BH特性測(cè)量PPT課件

1、提綱 一、序言 二、磁性物理基礎(chǔ) 三、BH特性測(cè)量原理 四、軟磁BH特性測(cè)量 五、硬磁BH特性測(cè)量 六、注意事項(xiàng) 七、思考題第1頁(yè)/共59頁(yè)序言磁性材料與我們的生產(chǎn)生活第2頁(yè)/共59頁(yè)指南針磁懸浮列車發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)變壓器第3頁(yè)/共59頁(yè)磁存儲(chǔ)磁性液體潤(rùn)滑密封磁性液體選礦腫瘤診斷第4頁(yè)/共59頁(yè)磁性物理基礎(chǔ)第5頁(yè)/共59頁(yè)磁性的分類第6頁(yè)/共59頁(yè)抗磁性磁體中的原子原本沒(méi)有磁矩，當(dāng)處在外磁場(chǎng)中時(shí)感生出與外磁場(chǎng)方向相反的磁矩，因此磁化率dM/HTN)T反鐵磁性的磁結(jié)構(gòu)反鐵磁性磁化率與溫度的關(guān)系奈爾溫度第13頁(yè)/共59頁(yè)鐵磁性鐵磁性材料中的原子本身具有磁矩，并且在同一磁疇內(nèi)磁矩之間平行取向，但磁疇之

2、間磁矩的取向具有隨機(jī)性，合磁矩為零，無(wú)宏觀磁性。當(dāng)施加外場(chǎng)時(shí)，各磁疇的磁矩取向變得一致，呈現(xiàn)出宏觀磁性。磁化率非常大，在101106量級(jí)。磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H呈復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系，反復(fù)磁化時(shí)出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象。在溫度高于臨界溫度時(shí)鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。?4頁(yè)/共59頁(yè)具有鐵磁性的物質(zhì)： 3d金屬鐵、鈷、鎳，部分4f金屬鐵磁性的磁結(jié)構(gòu)TTc時(shí)的鐵磁性鐵磁性順磁性1/xfTcTpTTc順磁性順磁性T=C/(T-Tp)居里溫度第15頁(yè)/共59頁(yè)亞鐵磁性亞鐵磁性物質(zhì)中的磁矩排列方式類似于反鐵磁物質(zhì)，相鄰磁矩反向排列，不過(guò)磁矩的大小不一樣，因此合磁矩不為零，對(duì)外表現(xiàn)出來(lái)的磁性類似于鐵磁性，其磁化率比鐵磁體稍低，

3、在100103量級(jí)。第16頁(yè)/共59頁(yè)Tp01/xTTc順磁性順磁性T=C/(T-Tp)亞鐵磁性的磁結(jié)構(gòu)亞鐵磁性磁化率與溫度的關(guān)系第17頁(yè)/共59頁(yè)鐵磁性和亞鐵磁性材料稱為強(qiáng)磁性材料，而另外三類磁性材料稱為弱磁性材料。根據(jù)矯頑力的大小可以將強(qiáng)磁性材料分為硬磁材料、半硬磁材料、軟磁材料。硬磁材料主要用于提供磁場(chǎng)，如各類永磁體；軟磁材料因?yàn)榇艤p耗較小，主要用于能量的轉(zhuǎn)化，如各種變壓器中的鐵芯。磁性材料分類第18頁(yè)/共59頁(yè)磁矩自發(fā)有序排列的基礎(chǔ)磁矩相互作用cos22babaexSASSSAE假設(shè)有兩相鄰磁矩Sa和Sb，則兩者之間的交換能為：其中A為交換積分：21222*)()()()(ddrer

4、erebbaaAbaABBAr：A、B兩電子的間距；ra，rb：電子到對(duì)應(yīng)原子核的距離SaSb鐵磁、反鐵磁、亞鐵磁材料中磁矩的自發(fā)有序排列源于相鄰磁矩之間的交換作用。第19頁(yè)/共59頁(yè)系統(tǒng)處于基態(tài)要求Eex0，則磁矩平行排列為基態(tài)（鐵磁）；如A0時(shí)，要滿足必須鐵磁即02baSSA當(dāng)A0時(shí)，要滿足必須即反鐵磁亞鐵磁第20頁(yè)/共59頁(yè)由于磁矩之間的交換作用，將會(huì)導(dǎo)致鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)中的磁矩出現(xiàn)完全有序的排列，從而自發(fā)的表現(xiàn)出宏觀磁性，但實(shí)際情況并非如此?，F(xiàn)實(shí)的宏觀磁體是由許多小磁疇構(gòu)成，同一磁疇內(nèi)的磁矩基本有序排列，而不同磁疇之間是磁矩排列具有隨機(jī)性。磁疇的出現(xiàn)是磁體內(nèi)多種能量相互競(jìng)爭(zhēng)，體系能

5、量達(dá)到最小值的結(jié)果。其中包括磁場(chǎng)能、退磁場(chǎng)能、疇壁能、磁各向異性能、磁彈性能。為什么鐵不會(huì)自發(fā)磁化第21頁(yè)/共59頁(yè)退磁場(chǎng)和退磁場(chǎng)能Hd=-NM N退磁因子張量200021NMdMHFdMd磁體在其自身產(chǎn)生的退磁場(chǎng)中所具有的位能即為退磁場(chǎng)能。外場(chǎng)H表面磁極退磁場(chǎng)HdMHdH+-+Hd當(dāng)有限尺寸的磁體處在外磁場(chǎng)中時(shí)將會(huì)在磁體表面產(chǎn)生表面磁極，表面磁極的存在會(huì)在磁體內(nèi)部產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)，此即為退磁場(chǎng)。退磁場(chǎng)在磁體內(nèi)起減弱有效磁場(chǎng)的作用。第22頁(yè)/共59頁(yè)磁疇的形成退磁場(chǎng)能：Fd退磁場(chǎng)能：Fd/5第23頁(yè)/共59頁(yè)起始磁化曲線 樣品從磁中性狀態(tài)開(kāi)始，外加磁場(chǎng)從零一直加到磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和

6、Ms的磁化過(guò)程。( 1 )( 1 )起始或可逆區(qū)域起始或可逆區(qū)域：( 5 )( 5 )順磁區(qū)域順磁區(qū)域- -技術(shù)飽和以上的區(qū)域。HMaHBa或a或 a稱為起始磁化率或起始磁導(dǎo)率。( 2 )( 2 )瑞利瑞利( Rayleigh )( Rayleigh )區(qū)域：區(qū)域：2bHHMab為瑞利系數(shù)。( 3 )( 3 )最大磁化率區(qū)域：最大磁化率區(qū)域：磁化強(qiáng)度M和磁感應(yīng)強(qiáng)度B急劇地增加，磁化率和磁導(dǎo)率經(jīng)過(guò)其最大值m 或m，在這個(gè)區(qū)域產(chǎn)生巴克豪生跳躍。HMxaopQ12345疇壁不可逆位移磁疇的轉(zhuǎn)動(dòng)疇壁可逆位移( 4 )( 4 )趨近飽和區(qū)域：趨近飽和區(qū)域：磁化曲線緩慢地升高，最后趨近一水平線(技術(shù)飽和)

7、 。第24頁(yè)/共59頁(yè)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度：BM起始磁導(dǎo)率i最大磁導(dǎo)率m增量磁導(dǎo)率d=B/H剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度：Br磁滯回線矩形比 RsBr/Bm磁能積 BH起始磁化曲線矯頑力：BHc磁滯回線退磁曲線第25頁(yè)/共59頁(yè)BH特性曲線測(cè)量原理第26頁(yè)/共59頁(yè)H定標(biāo)i1R1U1第27頁(yè)/共59頁(yè) N1為勵(lì)磁繞組匝數(shù)，R1為勵(lì)磁電流分流電阻，同時(shí)也是輸出U1的取樣電阻。設(shè)通過(guò)勵(lì)磁線圈的勵(lì)磁電流為i1，則根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場(chǎng)強(qiáng)為 Hdl=I H= i1N1/L i1=U1/R1 L為樣品的平均磁路長(zhǎng)度 H=(N/LR1)U1 所以，我們可以通過(guò)測(cè)量U1，計(jì)算出場(chǎng)強(qiáng)H。第28頁(yè)/共59頁(yè)B測(cè)量次級(jí)線圈N

8、內(nèi)的磁通發(fā)生變化時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如果線圈橫截面積、匝數(shù)均為定值，則。對(duì)感應(yīng)電壓積分則。 dttNStBt0)(1)(磁感應(yīng)強(qiáng)度B測(cè)量原理圖第29頁(yè)/共59頁(yè)積分器工作原理第30頁(yè)/共59頁(yè)即：考慮到運(yùn)算放大器有很大的輸入阻抗，輸入端可看成“虛地”的性質(zhì)，因此有如下關(guān)系 若dttiCtetRiteiii)(1)()()(0Rtetiii)()(dtteRCtei)(1)(00)0()(eNSRCBtB則第31頁(yè)/共59頁(yè)若令B（0）0，則B(t)=RCe0/NS?？梢?jiàn)只要測(cè)得積分器的輸出電壓e0即可得到相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。根據(jù)測(cè)得的H和B，對(duì)應(yīng)的可以繪制出B-H特性曲線。第32頁(yè)/共5

9、9頁(yè)BH回線測(cè)量?jī)x原理圖HB函數(shù)發(fā)生器輸出掃描電流波形，經(jīng)功率放大器放大，流經(jīng)初級(jí)線圈對(duì)樣品進(jìn)行有規(guī)律的磁化。在磁場(chǎng)掃描過(guò)程中，磁通變化率檢測(cè)裝置和磁場(chǎng)檢測(cè)裝置測(cè)量對(duì)應(yīng)的B和H值，輸入計(jì)算機(jī)繪出磁化曲線或磁滯回線。同時(shí)通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)初級(jí)線圈中磁化電流的大小，使其在設(shè)定的范圍內(nèi)掃描。第33頁(yè)/共59頁(yè)軟磁BH特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解磁性材料的分類及各自的特性； 了解HT600 B-H軟磁材料測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理； 掌握利用該系統(tǒng)研究軟磁材料磁化曲線、磁滯回線和-H關(guān)系曲線的實(shí)驗(yàn)方法和技能。第34頁(yè)/共59頁(yè)儀器設(shè)備HT600 B-H軟磁材料測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算機(jī)待測(cè)的軟磁樣品第35頁(yè)/共59頁(yè)HT6

10、00軟磁測(cè)量?jī)x原理圖磁化裝置H定標(biāo)B值測(cè)量放大電路輸出BH特性曲線第36頁(yè)/共59頁(yè)HT600軟磁測(cè)量?jī)x主機(jī)前面板第37頁(yè)/共59頁(yè)1.電源開(kāi)關(guān)2.磁通計(jì)部分3.功率輸出轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4.樣品連接插座5.掃描波形控制開(kāi)關(guān)6.準(zhǔn)備-啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)7.磁化電流及輸出電壓指示8.電流輸出切換板第38頁(yè)/共59頁(yè)HT600軟磁測(cè)量系統(tǒng)軟件主界面第39頁(yè)/共59頁(yè)樣品外形參數(shù)測(cè)量類型選擇磁化和檢測(cè)線圈匝數(shù)測(cè)量參數(shù)設(shè)置第40頁(yè)/共59頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量軟磁樣品的磁化曲線2.測(cè)量軟磁樣品的磁滯回線第41頁(yè)/共59頁(yè)實(shí)驗(yàn)步驟1.按儀器說(shuō)明書(shū)指示連接好測(cè)量主機(jī)的電源、主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的電纜；2.在待測(cè)樣品上纏繞上兩組適

11、量匝數(shù)的漆包線作為初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，并接到相應(yīng)端鈕上；3.打開(kāi)主機(jī)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)積分器漂移，使示數(shù)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持不變，調(diào)節(jié)完畢后重置B為零。4.打開(kāi)測(cè)量軟件，根據(jù)測(cè)量樣品的具體參數(shù)在測(cè)量參數(shù)對(duì)話框中輸入測(cè)量參數(shù)。5.測(cè)量磁化曲線和磁滯回線，并記錄測(cè)量條件。測(cè)量磁化曲線前首先需要對(duì)樣品進(jìn)行交流退磁。6.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第42頁(yè)/共59頁(yè)BmHm軟磁材料的磁滯回線BrHc第43頁(yè)/共59頁(yè)磁化曲線磁導(dǎo)率曲線UmBsHum軟磁材料的磁化曲線Bum第44頁(yè)/共59頁(yè) 功率輸出為40VA。如果輸入的電壓在+20V/2A之內(nèi)，則開(kāi)關(guān)打到準(zhǔn)備1測(cè)量；如電流大于+2A，則開(kāi)關(guān)打到準(zhǔn)備2，但這

12、時(shí)不能超過(guò)其功率輸出40VA，即電壓不能超過(guò)8V。 出廠時(shí)反饋系數(shù)，增量，及電壓輸出已調(diào)節(jié)好，不能隨意改動(dòng)。 當(dāng)更換樣品時(shí)，需把功率放大器的功能開(kāi)關(guān)放至STAND-BY（準(zhǔn)備）狀態(tài)，以保護(hù)功放不會(huì)受大電流長(zhǎng)期通入。 當(dāng)測(cè)試樣品時(shí)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有一電流流過(guò)N1時(shí)，應(yīng)先把功放功能放至STAND-BY（準(zhǔn)備）狀態(tài)，重新測(cè)試，或打開(kāi)DAQ文件，使D/A輸出為“0”。注意事項(xiàng)第45頁(yè)/共59頁(yè)硬磁BH特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解磁性材料的分類及各自的特性； 了解HT610 B-H硬磁材料測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理； 掌握利用該系統(tǒng)研究硬磁材料磁滯回線和退磁曲線的實(shí)驗(yàn)方法和技能。第46頁(yè)/共59頁(yè)HT610 B-H硬

13、磁材料測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算機(jī)待測(cè)的硬磁樣品（AlNiCo合金）儀器設(shè)備第47頁(yè)/共59頁(yè) 為了減小退磁場(chǎng)，被測(cè)樣品夾持在磁化電磁鐵的兩極之間，使樣品上下表面與磁極上下斷面緊密結(jié)合。在外磁場(chǎng)對(duì)樣品進(jìn)行有規(guī)律的磁化過(guò)程中，電子積分器采集B值，數(shù)字特斯拉計(jì)（霍耳效應(yīng)）采集對(duì)應(yīng)H值，并將結(jié)果送往計(jì)算機(jī)繪制出B-H關(guān)系曲線。HT610硬磁測(cè)量?jī)x原理圖第48頁(yè)/共59頁(yè)H測(cè)量單元B測(cè)量單元測(cè)量主機(jī)第49頁(yè)/共59頁(yè)HT610硬磁測(cè)量系統(tǒng)軟件主界面第50頁(yè)/共59頁(yè)測(cè)量參數(shù)設(shè)置第51頁(yè)/共59頁(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)量硬磁材料的磁滯回線2.測(cè)量硬磁材料的退磁曲線第52頁(yè)/共59頁(yè)實(shí)驗(yàn)步驟1.按儀器說(shuō)明書(shū)指示連接好測(cè)量主機(jī)的電源、主機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通訊電纜；2.在待測(cè)樣品上繞上適量匝數(shù)的線圈作為感應(yīng)線圈，將待測(cè)樣品夾持在磁化電磁鐵兩極之間，連接好感應(yīng)線圈與主機(jī)之間的連線；放置好高斯計(jì)和數(shù)字特斯拉計(jì)；3.打開(kāi)主機(jī)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)積分器漂移，使示數(shù)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持不變，調(diào)節(jié)完畢后重置B、H為零。4.打開(kāi)測(cè)量軟件，根據(jù)測(cè)量樣品的具體參數(shù)在測(cè)量參數(shù)對(duì)話框中輸入測(cè)量參數(shù)。第53頁(yè)/共59頁(yè)5.測(cè)量磁滯回線和退磁曲線。6.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第54頁(yè)/共59頁(yè)Hm磁滯回線BmMmHdBdbHcjHcBr(BH)max第55頁(yè)/共59頁(yè)(BH)mjHcbHcBdHdBr退磁