用示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線、磁場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告(共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線(動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn))磁性材料在科研和工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，種類也相當(dāng)繁多，因此各種材料的磁特性測(cè)量，是電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要內(nèi)容。磁特性測(cè)量分為直流磁特性測(cè)量和交流磁特性測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)用交流正弦電流對(duì)磁性材料進(jìn)行磁化，測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系曲線稱為動(dòng)態(tài)磁滯回線，或者稱為交流磁滯回線，它與直流磁滯回線是有區(qū)別的?？梢宰C明：磁滯回線所包圍的面積等于使單位體積磁性材料反復(fù)磁化一周時(shí)所需的功，并且因功轉(zhuǎn)化為熱而表現(xiàn)為損耗。測(cè)量動(dòng)態(tài)磁滯回線時(shí)，材料中不僅有磁滯損耗，還有渦流損耗，因此，同一材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線的面積要比靜態(tài)磁滯回線的面積稍大些。

2、本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)學(xué)習(xí)用示波器顯示和測(cè)量磁性材料動(dòng)態(tài)磁滯回線和基本磁化曲線的方法，了解軟磁材料和硬磁材料交流磁滯回線的區(qū)別。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解磁性材料的磁滯回線和磁化曲線的概念，加深對(duì)鐵磁材料的重要物理量矯頑力、剩磁和磁導(dǎo)率的理解。2. 用示波器測(cè)量軟磁材料（軟磁鐵氧體）的磁滯回線和基本磁化曲線，求該材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩磁和矯頑力。3. 學(xué)習(xí)示波器的X軸和Y軸用于測(cè)量交流電壓時(shí)，各自分度值的校準(zhǔn)。4. 用示波器顯示硬鐵磁材料（模具鋼）的交流磁滯回線，并與軟磁材料進(jìn)行比較。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 （一）鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)的磁化過(guò)程很復(fù)雜，這主要是由于它具有磁性的原因。一般都是通過(guò)測(cè)量磁化場(chǎng)的磁

3、場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間關(guān)系來(lái)研究其磁化規(guī)律的。如左圖所示，當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場(chǎng)時(shí)，和均為零，在圖中則相當(dāng)于坐標(biāo)原點(diǎn)。隨著磁化場(chǎng)的增加，也隨之增加，但兩者之間不是線性關(guān)系。當(dāng)增加到一定值時(shí)，不再增加或增加的十分緩慢，這說(shuō)明該物質(zhì)的磁化已達(dá)到飽和狀態(tài)。和分別為飽和時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度(對(duì)應(yīng)于圖中點(diǎn))。如果再使逐步退到零，則與此同時(shí)也逐漸減小。然而，其軌跡并不沿原曲線，而是沿另一曲線下降到，這說(shuō)明c-H cH 當(dāng)下降為零時(shí)，鐵磁物質(zhì)中仍保留一定的磁性。將磁化場(chǎng)反向，再逐漸增加其強(qiáng)度，直到，這時(shí)曲線達(dá)到點(diǎn)(即反向飽和點(diǎn))，然后，先使磁化場(chǎng)退回到；再使正向磁化場(chǎng)逐漸增大，直到飽和值為止。如此就得

4、到一條與對(duì)稱的曲線,而自點(diǎn)出發(fā)又回到點(diǎn)的軌跡為一閉合曲線,稱圖1磁滯回線和磁化曲線為鐵磁物質(zhì)的磁滯回線，此屬于飽和磁滯回線。其中，回線和軸的交點(diǎn)和稱為矯頑力,回線與軸的交點(diǎn)和,稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。（二）利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線電路原理圖如圖2所示。將樣品制成閉合環(huán)狀，其上均勻地繞以磁化線圈及副線圈。交流電壓加在磁化線圈上，線路中串聯(lián)了一取樣電阻，將兩端的電壓加到示波器的X軸輸入端上。副線圈與電阻和電容串聯(lián)成一回路，將電容兩端的電壓加到示波器的Y軸輸入端，這樣的電路，在示波器上可以顯示和測(cè)量鐵磁材料的磁滯回線。XR1CR2Y1E2uc圖2用示波器測(cè)動(dòng)態(tài)磁滯回線的電路圖1. 磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)

5、量設(shè)環(huán)狀樣品的平均周長(zhǎng)為，磁化線圈的匝數(shù)為，磁化電流為交流正弦波電流,由安培回路定律,而,所以可得 (1)式中，為取樣電阻上的電壓。由公式（1）可知，在已知、的情況下，測(cè)得的值，即可用公式（1）計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的值。2磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量設(shè)樣品的截面積為，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在匝數(shù)為的副線圈中感生電動(dòng)勢(shì)為 (2)(2)式中，為磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。若副線圈所接回路中的電流為，且電容上的電量為，則有 (3)在（3）式中，考慮到副線圈匝數(shù)不太多，因此自感電動(dòng)勢(shì)可忽略不計(jì)。在選定線路參數(shù)時(shí)，將和都取較大值，使電容上電壓降,可忽略不計(jì)，于是（3）式可寫(xiě)為 (4)把電流代入（4）式得 (5)把（5）式代入（2）

6、式得 在將此式兩邊對(duì)時(shí)間積分時(shí)，由于和都是交變的，積分常數(shù)項(xiàng)為零。于是，在不考慮負(fù)號(hào)（在這里僅僅指相位差）的情況下，磁感應(yīng)強(qiáng)度 (6)式中，、和皆為常數(shù)，通過(guò)測(cè)量電容兩端電壓幅值代入公式（6），可以求得材料磁感應(yīng)強(qiáng)度的值。當(dāng)磁化電流變化一個(gè)周期，示波器的光點(diǎn)將描繪出一條完整的磁滯回線，以后每個(gè)周期都重復(fù)此過(guò)程，形成一個(gè)穩(wěn)定的磁滯回線。3軸（Y軸）和軸（X軸）的校準(zhǔn)雖然示波器Y軸和X軸上有分度值可讀數(shù)，但該分度值只是一個(gè)參考值，存在一定誤差，且X軸和Y軸增益可微調(diào)會(huì)改變分度值。所以，用數(shù)字交流電壓表測(cè)量正弦信號(hào)電壓，并且將正弦波輸入X軸或Y軸進(jìn)行分度值校準(zhǔn)是必要的。 將被測(cè)樣品(鐵氧體)用電阻替

7、代，從R1上將正弦信號(hào)輸入X軸，用交流數(shù)字電壓表測(cè)量R1兩端電壓U有效，從而可以計(jì)算示波器該檔的分度值(單位V/cm),見(jiàn)圖3。須注意:1、數(shù)字電壓表測(cè)量交流正弦信號(hào)，測(cè)得得值為有效值。而示波器顯示的該正弦信號(hào)值為正弦波電壓峰-峰值。兩者關(guān)系是 （7）2、用于校準(zhǔn)示波器X軸檔和Y軸檔分度值的波形必須為正弦波，不可用失真波形。用上述方法可以對(duì)示波器Y軸和X軸的分度值進(jìn)行校準(zhǔn)。三實(shí)驗(yàn)儀器及裝置動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀由可調(diào)正弦信號(hào)發(fā)生器、交流數(shù)字電壓表、示波器、待測(cè)樣品（軟磁鐵氧體、硬磁Cr12模具鋼）、電阻、電容、導(dǎo)線等組成。其外型結(jié)構(gòu)如圖4所示。HzFD-BH-2動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀mV電源交流電壓測(cè)

8、量功率信號(hào)輸出幅度調(diào)節(jié)上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司信號(hào)輸出頻率調(diào)節(jié)CH2(Y軸)上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司FD-BH-2 動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀模具鋼鐵氧體CH1(X軸)CR1R2R1CR2N1N2N1N2N1N2YX圖4動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀外觀四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做實(shí)驗(yàn)（一）觀察和測(cè)量軟磁鐵氧體的動(dòng)態(tài)磁滯回線1按圖2要求接好電路圖。 2把示波器光點(diǎn)調(diào)至熒光屏中心。磁化電流從零開(kāi)始，逐漸增大磁化電流，直至磁滯回線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和 (即值達(dá)到足夠高時(shí)，曲線有變平坦的趨勢(shì)，這一狀態(tài)屬飽和)。磁化電流的頻率取50Hz左右。示波器的X軸和Y軸分度值調(diào)整至適當(dāng)位置，使磁滯回線的和值盡可能充滿整個(gè)熒光屏，且圖形

9、為不失真的磁滯回線圖形。 3記錄磁滯回線的頂點(diǎn)和，剩磁和矯頑力三個(gè)讀數(shù)值（以長(zhǎng)度為單位），在作圖紙上畫(huà)出軟磁鐵氧體的近似磁滯回線。 4對(duì)X軸和Y軸進(jìn)行校準(zhǔn)。計(jì)算軟磁鐵氧體的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度、剩磁和矯頑力。磁感應(yīng)強(qiáng)度以為單位，磁場(chǎng)強(qiáng)度以為單位。 5. 測(cè)量軟磁鐵氧體的基本磁化曲線?，F(xiàn)將磁化電流慢慢從大至小，退磁至零。從零開(kāi)始，由小到大測(cè)量不同磁滯回線頂點(diǎn)的讀數(shù)值和，用作圖紙作鐵氧體的基本磁化曲線(關(guān)系)及磁導(dǎo)率與磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系曲線(曲線)，其中。 (二) 觀測(cè)硬磁Cr12模具鋼(鉻鋼)材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線1. 將樣品換成Cr12模具鋼硬磁材料，經(jīng)退磁后，從零開(kāi)始電流由小到大增加磁化電

10、流，直至磁滯回線達(dá)到磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和狀態(tài)。磁化電流頻率約為f=50Hz左右。調(diào)節(jié)X軸和Y軸分度值使磁滯回線為不失真圖形。(注意硬磁材料交流磁滯回線與軟磁材料有明顯區(qū)別，硬磁材料在磁場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)，交流磁滯回線為橢圓形回線，而達(dá)到飽和時(shí)為近似矩形圖形，硬磁材料的直流磁滯回線和交流磁滯回線也有很大區(qū)別。(見(jiàn)參考資料7) 2. 對(duì)X軸和Y軸進(jìn)行校準(zhǔn)，并記錄相應(yīng)的和,和值，在作圖紙上近似畫(huà)出硬磁材料在達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的交流磁滯回線。五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例（僅供參考）鐵氧體基本磁化曲線與磁滯回線的測(cè)量測(cè)量鐵氧體的基本磁化曲線時(shí)，先將樣品退磁，然后從零開(kāi)始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點(diǎn)的和值，直至達(dá)到飽和。注意由于基本

11、磁化曲線各段的斜率并不相同，一條曲線至少20余個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。（本示波器，估讀至小格，即）。 表1 軟磁鐵氧體基本磁化曲線的測(cè)量/H/(A/)/B/H/(A/)/B/0.204.10.1015.92.4049.81.903020.408.30.2539.82.6054.01.953100.6012.50.4571.62.8058.12.003180.8016.60.651033.0062.32.053261.0020.80.901433.2066.42.103341.2024.91.051673.4070.62.153421.4029.11.201913.6074.72.15

12、3421.6033.21.402233.8078.92.203501.8037.31.552474.0083.02.203502.0041.51.652634.2087.22.203502.2045.71.802874.4091.32.20350并且記錄得到矯頑力在示波器上顯示，剩磁在示波器上顯示，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在示波器上顯示。 根據(jù)記錄數(shù)據(jù)可以描畫(huà)出樣品的磁化曲線： 鐵氧體環(huán)狀樣品，外徑，內(nèi)徑，高=，平均周長(zhǎng)，磁環(huán)截面積。示波器X軸定標(biāo)：正弦波峰峰值在示波器上讀為3.00cm，用交流數(shù)字電壓表測(cè)量R1兩端電壓得有效值為21.1mV,U峰-峰=2.U有效=221.1mV=42.2mV。所以X軸

13、靈敏度=19.89mV示波器Y軸定標(biāo)：峰峰值為4.60cm，用交流數(shù)字電壓表測(cè)量電容兩端電壓U有效=16.2mV。U峰-峰=2.U有效=216.2mV。所以Y軸靈敏度=9.96mV。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈匝數(shù)相等，即，電阻,，電容,所以磁場(chǎng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)上面記錄數(shù)據(jù)得到：矯頑力 剩磁 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 六思考題1. 在公式(3)中，時(shí)可將忽略，?？紤]一下，由這項(xiàng)忽略引起的不確定度有多大？2. 在測(cè)量曲線過(guò)程，為何不能改變X軸和Y軸的分度值？3. 示波器顯示的正弦波電壓值與交流電壓表顯示的電壓值有何區(qū)別？?jī)烧咧g如何換算？4. 硬磁材料的交流磁滯回線與軟磁材料的交流磁滯回線有何區(qū)別？附錄： 軟磁材料和硬磁材料介紹磁滯回線所圍面積很小的材料稱為