2016磁滯回線的測量資料

1、實(shí)驗(yàn)名稱：用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線評分姓 名 學(xué) 號 班 級 桌 號 教 室 基礎(chǔ)教學(xué)樓 1101 實(shí)驗(yàn)日期 2016 年 月 日 節(jié)此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教材沒有相應(yīng)內(nèi)容，請做實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)報(bào)告！并攜帶計(jì)算器，否則實(shí)驗(yàn)無法按時(shí)完成！、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 、掌握磁滯、磁滯回線、磁化曲線、基本磁化曲線、矯頑力、剩磁、和磁導(dǎo)率的的概念。2 、學(xué)會用示波法測繪基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線。3 、根據(jù)磁滯回線測定鐵磁材料在某一頻率下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁 Br 和矯頑力 Hc 的數(shù)值。4 、研究磁滯回線形狀與頻率的關(guān)系；并比較不同材料磁滯回線形狀。、實(shí)驗(yàn)儀器1. 雙蹤示波器2. DH4516C型磁滯回

2、線測量儀第 1 頁 共 10 頁石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線三、實(shí)驗(yàn)原理（一）鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的特點(diǎn)就是磁滯。以下是關(guān)于磁滯的幾個(gè)重要概念1、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 BS、飽和磁場強(qiáng)度 HS和磁化曲線鐵磁材料未被磁化時(shí)， H 和 B 均為零。這時(shí)若在鐵磁材料上加一個(gè)由小到大的磁化場，則 鐵磁材料內(nèi)部的磁場強(qiáng)度 H 與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也隨之變大， 其 B-H 變化曲線如圖 1（OS ）曲線所 示。到 S 后，B 幾乎不隨 H 的增大而增大，此時(shí)，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S 對應(yīng)的 HS稱飽和磁場強(qiáng)度，相應(yīng)的 BS 稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

3、我們稱曲線 OS為磁性材料的磁化曲線。2、磁滯現(xiàn)象、剩磁、矯頑力、磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)磁化達(dá)到飽和后，如果使 H逐步退到零， B也逐漸減小，但 B 的減小“跟不上” H 的減?。?B滯后于 H）。即：其軌跡并不沿原曲線 SO，而是沿另一曲線 Sb 下降。當(dāng) H下降為零 時(shí)，B 不為零，而是等于 Br ，說明鐵磁物質(zhì)中，當(dāng)磁化場退為零后仍保留一定的磁性。這種現(xiàn) 象叫磁滯現(xiàn)象， Br 叫剩磁。 若要完全消除剩磁 Br ，必須加反向磁場， 當(dāng) B=0 時(shí)磁場的值 Hc 為鐵 磁質(zhì)的矯頑力。當(dāng)反向磁場繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn) 象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場，

4、磁化曲線成為一閉合曲線，這個(gè)閉合曲線稱為磁滯回線， 如圖 2 所示。第 2 頁 共 10 頁石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線3、基本磁化曲線對于同一鐵磁材料，設(shè)開始時(shí)呈去磁狀態(tài)，依次選取磁化電流I 1、I 2、.I n，則相應(yīng)的磁場強(qiáng)度為 H1、H2、.H3，在每一磁化電流下反復(fù)交換電流方向（稱為磁鍛煉），即在每一個(gè)選 定的磁場值下，使其方向反復(fù)發(fā)生幾次變化（如H1- H 1H1- H 1. ），這樣操作的結(jié)果，是在每一個(gè)電流下都將得到一條磁滯回線，最后，可得一組逐漸增大的磁滯回線。我們把原點(diǎn) O 和各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn) a1、a2、. 所連成的曲線稱為鐵磁材料的基本

5、磁化曲線，如圖 3 所示。（二）利用示波器觀測鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測量原理1、示波器顯示 B H 曲線原理線路 由上述磁滯現(xiàn)象可知，要觀測磁介質(zhì)磁滯現(xiàn)象及相應(yīng)的物理量，需要根據(jù)磁化過程測定 材料內(nèi)部的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，測量裝置必須具備三個(gè)功能： 提供使樣品磁化的可調(diào)強(qiáng)度的磁場（磁化場） 可跟蹤測量與磁化場有一一對應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度 可定量顯示樣品的磁化過程圖 4 磁滯回線的測量原理圖圖 4 是利用示波器觀測鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測量裝置原理圖：首先將待測的鐵磁物質(zhì)制第 3 頁 共 10 頁石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線成一個(gè)環(huán)形樣品，在樣品上繞有原線

6、圈即勵(lì)磁線圈N1 匝，由它提供磁化場；在樣品上再繞副線圈即測量線圈 N2 匝，由它來跟蹤測量與磁化場有一一對應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度；由示波器 來定量顯示磁化過程。如圖 4，設(shè) L 為環(huán)形樣品的平均磁路長度，若在線圈N1中通過勵(lì)磁電流 I 1時(shí)，此電流在樣品內(nèi)產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度H的大小根據(jù)安培環(huán)路定律即：R 1兩端電壓 U1為： U 1= I 1 R1=H （1）1 1 1 1 1由（ 1）式可知，若將電壓 U1輸入示波器 X偏轉(zhuǎn)板時(shí)，示波器上任一時(shí)刻電子束在X軸的偏轉(zhuǎn)正比于磁場強(qiáng)度 H。為了追蹤測量樣品內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B, 在截面面積為 S的樣品中纏繞副線圈 N2， B可通過副線圈 N2中由

7、于磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 來測定。根據(jù)電磁感應(yīng)定律：即：=- )(2)第 4 頁 共 10 頁B=-為了獲得與 B相關(guān)聯(lián)的電壓數(shù)值（因示波器只接收電壓），在副線圈上串聯(lián)一個(gè)電阻R2與電容C，電阻 R2與電容 C構(gòu)成一個(gè)積分電路，此時(shí) =iR 2+Uc（i 為感生電流， Uc為積分電容兩端電壓 ） ，適當(dāng)選擇 R2與電容 C，使 R2則電容兩端的電壓 Uc為：Uc=石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心UU(3)H=(4)B=(5)5心道用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線 比于樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。這樣，當(dāng)示波器處于 X-Y狀態(tài)， X偏轉(zhuǎn)板接 U1，Y偏轉(zhuǎn)板接 Uc，示波器屏上即可顯示磁化過程。2、

8、示波器的定標(biāo)為了定量研究磁化曲線、磁滯回線，必須對示波器定標(biāo)。即：確定示波器的X軸的每格代表多少H值（A/m） ，Y軸每格代表多少 B（T） 。在示波器 X偏轉(zhuǎn)板上 UX、 Y偏轉(zhuǎn)板 UY可準(zhǔn)確測量，且 R1、R2、 C都為已知的標(biāo)準(zhǔn)元件的情況下，設(shè)Sx為示波器 X軸的電壓靈敏度 ,X 為水平方向的位移格數(shù)；直方向的位移格數(shù)；則：將（ 3）代入1）、（ 2）得：請?jiān)谙聢D中畫出信號源輸出信號的波形圖，并計(jì)算其周期：Y=SYY用標(biāo)準(zhǔn)信號校準(zhǔn)示波器 X、 Y 軸靈敏度旋鈕，（100Hz，幅度值適中；調(diào)節(jié)X、Y 位移旋鈕使光點(diǎn)居中X=SxX ；注意：三個(gè)微調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底 ）SY為示波器 Y軸的電壓

9、靈敏度， Y為垂四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（ 一 ） 熟悉示波器并測量信號源輸出信號的周期 1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 將“動(dòng)態(tài)法磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀”頻率輸出調(diào)節(jié)為 示波器處于測量信號波形狀態(tài)，使示波器輝度適中；由（ 2）式可知，若將電壓 Uc輸入示波器的 Y偏轉(zhuǎn)板，示波器上任一時(shí)刻電子束在Y軸的偏轉(zhuǎn)正用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線（二） 顯示和觀察兩種樣品在 25Hz、50Hz、 100Hz、 150Hz交流信號下的磁滯回線圖形1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）按圖 4 所示的原理線路檢查接線連接是否正確2）逆時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕到底，使信號輸出最小。3）調(diào)示波器顯示工作方式為 X-Y 方式。示波器 X 輸入為 AC 方式，測量采

10、樣電阻 R1 的電 壓 U1；示波器 Y 輸入為 DC 方式，測量積分電容的電壓 U c。4）接通示波器和 DH4516C 型動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器輝度及X 、 Y 位移旋鈕使光點(diǎn)居中。2、顯示和觀察兩種樣品的交流信號下的磁滯回線圖形（先測量樣品1）1）單調(diào)增加磁化電流，即緩慢順時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕，使示波器顯示的磁化曲線上B值增加緩慢，達(dá)到飽和。改變示波器上X、Y 軸的靈敏度 ,調(diào)節(jié) R1 、R2的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形。2）分別觀測頻率為 25.0Hz 、50.0Hz 、100.0Hz 、150.0Hz ，不同頻率下的磁滯回線形狀 （注 意：由于鐵磁

11、材料的磁化狀態(tài)與磁化歷史有關(guān)，磁滯回線又與其起始端點(diǎn)的磁化狀態(tài)有關(guān)。觀 測每一頻率下的磁滯回線前，必須使幅度值降為零。否則，觀測無意義） 。3）換樣品 2 重復(fù)上述過程結(jié)論：1、（樣品 1）磁滯回線形狀與信號頻率關(guān)系：2、（樣品 2）磁滯回線形狀與信號頻率關(guān)系：3、樣品 1、樣品 2 磁滯回線形狀比較：第 6 頁 共 10 頁石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線（三）測量 樣品 1、2 的矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 BS、飽和磁場強(qiáng)度 H S和磁滯回線 （本實(shí)驗(yàn)裝置使用交變電流，所以每個(gè)狀態(tài)都是經(jīng)過充分的“磁鍛煉” ， 隨時(shí)可以獲得磁滯回線。只要調(diào)節(jié)示波器上 X、Y 軸的靈

12、敏度 ,調(diào)節(jié) R1、R2 的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形，即可測量矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場強(qiáng)度 HS。 ）請?jiān)谙聢D中畫出樣品 1的磁滯回線并測量矯頑力 HC、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 BS和飽和磁場強(qiáng)度 HS1、樣品 1測量數(shù)值記錄表 （ 信號源頻率取 100Hz； R1=R2=Sx=Sy=）表1（參數(shù)： L=0.130m ，S=1.2410-4m2，N1=100T，N2=100T C=1.010-6F）序號1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00H/ （ A/m ）Y1/格Y2/格B1/mTB

13、2/mT計(jì)算 HS =； BS =； HC=2、樣品 1磁滯回線圖形3、樣品 2 測量數(shù)值記錄表表 2 （ 參數(shù)如上；信號源頻率取 100Hz ； R1=R2=Sx=Sy=）石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心 第 7 頁 共 10 頁序號1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-400-5.00H/（A/m）Y1/格Y2/格B1/mTB2/mT用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線計(jì)算 HS =；BS =；HC=4、樣品 2磁滯回線圖形先將樣品退磁， 然后從零開始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點(diǎn)的 B 和 H 值， 注意基本磁化曲線與磁化曲線的不同 )表 3 樣品 1 的基本磁化曲線數(shù)據(jù)序號12345678910X/格00.51.01.52.02.53.03.54.05.0H/（A/m）Y/格B/mT第 8 頁 共 10 頁石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心用示波器觀測鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線樣品 1 基本磁化曲