频率为100kHz-1.8GHz，阻抗测试精度约±3%（常温）。
微波频率下铁氧体材料和器件的生产研究始于50年代初（1952年美国贝尔实验室）。器件的基本工作原理是材料在静磁场和微波场的共同作用下出现的旋磁效应。60-70年代最有代表性的器件为环行器、隔离器、电控（锁式）开关及利用材料旋磁效应的YIG调谐滤波器、YIG振荡器，所使用的材料为尖晶石、石榴石和六角晶系（多晶）结构的铁氧体。
材料的基本参数为饱和磁化强度MS、复介电常数e、介电损耗角正切tanδ、铁磁共振线宽ΔH、有效线宽ΔHoff、张量磁导率及材料的高功率特性等。基本参数测量主要方法是基于被测样品对传输线和微波腔体的微绕作用。前者改变损耗和反射，后者影响腔体谐振频率和Q值。
测量方法可以分为频域和时域测量。频域测量借助于网络散射参数解析被测端面因试样插入影响产生的不连续性（损耗、反射特性），自50年代以来一直采用。这种方法是组建微波测量系统，采用高频替代法和比较法测量试样置入前后传输、反射参数变化，测量精度取决于试样与测试微波腔体理想耦合和测量系统的完善调配；70年代出现用时域反射方法测量材料的复数磁导率和复数介电常数，但因数学解析复杂、要求宽带定向耦合器方向性太高（D>40dB）未能得到推广。
微波铁氧体器件测试与调试技术发展大致经历了三个阶段：约1950-1965年期间，用微波测试系统作点频测量；60年代中期出现了扫频仪（扫频信号源），约1965-1980年用扫频信号源与宽带定向耦合器、宽带精密检波器组成的扫频测试系统被广泛采用（如当时上无26厂生产的XS11、中国西南应用磁学所研制的XP5），扫频测试提高了磁性器件调测速度和生产质量；约1980-1990年扫频测试系统智能化，开发成功标量网络分析仪（如美国微冲公司的6407/6409）。标量网络分析仪提供了器件参数的动态显示（CRT）和打印输出，进一步提高了器件调测技术水平；近十多年来矢量网络分析仪（HP8712/14、HP4395、HP4396等）得到广泛应用。矢量网络分析仪不但提供传输和反射信息，而且能提供器件的相位信息，通过分离复数分量确定反射性质。应该指出，作为测试系统重要组成部分的测试腔体或者夹具也十分完善（因而也特别昂贵），完善的试样耦合利于分离被测材料和器件的‘本征’参数，提高测试精度。
应该提出的是，磁性材料作为一种功能材料，在电子、电气和信息技术设备中的大量应用仅次于半导体材料。进入本世纪以来，由于信息技术设备的要求，磁性器件也像半导体一样开始朝着集成器件或部件发展，以适应宽带网的发展和普及要求。因此，磁性测量，在技术上已经突破了面向材料生产的单纯材料参数测量模式，逐渐提出了面向应用的磁性材料和器件多参数宽频率范围的测量要求。磁性测量的这一发展趋势，我们在上述微波频率下的材料和器件测量的历史发展过程中可以看到。宽频功率材料，例如功率铁氧体材料、非晶和微晶（纳米）材料的广泛应用，磁性材料和器件的动态测量或者实时测量技术将得到充分发展。磁性测量的这种综合性要求带来的技术上的复杂性，为磁性测量方法研究和测量仪器开发提出了新的挑战。
最后，我们用表1归纳磁性测试技术与测量仪器发展概略情况。表中提供的有关测试技术与测量仪器开发和获得应用年代是大概的时间区段，目的是理清一下磁性测量发展脉络，仅供参考。
3磁测量的几个特点
无论是软磁材料测量抑或是永磁测量和微波频率下铁氧体材料及器件测量，由于介质磁化的非线性、不可逆和对测试环境（如温度）强烈的依赖关系，明显地增加了测量结果的不确定性。为实现磁性参数测量并保证测试数据准确和有效，磁性测量具有以下几个主要特点和要求：
3.1根据电磁定律由电测量计算相关磁性参数
磁性参数是不能用直接测量的方法得到的，它们通常都要通过电学的测量计算材料磁性参数。例如，为了测量材料的初始磁导率μi，需要将被测材料做成环形磁芯并绕上线圈，然后测量磁芯线圈的电感量L，再由测得的电感值L用相应的电磁公式计算材料初始磁导率μi；永磁材料（NFB、SmCo、Alnico合金、铁氧体永磁、粘接永磁体等）测量，采用磁导计构成测量回路（闭路测量），用测量线圈拾取磁场（H）和磁通变化（B或φ），经过电子积分得到材料B-H关系曲线。通常的做法是根据测量线圈匝数（N）、试样截面积（A）标定测量系统从而直接绘制（打印）材料的退磁曲线。开路方法测量，例如振动（旋转）样品磁强计、磁通表、高斯计以及磁秤等则是利用电与磁、力与磁的关系通过电学量或力学量计算磁性参数。
3.2必须按照相关测试标准要求选定测量方法和测量系统(仪器)
对于每种成熟的材料系列都颁发了国际标准和相应的国家标准，国际标准是由国际电工委员会（IEC）标准化组织颁发的。各国的国家标准一般都是参照国际标准制定的或者等同国际标准，标准中推荐了测试方法和规定了测试条件。对于测试系统和仪器有的规定测试精度，有的提出了有益的建议或要求。例如通信用电感器和变压器磁芯测量方法国际标准IEC367-1（1982）中规定（推荐）了三种测试磁芯总功率损耗的方法：乘积电压表法、电桥法和示波器法；国际标准IEC62044-3规定了高励磁电平下磁参数测量方法。
3.3必须按照相关标准确定测试条件，并在规定的条件下严格遵照测量方法和操作步骤完成测量
由于铁磁性材料磁化特性的非线性、不可逆以及对温度敏感，因此材料测量必须按照标准要求选定测量系统并在规定的测量条件下严格遵照测量方法和操作步骤进行。因为对于同一材料，不同条件下测量结果是不同的，只有在规定测试条件下测量得到的数据才具备可比性。所谓可比性，简单说是可以相互比较，或者与规定标准数据比较，判定是否达到预定材料规格要求；或者与别的公司生产的同类材料比较以确定材料水平。从这个意义上说，不按规定条件测量的数据是无效的。
3.4完善的测试夹具或者试样耦合方法
什么是测试夹具？何谓耦合方法？我们前面说过，磁性测量必须借助于电参数的测量结果经过计算得到。要将被测材料与测试系统或仪器关联（或连接）起来就要采用某种适当方法。我们将这种方法叫做耦合，实现被测材料与测试系统耦合作用的是测试夹具。例如磁芯测试线圈、测试磁芯线圈绕组、永磁测量系统中的测量线圈和磁导计、微波铁氧体材料测试腔体和传输线。
所以测试夹具作为被测材料的载体（装载工具）与被测材料一同接入测试系统，使得测试结果中包含了测试夹具的影响。如何从测试结果中分离出被测材料参数就成为非常困难但又十分重要的问题。这些问题一部份在测试过程中解决，实在解决不了的由标准约定。
实际上，从磁性测量实践经验中我们可以看到，无论是软磁测量或是永磁测量，由于磁化的非线性和被测材料内部结构的复杂性都导致非正弦周期波的参数测量。而磁后效及对测量条件的严格依赖关系更明显地增加了测量结果的不确定性。因此磁测量虽然是通过电测量来达到目的，但它又不同于一般意义下的电测量，这就是磁性测量的特殊性。磁性测量的这种特殊性集中地表现在如下三个方面：一是对非正弦周期波特征值的测量，例如非正弦周期波电压（电流）的平均值、有效值和峰值的测量；二是测量必须在规定的条件下进行，测量参数与实际应用相适配并遵照规定的样品制备方法和严格的操作步骤；三是解决好样品与测量系统耦合（即测量夹具）问题，力图分离出样品的“本征”参数，这在交流测量中特别是在高频及微波频率下的材料测量中对提高测量精度更有重要意义。
以上特点说明磁性测量是十分复杂的，这是由于影响测量精度的因素很多，且难于有效控制。尽管如此，只要遵照测量标准，熟悉测试系统并进行严格操作，一般就能完成测量。重要的是解析测试结果、评价测试数据，从这个意义上说，测试方法和测量技术比测试系统和测量仪器更为重要；从磁性测量仪器制造商来说，为用户提供测试技术服务比单纯的提供测试仪器更为重要。应该指出，磁性测量比电子测量结果误差要大。在工业磁性测量时，不要指望1%的测试精度和重复性，这大概是一个保守的估计，但多数情况确实如此。
4技术现状
通过对表列测量系统的分析，结合磁测量技术的上述特点，我们认为应该注意磁测量仪器的发展趋向及相关技术。主要讨论以下几个问题：材料的基础参数测量，磁场强度测量，高频高感下材料测量和微波频率下材料参数测量。
4.1关于磁性材料的基础测量
与工业生产有关的磁性材料基本参数测量包括1）饱和磁化强度Ms测量；2）材料静态参数（即直流参数或准直流参数）测量；3）初始磁导率μi的测量。
饱和磁化强度Ms是评价磁性材料的基础参数。最通用的测试方法有冲击检流计、振动（旋转）样品磁强计、各种力的方法和微波方法。冲击检流计法中检流计光标偏转反映了样品线圈中电流变化，通过标准互感器和电流计算磁化强度，该方法历史悠久、方法经典，具有较高的测量精度。但由于该方法操作繁杂又很费时，工业生产中很少采用。目前国内仍在使用的型号是У541(前苏联)和M17检流计（俄罗斯，灵敏度较高），据了解上海有厂家生产。
振动（旋转）样品磁强计、各种力的方法和微波方法测试磁化强度Ms多用于材料研发中。
BH回线可以同测量磁化强度一样，用冲击检流计方法进行测量，因该方法繁杂、费时，现在多被电子积分方法所取代。电子积分测量方法的基础是电磁感应原理，被测试样在外部磁场下磁化，记录材料中B与H关系曲线（磁滞回线），是一种闭路测量方法（非环形试样需经磁导计构成磁闭路）。
早期的BH回线测试仪有国产的CL-1（上海电表四厂），稍后中国计量研究院推出MATS-2000，作为MATS-2000的换代产品，目前有MATS－2010/H/S/M/系列产品（湖南娄底联众科技）和TYU－2000A/D/H/M系列产品（湖南娄底天宇电子所）分别用于软磁交流自动测试、永磁性能自动测试和硅钢片磁性能测量。测量方法和测试系统满足国家标准GB/T3217-92和国际标准IEC404-5要求。早期的自动测试系统是在DOS操作环境下开发的，现在采用了基于WINDOWS的控制软件。
国外同类仪器中美国LDJ公司的5500R/H引进较早（80年代）；德国科隆磁物理公司的C-754磁滞回线测试仪具有很好的测试稳定性（电子积分器时间漂移小），国内已有少数单位引进；SY8216/8232（日本岩崎）适于作材料BH回线分析，频率范围为20Hz-15MHz，90年代以来，作为材料功率损耗测量也有少量引进。这些测试系统，作为国产测试仪器的补充，对提升磁性测量水平、加速国内同类产品研发发挥了积极作用。
磁性材料生产中必须测量的另一个参数是材料的初始磁导率μi，材料的磁导率与被测试样电感相联系。通过测量试样电感计算材料初始磁导率μi的仪器有各种电桥，70－80年代常用，测试频率范围为1kHz-30MHz，例如CD16（1kHz-1.5MHz）、Re13R127/128(100kHz-30MHz)等。工业生产过程中，目前常用自动LCR测试仪，例如TC2775/2775A(常州同昌)、WK4225（天津6厂）和ZL5型智能LCR测量仪（上海仪表所），前者频率范围100－10kHz，基本精度为±(0.2-1)%；后者频率范围12Hz-100kHz，基本测量精度为0.05%，带IEEE－488接口。另外，近年来各类高频变压器和电感器产量激增，促进了变压器专用测试仪器的发展。台湾几家公司推出一批所谓经济型、精密型和高速型LCR表。例如，(中茂)chromo11022/11025和Zentech 3250/3300/3252/3302等。主要技术性能比传统的LCR表优异（例如电感测试范围低端扩展到0.01nH），增加了像直流叠加、互感测试、匝比测量等变压器综合测试功能。Agilent4284A自动LCR表是国内引进最多的元件参数测试仪器，该仪器可以实现按频率或按磁通密度列表测试，方便控制加于试样的测试电压（或电流），为控制初始磁导率测试磁场提供了可能，是一种值得推广的材料器件参数测试仪器。
4.2关于磁场强度测量
在磁场测量中，除电磁感应方法外，电磁效应法获得广泛应用。采用霍尔效应原理的特斯拉计国内有多家公司生产，一般都是作为工业应用，测量范围：1-2000mT(3000mT)，仪器基本精度：±1％FS左右，例如TJSH系列数字特斯拉计（中国西南应用磁学研究所生产）。工业生产及科学研究中磁场强度测量范围已达0.1×10-8-6T，国外已经出现了测量范围为0.1×10-7-6T的产品，测量精度在10-2-10-3。例如日本东阳株式会社640型特斯拉计，测量范围0.1×10-4-3T（0.1G-30KG），精度：满度的±0.25%。附加ZOB-3202，测量范围低端扩展到1×10-7-1.0T（0.001G-10KG），精度为读数的±1%。超宽范围高斯计代表产品为日本电磁测量株式会社（NDK）的MODEL501高斯计。其测量范围为1×10-5-10T（0.1G-100KG）可用于测量微弱漏磁和超导磁场测量。多数仪器采用数字显示，一般为3.5-4.5位读数，部分产品已经智能化，例如ECHD电子公司的EFM-2000AX精密磁场测量器。
硅霍尔传感器能满足绝大多数工业磁测量要求。80年代出现的INAS材料Hall传感器具有更好的测量灵敏度和温度稳定性。此类磁性传感器测量范围可以扩展到10-7-10T，精度为读数的1%。
限制此类仪器发展的主要因素目前仍然是传感器的温度稳定性和非线性。我们认为充分利用INAS Hall传感器的优良特性、运用参数补偿技术、解决好变换电路及电源稳定性，有可能开发出新一代通用、廉价的特斯拉计。
新一代特斯拉计可以从两个方面发展，一种是液晶显示袖珍式特斯拉计。设计重点是提高可靠性、经济性，测量范围0.1mT-3.0T，精度为读数的±1%－±3%，用作直流磁场测量，可增加峰谷值设定，用于产品检验及漏场监测，为方便用户应作成可互换探头；另一种是精密特斯拉计。设计重点是高精度、超低磁场，目的用于微弱交流磁场测量。这种特斯拉计可以采用交流方案，充分利用近年发展起来的功能电路、改进信号处理方法实现低噪声、低漂移、高精度测量。
磁通表使用历史悠久，是永磁材料生产必备仪器。工业生产用磁通测试设备，磁通测量范围一般为10－3－1Wb，测量精度为±2％FS，例如CFTS-900 和LZ-610B。要提高该类仪表的技术水准，除了增加仪表的操作功能改善线圈结构外，最重要的是降低电子积分器的时间漂移。
4.3关于高频高磁感强度下的参数测量
彩电的功率磁件、计算机、通讯设备及仪器用开关电源，其应用频率已经进入超声频段（20kHz-1MHz）。1988年IEEE功率电子学专家会议报告了频率为2.68MHz，Ps=75W的开关电源实验室水平，随后国外开关电源常用频率为100KHz-375KHz。目前，由于材料的改进和专用高频大功率开关器件的大量生产，移动设备的广泛使用，开关电源使用频率多定在100/500kHz左右。这就对此类材料和器件高频高功率测量提出了新的要求。
在高频高磁感下对磁性材料作振幅磁导率及功耗测量均要涉及大功率宽频磁化电源，从而对仪器提出苛刻的高电压大电流输出要求。磁芯的高频高场激励，这可能引起B波形失真，如何保证B正弦将是测试系统设计中不可忽略的问题。据笔者了解，这个问题目前尚未引起多数仪器生产商和仪器供应（代理）商注意。
80年代已经出现了一些宽频高场测量仪器和测试系统。有代表性的如美国ch258 AVW表 ，可以同时测量电流、电压和功率，测试频率范围50Hz-1MHz。严格地说，ch258 AVW表是一种通用电参数测试仪器，不是专为磁性测量设计的。90年代初，中国西南应用磁学研究所采用与ch258 AVW表相同的乘法器电路原理在国内首先开发成功MS9400高频功率测量仪，与该所MS110功率源配套组成磁性材料测试系统。这是我国第一套自主研发的磁性材料功耗测试仪器，测试频率范围：10－150kHz；2002年绵阳高新区金鹏电磁技术有限公司推出JP2581B+JP8500B数字式宽频功率测量系统，测试频率范围为10-500kHz/1000kHz。为国内目前唯一的系统自身配套完善，颇具操作特色，测试精度与ch258 AVW相当的功耗测量系统。目前该测量系统正以自己的价格和售后服务优势与国外同类仪器竞争。
另一类宽频高场测量仪器是采用波形存贮法的BH分析仪。代表产品是日本凌和电子株式会社的铁损测量系统MODEL-MMS-0375和日本岩崎通信株式会社的SY8216/SY8232HB分析仪。前者频率范围为50Hz-35MHz，配用有2台激励源，其中之一测量频率为50Hz-300KHz，输出电压：300Vp-p，输出电流：5.5Ap-p，由计算机PC9801控制；后者测试频率范围分别为20Hz-1MHz和20Hz-15MHz，相位测量精度据说可达0.1°。该仪器从80年代中期开始研制经十多年不断改进，目前已成为磁性材料测量的‘标准’仪器。尽管如此，用该仪器来测量75°-85°相位角的常用磁性试样，即使忽略其他因素影响，能否达到制造商所宣称的测量精度，笔者表示怀疑。
采用波形采样存贮方法的另外两个仪器是美国ch2330和ch2335。该仪器可以同时显示电压、电流和功率，测量频率范围－600kHz/1.2MHz，未配功率源。
通讯、广播及计算机用功率磁件测量，由于多种原因，长久以来，国内存在两种情况。一种是生产厂作专项指标测量，以产品检验为目的。测量系统多为使用者自己组建并向IEC标准靠拢。例如，采用示波器法、谐振法或者电桥法测量振幅磁导率及功耗 。这些系统的定标及测量方法不统一，所以对测量结果的评价缺乏权威性；另一方面是引进国外仪器，如前面提到的ch258、ch2330/2335和sy8216/sy8232，这些仪器价格昂贵，不是多数单位能够承受得了的。
提高我国磁性测试水平的根本出路是自主研发生产测试系统，逐步取代国外产品。目前，国内几家磁性测试仪器专业公司正在为此努力，并已有仪器上市，例如，前面提到的JP2581B+JP8500B材料损耗和器件功率测量系统。该测量系统与（美）ch258相比，测量功能和测量精度相当，系统连接更加简单，操作更加方便，系统配套性和性能/价格比优于国外同类产品。
4.4高频及超高频下磁参数测量
高频及超高频下磁参数测量主要用于通讯、广播电感器件、匹配变压器参数测量和抗电磁干扰（EMI）器件测量。其使用频率已经扩展到1-2GHz，例如80年代出现的蜂窝状移动无线电台（移动通讯），有超过2GHz/3GHz频段的趋势。
高频及超高频磁性材料测量中一个主要问题是样品与测量系统的耦合方法。电桥法及谐振法由于调零及平衡操作，需要标准电容电感影响了测量精度及重复性。而且上述方法也只限于超短波频段，即300MHz以下。近十年来，由于高性能电路元器件的突破及诸如引线补偿、自动调零、区间平均、频率合成器等技术的出现，阻抗法（即电流电压法）提供了很高的测量精度，产生了一代高水平元件参数测量仪器，例如Agilent4294精密阻抗分析仪、Agilent4395、Agilent 4396网络/阻抗/频谱分析仪和Agilent 4291阻抗/材料分析仪。
在高频率下，RF阻抗测量在设计及机械组装方面与低频LCR分析仪有明显不同。剩余阻抗、相移、传输损耗和端面效应带进了集中参数电路。在这种情况下，必须采用微波测量方法，沿用微波测量概念，通过对样品传输/反射测量计算出样品磁性参数值。在这里可以说，对测量方法的研究及测量系统组成比对测量仪器本身的研究有更为直接的意义。
高频低场测量中即使采用了传输线理论，其宽频范围内的传输、反射特性由于耦合方法的不完善（如测试夹具）引起端面不确定性，随频率的增加而增加，从而带来不可接受的测量结果。例如HP4191在规定的频率范围内测量误差竟达到±10%，测量结果也只能作为设计参考。鉴于这种情况，在高频下实现材料磁特性测量，我们认为宜采用“在线”测量方法，将被测材料用适当电路形式与测量系统耦合起来，测量其传输系数及反射系数，通过对所用电路作简单数学描述，分离出电抗参数及电阻参数，从而计算材料磁参数。这实际上是阻抗法或称广义阻抗法。与HP4191等阻抗分析仪相比有更大的灵活性和实用性。例如现在共用天线（CATV）元件生产就是采用测试元件反射、传输特性，据此反推磁芯性能，指导磁芯生产的。
测量系统由扫频源及阻抗电桥组成。扫频频率范围可定在1MHz-1000MHz，带点频输出。阻抗电桥要求能测出30dB反射损耗（相当于SWR=1.10-1.06），输出功率P≥10mw，内稳幅，稳幅度±0.5dB。实现该测量系统的一个关键问题是寻求廉价的宽带信号产生方法和研制高方向性（D＞30dB）宽带精密阻抗电桥。单片机推广使用及另偏肖特基二极管，低交调宽带放大器双平衡混频器的出现，实现上述设想是可能的。
近几年由于移动通信的促进，在我国标量网络分析仪得到充分发展。为高频及超高频下磁参数测量提供了方便。事实上，一些有条件的科研院所，在专用或军用微波磁性器件调测方面，普遍采用了网络分析仪。
5对磁性测试技术的思考与建议
应该看到，磁测量存在前面提到的几个特点和由此引起的技术难点，因此，磁测量仪器研发、生产和售后服务应该注意解决如下几个问题：
(1)要将磁测量仪器提高到新水平，应该开展计算机控制下弱信号检测，取样变换、校准及参数分离技术研究。实现宽带波形产生和控制，其中之一，产生与测量系统严格同步的励磁信号，波形为：低失真正弦波、方波、调宽方波。
解决宽带（DC-3MHz）波形参数实时测量，如非正弦周期波参数特征值测量；完成宽高频率下大功率励磁源和磁场测试设备研发生产；
(2)实现高频阻抗参数实部虚部分离技术，寻求电抗元件磁参数间接测量新方法；
(3)由于磁性材料的磁化特点，十分强调在实际应用条件下测量（我们称为实时测量或动态测量），而材料生产和应用高度专业化导致磁测参数和仪器的多样性，因而，在发展计算机化磁测仪器和系统的同时，应该开发以产品生产过程质量控制和品管检测为目的的、经济实用的测量仪器和系统，满足材料科研、生产、应用中多层次多方面需求。设计目标是廉价、可靠、方便、高效。
(4)上面提到，磁性测量涉及的是一组非线性、不可逆参数的测量。测量结果不但受测试条件和测试程序的严格
由于磁性材料使用频率的不断提高，具有较高电阻率的铁氧体材料的生产扩大和性能改进，促进了从直流到微波频率下磁性测量的实验技术的发展。上个世纪60－70年代，磁性材料测量理论和方法已经相当成熟，为适应磁性材料生产和应用，有许多测试仪器设备可供选择，这些测试系统大都符合相关国际标准中推荐的测试方法。磁性测量已经从电子测量专业中分离出来，形成了自己的专业领域。今天，磁性测量已经发展成为跨越电与磁、材料与工艺、测量方法与仪器设计、数据处理与实时控制的一门综合科学。
与电子材料和元件相比，磁性材料及器件参数测量存在一系列特殊性。这是由于磁场中介质磁化所呈现的非线性、不可逆以及对（测试）环境强烈的依赖关系所决定的。因此，磁性测量涉及的是一组非线性、不可逆参数的测量。测量结果不但受测试条件和测试程序的严格限制，而且与测量原理、测量方法、测量仪器有关，软磁材料测量尤其如此。
我国是磁性材料生产大国，但不是磁性材料生产和应用强国。这除了技术创新能力不强、劳动生产和能源利用率较低之外，磁性测试仪器及磁加工设备落后也是一个重要原因。为了发展我国磁性测量技术、磁性测试仪器设备，本文扼要地回顾了磁测量技术和仪器发展历史，并对目前国内外磁性测量技术和仪器现状作简要分析，归纳出磁测量技术及仪器的几个特点、难点及解决思路。为叙述方便，分为历史回顾、磁测量的几个特点和磁性测量目前水平及相关技术建议。
2历史概要
磁性测量的发展历史就是磁性材料发展和应用的历史。
大体上说，磁性测量方法和测量仪器的发展经历了从低频到高频、从单一参数到多参数、兼顾磁性材料和磁性器件综合测试要求的历史发展过程。
在高频磁性材料出现及应用之前，约1945年前由于电的广泛应用如发电配电、电话电报、无线通讯、雷达导航等技术的发展，磁性测量主要是对电工用金属磁性材料（如硅钢）和一些高性能合金材料（铁镍合金）的测量。测量频率主要限于100kHz以下。采用机械积分（冲击检流计法）测量磁性材料静态特性，利用交流电桥测量（分离）材料交流特性，用电流电压线圈结构测试原理的瓦特计测量材料功率损耗。到了上世纪50-60年代，随着铁氧体材料的发展，材料应用频率的提高，测量技术除使用一些经典的测量方法外，还发展了Q表，测量低损耗材料（高Q材料Q>50）的高频参数（例如，英国TF1245高频Q表、美国HP4342、国产QBG-3等），测量频率扩展到300MHz。
Q表是一种多用途仪器，适用频率范围宽，原理简单，操作容易，至今仍然得到广泛应用。交流电桥也是一类多用途仪器，经过不断改进，工作频率范围可以低到1kHz和高到30MHZ (Re13r217、 Re13r218/ 0.1nH)，作为Q表的补充，常用于测量低Q（Q<50）材料的交流特性。应该指出，不论Q表或者电桥都不能控制加于样品上的测试电压，因而，用于与磁化状态有关的磁性材料参测量时，其测量误差较大。冲击（机械积分）法、电桥（比较）法、谐振法（Q表）测量原理及测量仪器长期以来是磁性测量的主要方法。
磁性材料静态参数测量方面，在上世纪50年代广泛采用的铁磁示波器基础上，60-70年代出现了用于交流磁化曲线测量和记录的H-B回线测试系统（如上海电表四厂的CL-1）。系统测试原理与冲击法基本相同，不同的是这里用电子积分取代了机械积分，使得测量系统易于操作，经过定标直接画制磁滞回线，系统进一步发展是计算机控制。80年代以来有多种系统面市，例如，美国LDJ公司的LDJ5500R/H、中国计量院和中国湖南蒌底电子所的MATS-2000。要指出的是，冲击法测试结果具有很高的置信度，在用电子积分法测试结果有争议时往往采用冲击法作为比较。因此，冲击法虽然‘古老’，但经典可信，至今仍在使用。
进入到70年代，随着工业、科学、办公自动化设备的发展，要求整机电源减轻重量、缩小体积。在理论上提高电源工作频率是减小变压器体积的必然途径，因而70年代初出现了采用市电直接整流、借助逆变技术实现高频功率变换的开关电源。开关电源的出现促进了一种叫做功率铁氧体材料的发展（如日本TDK公司的PC30）。功率铁氧体材料不但要求测量材料的基本电磁参数(如Br、Hc、Bs)，而且需要测量高频高场下的功率损耗和磁导率(μa)。早期采用的方法有电桥法（如变量器电桥CD25）、并联谐振法，工作频率约16-100kHz。随着高频低功率损耗材料发展（如TDK: PC40、Philips: 3F3、TDG: TP4、TP4A、TP6A、TP6B等）和电视、计算机（监视器）的广泛应用，到90年代中期，市场对功率材料需求激增。功率材料开发和生产对高频功率损耗测量提出了新的要求。从80年代以来，出现了两种功率损耗测量仪器：一种是基于电流电压瞬时相乘的乘法表（如美国的ch258AVW表）；另一种是基于计算机波形存储法的HB回线分析仪（如日本岩崎通讯株式会社的SY8216、SY8232和凌和电子株式会社的MMS-0375）。前者适用于生产线磁芯功耗快速检测和材料研究，测试频率50Hz-1MHz、基本精度约5-7%；后者适用于材料研究开发，测试频率20Hz-15MHz，基本精度约2-5%。
同时，随着高磁导率锰锌铁氧体材料和高频、宽频镍锌铁氧体材料（工作频率为1-1000/3000MHz）在程控电话交换机、共用天线系统（CATV）、通信、网络及电磁兼容（EMC）中的广泛应用，对材料和器件高频、宽频阻抗特性测试提出了新的要求。80年代陆续开发出一类智能化元件参数测试仪器和高频阻抗网络分析仪器。例如，美国惠普公司的HP4284A/HP42841A CLR表（f=20Hz-1MHz）、HP4274A（100Hz-100kHz）、HP4275A(10kHz-10MHz)、HP4192(5Hz-13MHz)；国产YY2815（100Hz-300kHz、天无6厂）、ZL5（12Hz-100kHz、上海仪表研究所）、HP4191阻抗分析仪（1-1800MHz）、HP4395(100kHz-500MHz)、HP4396（1MHz1.8GHz）网络/阻抗/频谱分析仪、HP4291阻抗/材料分析仪（1－1.8GHz）和Agilent4294A精密阻抗分析仪(40Hz-110MHz)等。这些测试仪器和测试系统有的采用自动平衡电桥原理（HP4284A、Agilent4294A），有的采用基于伏安法的高频/射频阻抗测试配件（HP43961B）及测试夹具完成系统到被测式样的耦合和材料参数分离。测试频率为100kHz-1.8GHz，阻抗测试精度约±3%（常温）。
微波频率下铁氧体材料和器件的生产研究始于50年代初（1952年美国贝尔实验室）。器件的基本工作原理是材料在静磁场和微波场的共同作用下出现的旋磁效应。60-70年代最有代表性的器件为环行器、隔离器、电控（锁式）开关及利用材料旋磁效应的YIG调谐滤波器、YIG振荡器，所使用的材料为尖晶石、石榴石和六角晶系（多晶）结构的铁氧体。
材料的基本参数为饱和磁化强度MS、复介电常数e、介电损耗角正切tanδ、铁磁共振线宽ΔH、有效线宽ΔHoff、张量磁导率及材料的高功率特性等。基本参数测量主要方法是基于被测样品对传输线和微波腔体的微绕作用。前者改变损耗和反射，后者影响腔体谐振频率和Q值。
测量方法可以分为频域和时域测量。频域测量借助于网络散射参数解析被测端面因试样插入影响产生的不连续性（损耗、反射特性），自50年代以来一直采用。这种方法是组建微波测量系统，采用高频替代法和比较法测量试样置入前后传输、反射参数变化，测量精度取决于试样与测试微波腔体理想耦合和测量系统的完善调配；70年代出现用时域反射方法测量材料的复数磁导率和复数介电常数，但因数学解析复杂、要求宽带定向耦合器方向性太高（D>40dB）未能得到推广。
微波铁氧体器件测试与调试技术发展大致经历了三个阶段：约1950-1965年期间，用微波测试系统作点频测量；60年代中期出现了扫频仪（扫频信号源），约1965-1980年用扫频信号源与宽带定向耦合器、宽带精密检波器组成的扫频测试系统被广泛采用（如当时上无26厂生产的XS11、中国西南应用磁学所研制的XP5），扫频测试提高了磁性器件调测速度和生产质量；约1980-1990年扫频测试系统智能化，开发成功标量网络分析仪（如美国微冲公司的6407/6409）。标量网络分析仪提供了器件参数的动态显示（CRT）和打印输出，进一步提高了器件调测技术水平；近十多年来矢量网络分析仪（HP8712/14、HP4395、HP4396等）得到广泛应用。矢量网络分析仪不但提供传输和反射信息，而且能提供器件的相位信息，通过分离复数分量确定反射性质。应该指出，作为测试系统重要组成部分的测试腔体或者夹具也十分完善（因而也特别昂贵），完善的试样耦合利于分离被测材料和器件的‘本征’参数，提高测试精度。
应该提出的是，磁性材料作为一种功能材料，在电子、电气和信息技术设备中的大量应用仅次于半导体材料。进入本世纪以来，由于信息技术设备的要求，磁性器件也像半导体一样开始朝着集成器件或部件发展，以适应宽带网的发展和普及要求。因此，磁性测量，在技术上已经突破了面向材料生产的单纯材料参数测量模式，逐渐提出了面向应用的磁性材料和器件多参数宽频率范围的测量要求。磁性测量的这一发展趋势，我们在上述微波频率下的材料和器件测量的历史发展过程中可以看到。宽频功率材料，例如功率铁氧体材料、非晶和微晶（纳米）材料的广泛应用，磁性材料和器件的动态测量或者实时测量技术将得到充分发展。磁性测量的这种综合性要求带来的技术上的复杂性，为磁性测量方法研究和测量仪器开发提出了新的挑战。
最后，我们用表1归纳磁性测试技术与测量仪器发展概略情况。表中提供的有关测试技术与测量仪器开发和获得应用年代是大概的时间区段，目的是理清一下磁性测量发展脉络，仅供参考。
3磁测量的几个特点
无论是软磁材料测量抑或是永磁测量和微波频率下铁氧体材料及器件测量，由于介质磁化的非线性、不可逆和对测试环境（如温度）强烈的依赖关系，明显地增加了测量结果的不确定性。为实现磁性参数测量并保证测试数据准确和有效，磁性测量具有以下几个主要特点和要求：
3.1根据电磁定律由电测量计算相关磁性参数
磁性参数是不能用直接测量的方法得到的，它们通常都要通过电学的测量计算材料磁性参数。例如，为了测量材料的初始磁导率μi，需要将被测材料做成环形磁芯并绕上线圈，然后测量磁芯线圈的电感量L，再由测得的电感值L用相应的电磁公式计算材料初始磁导率μi；永磁材料（NFB、SmCo、Alnico合金、铁氧体永磁、粘接永磁体等）测量，采用磁导计构成测量回路（闭路测量），用测量线圈拾取磁场（H）和磁通变化（B或φ），经过电子积分得到材料B-H关系曲线。通常的做法是根据测量线圈匝数（N）、试样截面积（A）标定测量系统从而直接绘制（打印）材料的退磁曲线。开路方法测量，例如振动（旋转）样品磁强计、磁通表、高斯计以及磁秤等则是利用电与磁、力与磁的关系通过电学量或力学量计算磁性参数。
3.2必须按照相关测试标准要求选定测量方法和测量系统(仪器)
对于每种成熟的材料系列都颁发了国际标准和相应的国家标准，国际标准是由国际电工委员会（IEC）标准化组织颁发的。各国的国家标准一般都是参照国际标准制定的或者等同国际标准，标准中推荐了测试方法和规定了测试条件。对于测试系统和仪器有的规定测试精度，有的提出了有益的建议或要求。例如通信用电感器和变压器磁芯测量方法国际标准IEC367-1（1982）中规定（推荐）了三种测试磁芯总功率损耗的方法：乘积电压表法、电桥法和示波器法；国际标准IEC62044-3规定了高励磁电平下磁参数测量方法。
3.3必须按照相关标准确定测试条件，并在规定的条件下严格遵照测量方法和操作步骤完成测量
由于铁磁性材料磁化特性的非线性、不可逆以及对温度敏感，因此材料测量必须按照标准要求选定测量系统并在规定的测量条件下严格遵照测量方法和操作步骤进行。因为对于同一材料，不同条件下测量结果是不同的，只有在规定测试条件下测量得到的数据才具备可比性。所谓可比性，简单说是可以相互比较，或者与规定标准数据比较，判定是否达到预定材料规格要求；或者与别的公司生产的同类材料比较以确定材料水平。从这个意义上说，不按规定条件测量的数据是无效的。
3.4完善的测试夹具或者试样耦合方法
什么是测试夹具？何谓耦合方法？我们前面说过，磁性测量必须借助于电参数的测量结果经过计算得到。要将被测材料与测试系统或仪器关联（或连接）起来就要采用某种适当方法。我们将这种方法叫做耦合，实现被测材料与测试系统耦合作用的是测试夹具。例如磁芯测试线圈、测试磁芯线圈绕组、永磁测量系统中的测量线圈和磁导计、微波铁氧体材料测试腔体和传输线。
所以测试夹具作为被测材料的载体（装载工具）与被测材料一同接入测试系统，使得测试结果中包含了测试夹具的影响。如何从测试结果中分离出被测材料参数就成为非常困难但又十分重要的问题。这些问题一部份在测试过程中解决，实在解决不了的由标准约定。
实际上，从磁性测量实践经验中我们可以看到，无论是软磁测量或是永磁测量，由于磁化的非线性和被测材料内部结构的复杂性都导致非正弦周期波的参数测量。而磁后效及对测量条件的严格依赖关系更明显地增加了测量结果的不确定性。因此磁测量虽然是通过电测量来达到目的，但它又不同于一般意义下的电测量，这就是磁性测量的特殊性。磁性测量的这种特殊性集中地表现在如下三个方面：一是对非正弦周期波特征值的测量，例如非正弦周期波电压（电流）的平均值、有效值和峰值的测量；二是测量必须在规定的条件下进行，测量参数与实际应用相适配并遵照规定的样品制备方法和严格的操作步骤；三是解决好样品与测量系统耦合（即测量夹具）问题，力图分离出样品的“本征”参数，这在交流测量中特别是在高频及微波频率下的材料测量中对提高测量精度更有重要意义。
以上特点说明磁性测量是十分复杂的，这是由于影响测量精度的因素很多，且难于有效控制。尽管如此，只要遵照测量标准，熟悉测试系统并进行严格操作，一般就能完成测量。重要的是解析测试结果、评价测试数据，从这个意义上说，测试方法和测量技术比测试系统和测量仪器更为重要；从磁性测量仪器制造商来说，为用户提供测试技术服务比单纯的提供测试仪器更为重要。应该指出，磁性测量比电子测量结果误差要大。在工业磁性测量时，不要指望1%的测试精度和重复性，这大概是一个保守的估计，但多数情况确实如此。
4技术现状
通过对表列测量系统的分析，结合磁测量技术的上述特点，我们认为应该注意磁测量仪器的发展趋向及相关技术。主要讨论以下几个问题：材料的基础参数测量，磁场强度测量，高频高感下材料测量和微波频率下材料参数测量。
4.1关于磁性材料的基础测量
与工业生产有关的磁性材料基本参数测量包括1）饱和磁化强度Ms测量；2）材料静态参数（即直流参数或准直流参数）测量；3）初始磁导率μi的测量。
饱和磁化强度Ms是评价磁性材料的基础参数。最通用的测试方法有冲击检流计、振动（旋转）样品磁强计、各种力的方法和微波方法。冲击检流计法中检流计光标偏转反映了样品线圈中电流变化，通过标准互感器和电流计算磁化强度，该方法历史悠久、方法经典，具有较高的测量精度。但由于该方法操作繁杂又很费时，工业生产中很少采用。目前国内仍在使用的型号是У541(前苏联)和M17检流计（俄罗斯，灵敏度较高），据了解上海有厂家生产。
振动（旋转）样品磁强计、各种力的方法和微波方法测试磁化强度Ms多用于材料研发中。
BH回线可以同测量磁化强度一样，用冲击检流计方法进行测量，因该方法繁杂、费时，现在多被电子积分方法所取代。电子积分测量方法的基础是电磁感应原理，被测试样在外部磁场下磁化，记录材料中B与H关系曲线（磁滞回线），是一种闭路测量方法（非环形试样需经磁导计构成磁闭路）。
早期的BH回线测试仪有国产的CL-1（上海电表四厂），稍后中国计量研究院推出MATS-2000，作为MATS-2000的换代产品，目前有MATS－2010/H/S/M/系列产品（湖南娄底联众科技）和TYU－2000A/D/H/M系列产品（湖南娄底天宇电子所）分别用于软磁交流自动测试、永磁性能自动测试和硅钢片磁性能测量。测量方法和测试系统满足国家标准GB/T3217-92和国际标准IEC404-5要求。早期的自动测试系统是在DOS操作环境下开发的，现在采用了基于WINDOWS的控制软件。
国外同类仪器中美国LDJ公司的5500R/H引进较早（80年代）；德国科隆磁物理公司的C-754磁滞回线测试仪具有很好的测试稳定性（电子积分器时间漂移小），国内已有少数单位引进；SY8216/8232（日本岩崎）适于作材料BH回线分析，频率范围为20Hz-15MHz，90年代以来，作为材料功率损耗测量也有少量引进。这些测试系统，作为国产测试仪器的补充，对提升磁性测量水平、加速国内同类产品研发发挥了积极作用。
磁性材料生产中必须测量的另一个参数是材料的初始磁导率μi，材料的磁导率与被测试样电感相联系。通过测量试样电感计算材料初始磁导率μi的仪器有各种电桥，70－80年代常用，测试频率范围为1kHz-30MHz，例如CD16（1kHz-1.5MHz）、Re13R127/128(100kHz-30MHz)等。工业生产过程中，目前常用自动LCR测试仪，例如TC2775/2775A(常州同昌)、WK4225（天津6厂）和ZL5型智能LCR测量仪（上海仪表所），前者频率范围100－10kHz，基本精度为±(0.2-1)%；后者频率范围12Hz-100kHz，基本测量精度为0.05%，带IEEE－488接口。另外，近年来各类高频变压器和电感器产量激增，促进了变压器专用测试仪器的发展。台湾几家公司推出一批所谓经济型、精密型和高速型LCR表。例如，(中茂)chromo11022/11025和Zentech 3250/3300/3252/3302等。主要技术性能比传统的LCR表优异（例如电感测试范围低端扩展到0.01nH），增加了像直流叠加、互感测试、匝比测量等变压器综合测试功能。Agilent4284A自动LCR表是国内引进最多的元件参数测试仪器，该仪器可以实现按频率或按磁通密度列表测试，方便控制加于试样的测试电压（或电流），为控制初始磁导率测试磁场提供了可能，是一种值得推广的材料器件参数测试仪器。
4.2关于磁场强度测量
在磁场测量中，除电磁感应方法外，电磁效应法获得广泛应用。采用霍尔效应原理的特斯拉计国内有多家公司生产，一般都是作为工业应用，测量范围：1-2000mT(3000mT)，仪器基本精度：±1％FS左右，例如TJSH系列数字特斯拉计（中国西南应用磁学研究所生产）。工业生产及科学研究中磁场强度测量范围已达0.1×10-8-6T，国外已经出现了测量范围为0.1×10-7-6T的产品，测量精度在10-2-10-3。例如日本东阳株式会社640型特斯拉计，测量范围0.1×10-4-3T（0.1G-30KG），精度：满度的±0.25%。附加ZOB-3202，测量范围低端扩展到1×10-7-1.0T（0.001G-10KG），精度为读数的±1%。超宽范围高斯计代表产品为日本电磁测量株式会社（NDK）的MODEL501高斯计。其测量范围为1×10-5-10T（0.1G-100KG）可用于测量微弱漏磁和超导磁场测量。多数仪器采用数字显示，一般为3.5-4.5位读数，部分产品已经智能化，例如ECHD电子公司的EFM-2000AX精密磁场测量器。
硅霍尔传感器能满足绝大多数工业磁测量要求。80年代出现的INAS材料Hall传感器具有更好的测量灵敏度和温度稳定性。此类磁性传感器测量范围可以扩展到10-7-10T，精度为读数的1%。
限制此类仪器发展的主要因素目前仍然是传感器的温度稳定性和非线性。我们认为充分利用INAS Hall传感器的优良特性、运用参数补偿技术、解决好变换电路及电源稳定性，有可能开发出新一代通用、廉价的特斯拉计。
新一代特斯拉计可以从两个方面发展，一种是液晶显示袖珍式特斯拉计。设计重点是提高可靠性、经济性，测量范围0.1mT-3.0T，精度为读数的±1%－±3%，用作直流磁场测量，可增加峰谷值设定，用于产品检验及漏场监测，为方便用户应作成可互换探头；另一种是精密特斯拉计。设计重点是高精度、超低磁场，目的用于微弱交流磁场测量。这种特斯拉计可以采用交流方案，充分利用近年发展起来的功能电路、改进信号处理方法实现低噪声、低漂移、高精度测量。
磁通表使用历史悠久，是永磁材料生产必备仪器。工业生产用磁通测试设备，磁通测量范围一般为10－3－1Wb，测量精度为±2％FS，例如CFTS-900 和LZ-610B。要提高该类仪表的技术水准，除了增加仪表的操作功能改善线圈结构外，最重要的是降低电子积分器的时间漂移。
4.3关于高频高磁感强度下的参数测量
彩电的功率磁件、计算机、通讯设备及仪器用开关电源，其应用频率已经进入超声频段（20kHz-1MHz）。1988年IEEE功率电子学专家会议报告了频率为2.68MHz，Ps=75W的开关电源实验室水平，随后国外开关电源常用频率为100KHz-375KHz。目前，由于材料的改进和专用高频大功率开关器件的大量生产，移动设备的广泛使用，开关电源使用频率多定在100/500kHz左右。这就对此类材料和器件高频高功率测量提出了新的要求。
在高频高磁感下对磁性材料作振幅磁导率及功耗测量均要涉及大功率宽频磁化电源，从而对仪器提出苛刻的高电压大电流输出要求。磁芯的高频高场激励，这可能引起B波形失真，如何保证B正弦将是测试系统设计中不可忽略的问题。据笔者了解，这个问题目前尚未引起多数仪器生产商和仪器供应（代理）商注意。
80年代已经出现了一些宽频高场测量仪器和测试系统。有代表性的如美国ch258 AVW表 ，可以同时测量电流、电压和功率，测试频率范围50Hz-1MHz。严格地说，ch258 AVW表是一种通用电参数测试仪器，不是专为磁性测量设计的。90年代初，中国西南应用磁学研究所采用与ch258 AVW表相同的乘法器电路原理在国内首先开发成功MS9400高频功率测量仪，与该所MS110功率源配套组成磁性材料测试系统。这是我国第一套自主研发的磁性材料功耗测试仪器，测试频率范围：10－150kHz；2002年绵阳高新区金鹏电磁技术有限公司推出JP2581B+JP8500B数字式宽频功率测量系统，测试频率范围为10-500kHz/1000kHz。为国内目前唯一的系统自身配套完善，颇具操作特色，测试精度与ch258 AVW相当的功耗测量系统。目前该测量系统正以自己的价格和售后服务优势与国外同类仪器竞争。
另一类宽频高场测量仪器是采用波形存贮法的BH分析仪。代表产品是日本凌和电子株式会社的铁损测量系统MODEL-MMS-0375和日本岩崎通信株式会社的SY8216/SY8232HB分析仪。前者频率范围为50Hz-35MHz，配用有2台激励源，其中之一测量频率为50Hz-300KHz，输出电压：300Vp-p，输出电流：5.5Ap-p，由计算机PC9801控制；后者测试频率范围分别为20Hz-1MHz和20Hz-15MHz，相位测量精度据说可达0.1°。该仪器从80年代中期开始研制经十多年不断改进，目前已成为磁性材料测量的‘标准’仪器。尽管如此，用该仪器来测量75°-85°相位角的常用磁性试样，即使忽略其他因素影响，能否达到制造商所宣称的测量精度，笔者表示怀疑。
采用波形采样存贮方法的另外两个仪器是美国ch2330和ch2335。该仪器可以同时显示电压、电流和功率，测量频率范围－600kHz/1.2MHz，未配功率源。
通讯、广播及计算机用功率磁件测量，由于多种原因，长久以来，国内存在两种情况。一种是生产厂作专项指标测量，以产品检验为目的。测量系统多为使用者自己组建并向IEC标准靠拢。例如，采用示波器法、谐振法或者电桥法测量振幅磁导率及功耗 。这些系统的定标及测量方法不统一，所以对测量结果的评价缺乏权威性；另一方面是引进国外仪器，如前面提到的ch258、ch2330/2335和sy8216/sy8232，这些仪器价格昂贵，不是多数单位能够承受得了的。
提高我国磁性测试水平的根本出路是自主研发生产测试系统，逐步取代国外产品。目前，国内几家磁性测试仪器专业公司正在为此努力，并已有仪器上市，例如，前面提到的JP2581B+JP8500B材料损耗和器件功率测量系统。该测量系统与（美）ch258相比，测量功能和测量精度相当，系统连接更加简单，操作更加方便，系统配套性和性能/价格比优于国外同类产品。
4.4高频及超高频下磁参数测量
高频及超高频下磁参数测量主要用于通讯、广播电感器件、匹配变压器参数测量和抗电磁干扰（EMI）器件测量。其使用频率已经扩展到1-2GHz，例如80年代出现的蜂窝状移动无线电台（移动通讯），有超过2GHz/3GHz频段的趋势。
高频及超高频磁性材料测量中一个主要问题是样品与测量系统的耦合方法。电桥法及谐振法由于调零及平衡操作，需要标准电容电感影响了测量精度及重复性。而且上述方法也只限于超短波频段，即300MHz以下。近十年来，由于高性能电路元器件的突破及诸如引线补偿、自动调零、区间平均、频率合成器等技术的出现，阻抗法（即电流电压法）提供了很高的测量精度，产生了一代高水平元件参数测量仪器，例如Agilent4294精密阻抗分析仪、Agilent4395、Agilent 4396网络/阻抗/频谱分析仪和Agilent 4291阻抗/材料分析仪。
在高频率下，RF阻抗测量在设计及机械组装方面与低频LCR分析仪有明显不同。剩余阻抗、相移、传输损耗和端面效应带进了集中参数电路。在这种情况下，必须采用微波测量方法，沿用微波测量概念，通过对样品传输/反射测量计算出样品磁性参数值。在这里可以说，对测量方法的研究及测量系统组成比对测量仪器本身的研究有更为直接的意义。
高频低场测量中即使采用了传输线理论，其宽频范围内的传输、反射特性由于耦合方法的不完善（如测试夹具）引起端面不确定性，随频率的增加而增加，从而带来不可接受的测量结果。例如HP4191在规定的频率范围内测量误差竟达到±10%，测量结果也只能作为设计参考。鉴于这种情况，在高频下实现材料磁特性测量，我们认为宜采用“在线”测量方法，将被测材料用适当电路形式与测量系统耦合起来，测量其传输系数及反射系数，通过对所用电路作简单数学描述，分离出电抗参数及电阻参数，从而计算材料磁参数。这实际上是阻抗法或称广义阻抗法。与HP4191等阻抗分析仪相比有更大的灵活性和实用性。例如现在共用天线（CATV）元件生产就是采用测试元件反射、传输特性，据此反推磁芯性能，指导磁芯生产的。
测量系统由扫频源及阻抗电桥组成。扫频频率范围可定在1MHz-1000MHz，带点频输出。阻抗电桥要求能测出30dB反射损耗（相当于SWR=1.10-1.06），输出功率P≥10mw，内稳幅，稳幅度±0.5dB。实现该测量系统的一个关键问题是寻求廉价的宽带信号产生方法和研制高方向性（D＞30dB）宽带精密阻抗电桥。单片机推广使用及另偏肖特基二极管，低交调宽带放大器双平衡混频器的出现，实现上述设想是可能的。
近几年由于移动通信的促进，在我国标量网络分析仪得到充分发展。为高频及超高频下磁参数测量提供了方便。事实上，一些有条件的科研院所，在专用或军用微波磁性器件调测方面，普遍采用了网络分析仪。
5对磁性测试技术的思考与建议
应该看到，磁测量存在前面提到的几个特点和由此引起的技术难点，因此，磁测量仪器研发、生产和售后服务应该注意解决如下几个问题：
(1)要将磁测量仪器提高到新水平，应该开展计算机控制下弱信号检测，取样变换、校准及参数分离技术研究。实现宽带波形产生和控制，其中之一，产生与测量系统严格同步的励磁信号，波形为：低失真正弦波、方波、调宽方波。
解决宽带（DC-3MHz）波形参数实时测量，如非正弦周期波参数特征值测量；完成宽高频率下大功率励磁源和磁场测试设备研发生产；
(2)实现高频阻抗参数实部虚部分离技术，寻求电抗元件磁参数间接测量新方法；
(3)由于磁性材料的磁化特点，十分强调在实际应用条件下测量（我们称为实时测量或动态测量），而材料生产和应用高度专业化导致磁测参数和仪器的多样性，因而，在发展计算机化磁测仪器和系统的同时，应该开发以产品生产过程质量控制和品管检测为目的的、经济实用的测量仪器和系统，满足材料科研、生产、应用中多层次多方面需求。设计目标是廉价、可靠、方便、高效。
(4)上面提到，磁性测量涉及的是一组非线性、不可逆参数的测量。测量结果不但受测试条件和测试程序的严格
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