實(shí)驗(yàn)39用微機(jī)觀測交流磁滯回線

1、實(shí)驗(yàn)39用微機(jī)觀測交流磁滯回線軟磁材料在電機(jī)、電器和儀表的設(shè)計(jì)制造中有廣泛用途，其交流磁特性可以從交流磁化曲線和交流磁滯回線的形狀和面積上集中表現(xiàn)出來，通過觀測交流磁化曲線和交流磁滯回線，能夠較完整地了解軟磁材料的磁特性，這對研究軟磁材料的性能及其應(yīng)用有非常重要的意義。測量磁性材料的動態(tài)磁滯回線方法較多，用示波器法測量動態(tài)磁滯回線的方法具有直觀、方便、迅速以及能夠在不同磁化狀態(tài)下（交變磁化及脈沖磁化等）進(jìn)行觀察和測量的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)用微機(jī)模擬示波器，克服了普通示波器所不具備的存貯、計(jì)算和打印功能的缺陷，使交流磁滯回線的觀測十分方便。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解軟磁材料在交變磁場中的磁特性；2.了解軟

2、磁材料的基本動態(tài)磁性參數(shù)；3.學(xué)習(xí)用微機(jī)觀測交流磁滯回線的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】交流磁滯回線，通常簡稱交流回線。在交流磁化過程中，不同的交流幅值磁場強(qiáng)度Hm有不同的交流回線，各交流回線頂點(diǎn)的軌跡稱為交流磁化曲線或簡稱Bm-Hm曲線，Bm稱為幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)交流幅值磁場強(qiáng)度達(dá)到飽和磁場強(qiáng)度Hs時，Bm不再隨Hm的增大有明顯變化，此時Bm-Hm關(guān)系呈現(xiàn)為一條趨于平直的可逆曲線，交流回線的面積不再隨Hm的增大而變化，這時的回線稱為極限交流回線。由極限交流回線可確定材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、交流剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度r 、交流飽和矯頑力c (如圖1所示)。幅值相對磁導(dǎo)率a則可由交流磁化曲線，按下式求得： (1)

3、 其中：0為真空磁導(dǎo)率，其值為410-7Tm/A (特斯拉米/安培)圖39-1 交流磁滯回線仿照靜態(tài)磁化的初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率，也可把交流磁化時的ai和am稱為初始磁導(dǎo)率和最大幅值磁導(dǎo)率（如圖39-2所示）。s、r、c、ai和am合稱為交流回線參數(shù)，也是軟磁材料的基本動態(tài)磁性參數(shù)。Hm(A/m )圖39-2 和曲線aHm當(dāng)材料沿著磁滯回線經(jīng)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(yīng)要消耗額外的能量，并且以熱量的形式耗散掉，這部分能量叫做磁滯損耗。一個循環(huán)過程中單位體積磁性材料的磁滯損耗正比于磁滯回線圍成的面積。因此，把交流磁化一周形成的磁滯回線圍成的面積定義為鐵心損耗，即： （2）

4、 鐵心損耗其大小與磁化頻率和幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm有關(guān)。通常在不同的Bm值情況下，測定隨變化的曲線族，來反映隨Bm和的變化關(guān)系。 圖39-3 實(shí)驗(yàn)線路圖實(shí)驗(yàn)儀器的線路圖如圖3所示。待測樣品E1為型矽鋼片，N為勵磁繞組，n為用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B而設(shè)置的大繞組。R1為勵磁電流取樣電阻，設(shè)通過N的交流勵磁電流為I，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化強(qiáng)度： (3)上式中，則： (4)上式中的N、L、R1均為已知常數(shù)，所以只要知道，就可以確定。在交變磁場下，通過測量繞組n和電路的電壓值，可以獲得樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時值B。其原理如下，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，由于樣品中的磁通量的變化，在測量線圈中產(chǎn)生感生電動勢的大小

5、為： (5) 其中，則磁感應(yīng)強(qiáng)度為： (6)為樣品的截面積。如果忽略自感電動勢和電路損耗，則回路方程為： (7) 式中，為感生電流，為積分電容兩端的電壓,設(shè)在內(nèi)向電容的充電電量為，則： (8)如果選取足夠大的和，使,則= (9)由(6)、(9)兩式可得： (10)上式中的、和均為已知常數(shù)。所以由可以確定。 綜上所述，將圖3中的和連接到測試儀的信號輸入端，便可以觀測到樣品的B-H曲線，利用B-H曲線便可以測量出樣品的其他參數(shù)。【實(shí)驗(yàn)儀器】微機(jī)和HLD-ML-III型微機(jī)型磁滯回線測試儀。【儀器介紹】1. HLD-ML-III型微機(jī)型磁滯回線測試儀：通過與計(jì)算機(jī)相連接，對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以

6、完整地描繪出待測材料的磁滯回線?！绢A(yù)習(xí)思考題】1.軟磁材料在交變磁場中有什么特性？2.軟磁材料的磁滯回線與硬磁材料的磁滯回線有什么區(qū)別？【注意事項(xiàng)】1.確認(rèn)電路連接正確后再開始實(shí)驗(yàn)；2.調(diào)節(jié)磁化電流時，磁化電流要單調(diào)增大或減小，數(shù)據(jù)采集后要快速調(diào)回磁化電流。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】本次實(shí)驗(yàn)是把數(shù)據(jù)采集到微機(jī)里進(jìn)行測量，微機(jī)采集數(shù)據(jù)操作步驟如下：（1）電路連接：按照實(shí)驗(yàn)儀器上所給的電路圖正確接線，選擇合適的電阻,“選擇”置于0位置。（2）樣品退磁：開啟實(shí)驗(yàn)儀電源，順時針方向轉(zhuǎn)動“選擇”旋鈕，令從零增到3V，然后逆時針方向轉(zhuǎn)動旋鈕，將從最大值降到0，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即。（3）打開微機(jī)中磁滯回線3

7、.0測試軟件，填寫自己的個人信息，根據(jù)具體情況選擇實(shí)驗(yàn)組數(shù)、樣品、“選擇”、以及“選擇”參數(shù)，選擇一個大于2的串口并點(diǎn)擊“打開串口”按鈕。（4）開啟測試儀電源，儀器數(shù)碼屏上顯示：“HLD”字樣，此時按一下測試儀面板上的“功能”鍵，測試儀面板上數(shù)碼屏的左窗顯示“STA”，表示測試儀進(jìn)入等待采樣狀態(tài)。（5）按測試儀上“確認(rèn)”鍵，數(shù)碼屏上顯示“”，等待幾秒鐘后，左窗顯示“Good”，多次切換“功能”鍵，直到顯示“Pc”聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)。（6）在磁滯回線3.0測試軟件中點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”按鈕，微機(jī)采集數(shù)據(jù)存儲，在“頁面切換”菜單下，可以選擇用“H曲線”、“B曲線”、“H-B曲線”、“數(shù)據(jù)”四種界面來查看相應(yīng)

8、的測試結(jié)果。測量內(nèi)容及步驟兩種樣品曲線以及鐵芯損耗W的測定。對樣品退磁后，R1選擇“2.5”并依次選擇，用微機(jī)分別采集不同電壓值對應(yīng)的回線（微機(jī)采集數(shù)據(jù)操作如上），頁面切換到“H-B曲線”界面，利用微機(jī)光標(biāo)移動測量和值，并記錄到表格1中。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟件當(dāng)中的“BH面積”按鈕，微機(jī)將自動計(jì)算出回線面積即鐵芯損耗率W，并記錄到表1中。數(shù)據(jù)處理：根據(jù)測量值，分別計(jì)算出樣品1和樣品2對應(yīng)的十組相對磁導(dǎo)率a，做出BmHm曲線和aHm曲線，根據(jù)擬合曲線確定ai和am。做出WBm曲線。2.兩個樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、交流飽和矯頑力Hc的測定。定性觀察比較樣品1和樣品2極限磁滯回線。（1）將實(shí)驗(yàn)

9、儀上面的“選擇”和“選擇”分別設(shè)置為“3.0”和“2.5”。（2）用微機(jī)分別采集樣品1和樣品2的磁滯回線，分別記錄于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)2。（3）分別在“H-B曲線”界面下顯示數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2的曲線，通過移動光標(biāo)測定兩個樣品的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、交流飽和矯頑力Hc。并記錄到表格2。（4）在“顯示”菜單下選擇“同時顯示數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2”，結(jié)合上面兩部分測量內(nèi)容，觀察比較樣品1和樣品2極限磁滯回線?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理】表1 兩種樣品的幅值磁感應(yīng)強(qiáng)度、幅值磁場強(qiáng)度和鐵心損耗率樣品1樣品2 U（V）（T）W（J）（T）W（J）0.51.01.21.51.82.02.22.52.83.0表2 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、交流剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度以及交流飽和矯頑力 Bs（T）Br（T）樣品1樣品2【思考題】1.與傳統(tǒng)示波法相比，用微機(jī)觀測交流磁滯回線有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？2.磁化電流的大小要單向調(diào)節(jié)，逐漸從零增加，或從極限回線時逐漸減小，為什么？3.交流回線的形狀與那些因素有關(guān)？根據(jù)測量數(shù)據(jù)說明樣品1和樣品2的相似和區(qū)別?！緟⒖嘉墨I(xiàn)