鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量

1、大學物理實驗報告實驗名稱 姓名 學號 實驗類型 （驗證性、綜合性）指導教師 上課時間 年 月 日實驗名稱： 鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量實驗時間：小組成員：實驗地點：實驗目的：1、了解用示波器法顯示磁滯回線的基本原理。2、認識鐵磁性材料的磁化規(guī)律，比較兩種典型的鐵磁物質動態(tài)磁化特性。3、學會用示波器法測繪磁化曲線和磁滯回線，并確定矯頑力、剩余磁感應強度、飽和磁感應強度等磁化參數。4、測定樣品的基本磁化曲線，描繪-H曲線。儀器、設備和材料： 三線擺實驗儀、氣泡水平儀、游標卡尺、米尺、電子秒表、天平、圓環(huán)實驗原理：1、鐵磁材料的磁滯現象鐵磁物質是一種性能特異、用途廣泛的材料。鐵、鈷、鎳及

2、其眾多合金以及含鐵的氧化物均屬于鐵磁物質，其特征是在外磁場作用下能被強烈磁化，另一特征是磁滯，也就是在外磁場作用停止后，鐵磁物質仍保留磁化狀態(tài)，圖4-26-1為鐵磁物質磁感應強度B與磁場強度H之間的關系曲線。圖中原點O表示磁化之前鐵磁物質處于磁中性狀態(tài)，即B=H=0，當磁場從零開始增加時，磁感應強度B隨之緩慢上升（曲線Oa），之后B隨H迅速增長（曲線ab），其后B的增長又趨緩慢，當H增至Hm時，B達到飽和值，Oabs稱為起始磁化曲線。當磁場從Hm逐漸減小至零，磁感應強度B并不沿起始磁化曲線恢復到O點，而是沿另一條新曲線SR下降，比較線段OS和SR發(fā)現，B隨著H的減小而減小，但B的變化滯后于H的

3、變化，這種現象稱為磁滯現象。把H=0時B的數值叫剩磁，用符號Br表示。當磁場反向從O逐漸變至-HC時，磁感應強度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場，HC稱為矯頑力，它的大小反映鐵磁材料保持剩磁的能力，線段RD稱為退磁曲線。圖4-26-1 鐵磁材料的起始 圖4-26-2 同一鐵磁材料 磁化曲線和磁滯回線 的一簇磁滯回線 從圖4-26-1中看出，當磁場按次序變化，相應的磁感應強度B則沿閉合曲線變化，這條閉合曲線稱為磁滯回線。當鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器中的鐵芯），將沿磁滯回線反復被磁化去磁反向磁化反向去磁。初始狀態(tài)為H=B=0的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化，便可以得到

4、面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線，如圖4-26-2所示。這些磁滯回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線。根據基本磁化曲線可以近似確定鐵磁材料的磁導率。從基本磁化曲線上一點到原點O連線的斜率為該磁化狀態(tài)下的磁導率。由于磁化曲線是非線性的，當由O開始增加時，也逐步增加，然后達到一個最大值。當再增加時，由于磁感應強度達到飽和，開始急劇減小。隨的變化曲線如圖4-26-3所示。鐵磁材料的相對磁導率非常高，一般在之間，有的高達。當鐵磁材料沿著磁滯回線經歷磁化去磁反向磁化反向去磁的循環(huán)過程中，由于磁滯效應，要消耗額外的能量，并且以熱量的形式耗散掉。這部分因磁滯效應而消耗的能量，叫做磁滯損耗。一個循環(huán)過程

5、中單位體積磁性材料的磁滯損耗正比于磁滯回線所圍的面積。在交流電路中磁滯損耗是十分有害的，必須盡量減小。要減小磁滯損耗就應選擇磁滯回線狹長、包圍面積小的鐵磁材料。工程上把磁滯回線細而窄、矯頑力很小的鐵磁材料稱為軟磁材料；把磁滯回線寬、矯頑力大的鐵磁材料稱為硬磁材料，軟磁材料適合做繼電器、變壓器、鎮(zhèn)流器、電動機和發(fā)電機的鐵芯，硬磁材料則適合于制造許多電器設備（如電表、揚聲器、電話機、錄音機）中的永磁體。如圖4-26-4所示為不同材料的磁滯回線。圖4-26-3 鐵磁材料與外場H的關系 圖4-26-4 不同材料的磁滯回線實驗內容1、手動測量連接電路選樣品1按實驗儀上所給的電路圖接線路，選擇，“U選擇”

6、檔置于0位。和分別接示波器的“X輸入”和“Y輸入”，插孔為公共端。樣品退磁開啟實驗儀電源，對樣品進行退磁，即順時針轉動“U選擇”旋鈕，令U從0逐漸增至3V，再從3V漸漸減少到0。注意速度不要太快，目的是消除剩磁，確保實驗前樣品處于中性狀態(tài)，即B=H=0，如圖4-26-7所示。圖4-26-7退磁示意圖觀察磁滯回線開啟示波器電源，調節(jié)光點使其位于顯示屏網格中心，令X通道置于AC輸入方式，Y通道置于DC輸入方式。轉動“U選擇”旋鈕，令U=2.1V，再調節(jié)示波器X增益和Y增益，使顯示屏上出現圖形大小合適的磁滯回線。觀察并繪制測繪基本磁化曲線調節(jié)=0.5，“U選擇”從0開始，順時針逐步增加電壓（必須單調

7、增加，中途不要減小電壓），使磁滯回線由小變大。每條曲線頂點的軌跡即為基本磁化曲線。 依次測定 =0.5，0.9，3.5V時頂點的電壓，數據填入表4-26-1中 。繪制磁滯回線令= 3.0V，=1.5從示波器上讀取，數據填入表4-26-2中。計算相應的，在坐標紙上描繪曲線。再由磁滯回線測定樣品的，和等參數。 描繪曲線依次測定 =0.5，0.9，3.5V時的十組值，計算相應的和值，填入自制的表格。描繪曲線。改變觀察不同的磁化曲線。觀察比較樣品1、2的磁化性能。將實驗儀與DH4516A磁滯回線測試儀連接，測定不同電壓下的Hm、Bm，做出樣品的基本磁化曲線，和中做出的基本磁化曲線相比較。同時可將測試儀

8、采集的磁滯回線數據通過通訊口送給計算機，在計算機上顯示磁滯回線，每次顯示一條曲線，用磁滯回線操作軟件觀察和記錄測量數據。2、 DH4516A智能型磁滯回線測試儀測量磁滯回線測試儀與實驗儀配合使用，通過定量測定鐵磁材料在磁化過程中的H和B值，計算其剩磁、矯頑力、磁滯損耗等參數，并能在計算機上顯示磁滯回線圖、剩磁、矯頑力、磁滯損耗。測試儀面板布置圖如圖4-26-8所示。先用示波器觀測磁滯回線圖，正常后,將實驗儀與測試儀連接，然后分別打開測試儀、實驗儀電源，測試儀液晶顯示器顯示“歡迎使用磁滯回線測試儀”。測試儀操作顯示和修改所測樣品的N與L值開機或復位后，液晶顯示器顯示“歡迎使用磁滯回線測試儀”，按

9、功能鍵，顯示“N=00150匝”、“L=075.0毫米”，如要修改參數值，可以按數字鍵，例如；依次按“00100”，修改完后，按確認鍵，N即修改為00100匝。顯示和修改所測樣品的n與S值按功能鍵，顯示“n=0150匝”、“S=120.0毫米2”，“毫米2”表示平方毫米，如要修改參數值，可以按數字鍵對參數值進行修改，并按 “確認”鍵確認。顯示和修改電阻值。按功能鍵，顯示“=0.5”，如要修改參數值，可以按數字鍵，修改完后，按確認鍵，認可修改參數。顯示和修改電阻值按功能鍵，顯示“=10.0K”，如要修改參數值，可以按數字鍵對參數值進行修改，并按 “確認”鍵確認。顯示和修改電容值。按功能鍵，顯示“

10、=20.0”，修改參數值得方法與前邊雷同。數據采集和顯示。按功能鍵，等待片刻后將顯示“采集完成”，說明數據已采集完成。按一次確認鍵顯示一組H-B數據；按功能鍵可依次顯示下列數值：每周期采樣的總點數和測試信號的頻率；磁滯回線的矯頑力和剩磁；磁滯回線的磁場強度和磁感強度。樣品的磁滯損耗和H-B的相位差。與PC機連接通訊（僅DH4516A微機型）。按功能鍵，液晶顯示器顯示：RS232通訊；按確認鍵，液晶顯示器顯示：RS232通訊；測試儀等待計算機發(fā)命令，計算機發(fā)“啟動”命令后，測試儀開始采集磁滯回線數據，并將采集的數據通過通訊口送給計算機，在計算機上顯示磁滯回線，每次顯示一條曲線。數據記錄與數據處理1、實驗儀的基本參數N1= 匝 N2= 匝， L= mm ， S= mm2R2= ， C2= R1= 2、-基本磁化曲線表4-26-1 -基本磁化曲線的描繪數據表U(V)0-6V0.00.50.91.21.51.82.12.42.73.03.5相關常數及表中數值代入公式（4-26-3）、（4-26-6）