實驗16鐵磁質(zhì)的磁化曲線和磁滯回線的測定

試驗十六鐵磁質(zhì)的磁化曲線和磁滯回線的測定 －－79－本試驗中用溝通電對鐵磁材料樣品進(jìn)展磁化，測得的BH曲線稱為“動態(tài)磁方法具有直觀、便利、快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)展觀看和測量的獨特優(yōu)點?！驹囼?zāi)康摹坷脛討B(tài)法測量磁性材料的磁化曲線和磁滯回線；了解磁性材料的根本特性；了解磁性材料的退磁以及磁熬煉的方法。【試驗儀器】CZ-2磁滯回線裝置，可隔離變壓器，萬用表，標(biāo)準(zhǔn)互感器，電鍵等【試驗原理】一、鐵磁材料的磁滯性質(zhì)16-116-1磁滯回線示意圖BH有關(guān)，而且打算于磁化的歷史狀況，如圖16-1所示。當(dāng)HHsB幾乎不再增加，說明磁化已達(dá)飽和。材料H減小，BACAH從HsACAA，形成一個閉合曲線稱為“磁滯回線”，其中H0BBB稱為“剩余磁感應(yīng)強度”。要使磁感應(yīng)強度為零，就必需一r r個反向磁場HHI值即不同c c“磁熬煉“根本磁化曲線”，16-1中曲線OA。各種鐵磁材料有不同的磁滯回線，主要區(qū)分在于矯頑力的大小，矯頑力大的稱為硬磁材料，矯頑力小的稱為軟磁材料。由于鐵磁材料的磁滯性質(zhì)，磁性材料所處的某一狀態(tài)必定和它的歷史有關(guān)。為了使樣品的磁特性能重復(fù)消滅，也就是指所測得的根本磁化曲線都是由原始狀態(tài)〔H0B0〕開頭，在測量前必需進(jìn)展退磁，以消退樣品中的剩余磁性。二、示波器測量磁滯回線的原理如圖16-2，為測量鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的原理電路圖。將樣品制備成閉合的方形〔或環(huán)行，然后均勻地繞以磁化線圈N以及副線圈N〔假設(shè)是環(huán)行樣品繞1 2制，則叫羅蘭環(huán)。16-216-2測量鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的原理電路溝通電壓u加在磁化線圈上，R1

為取樣電阻，其兩端電壓u1

x軸輸入端上。副線圈N與電阻R及電容C串聯(lián)成一閉合回路，電容C兩端的電壓u 加2 2 Cy軸輸入端上。ux

〔X軸輸入電壓〕正比于鐵磁樣品內(nèi)的磁場強度H設(shè)樣品的平均周長為L，磁化電流為i〔瞬時值，依據(jù)安培環(huán)路定理有：LHdlNiLHLNi1而：u iRx 1所以1u RLH1x N

〔16-1〕R1

,L,N1

1t時刻示波器熒光屏上電子束水平偏轉(zhuǎn)位移的大小〔xux

〕與樣品中的磁場強度H成正比。uC

〔Y軸輸入電壓〕B16-2所示，設(shè)樣品的橫截面積為S，依據(jù)電磁感應(yīng)定律，在匝數(shù)為N的副2線圈中，感應(yīng)電動勢為： N d2 2 dt

NSdB2 dt

〔16-2〕此外，在副線圈中的電流為i且電容C上的電量為q時，又有：2 Ri2 22

q 〔16-3〕C上式中，考慮到副線圈N較少，因而自感電動勢未加以考慮。2R2

與C都做成足夠大，使電容C上的電壓降〔uC

〕比起電阻上的qCqRi小到可以無視不計。為此，上式可寫成：22 Ri 〔16-4〕2 22結(jié)合〔16-〔16-1〕兩式，不考慮〔16-〕中的負(fù)號〔在溝通電中負(fù)號相當(dāng)于相位差為〕時，且考慮到i

dqd(uCC)

duC C，可得：2 dt dt dtNSdB2 dt

Ri22

duRC C 〔16-5〕2 dt兩邊積分得uC

B間的瞬時關(guān)系：NSu 2 B 〔16-6〕C RC2

，S，R，CY軸上的電壓u

2(即uy C

2正比于樣品中的磁感強度B。由此可見，在磁化電流變化的一周內(nèi)，示波器的光點將描繪出一條完整的磁滯回線，并在以后每個周期都重復(fù)此過程，這樣，在示波器的熒光屏上將會看到一個穩(wěn)定的磁滯回線圖象。測量標(biāo)定本試驗不僅要求能用示波器顯示出待測材料的動態(tài)磁滯回線，而且能使用示波x〔H軸〕y軸〔B軸〕的每一小格實際代表多少磁感應(yīng)強度，這就是測量定標(biāo)問題。對于顯示在熒光屏上的磁滯回線如圖16-1±Hs及±Bs點的位置,然后在保持示波器增益不變的條件下來進(jìn)展標(biāo)定。x軸〔H軸〕標(biāo)定x軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定Hx〔H軸〕〔16-1〕x軸偏轉(zhuǎn)的大小與電壓ux

的關(guān)系，就可確定H。具體標(biāo)定H16-3。圖圖16-3 x軸標(biāo)定電路16-2線路中樣品的副邊短接,R1數(shù)值不變,并接入電流表。合上開關(guān)K，調(diào)整可隔離變壓器，使顯示在熒光屏上水平線段恰與±Hs間的水平距離相等，假設(shè)這時電流表讀數(shù)為I(電流表用溝通檔，指示的是正弦波的有效值 ),其峰值1I = 2I，依據(jù)安培環(huán)路定律：1m 1I N 2INHs

1mL

1 1 1 (單位：安匝/米)L式中I 單位是安培, L單位用米。1假設(shè)熒光屏上水平方向點HSdiv所代表的磁場強度為：

和HS

adiv，則水平軸上每一Sa2H Sa20

1I2 2NLa 2 2N

〔-1div1。y軸〔B軸〕標(biāo)定y軸標(biāo)定操作的目的是標(biāo)定By軸〔B軸〕的每一小格實際代表多少磁感應(yīng)強度。具體標(biāo)定B16-4。圖16-4 y軸標(biāo)定電路圖M〔其互感系數(shù)為MR,R1 2

C均保持原先的數(shù)值。合上開關(guān)，調(diào)整可隔離變壓器，使熒光屏上的豎直線段的長度等16-1中的BS

到BS

間的距離。設(shè)流經(jīng)互感器原邊的電流的瞬時值為i ，則互感器副邊中的互感電動勢 為0 0 Mdi00 dt類似于〔16-1〕到〔16-6〕式，di q

du dBM 0iRdt 2 iRC 2 2

RC CNS2 dt 2 dt上式兩邊積分得

MiB 0NS2結(jié)合〔16-6〕式，有2MiB NS2由于初級回路中電流表指示的為i 的有效值I ，所以對應(yīng)于B的有效值B0 0 有為：MIB 0對應(yīng)磁感應(yīng)強度最大值為：B

有MI

NS22MImax2MI

0特斯拉max

NS NS2 2示波器熒光屏上顯示的BS

就是這個最大值，即：MIB

max

2MI0S NS NS2 2假設(shè)熒光屏上BS強度的大小為：

和BSSbSb2

間的距離為bdivy軸每一div所代表的磁感應(yīng)2 22 2MIB 0

0NSb2

〔單位：特斯拉div

1?！驹囼灢襟E與要求】一、測定磁滯回線16-2連接電路。對樣品進(jìn)展溝通退磁：先調(diào)整可隔離變壓器至80V，然后漸漸減小電壓至零。重升壓到80V，保持示波器增益不變，登記HS

，BS

，HC

B各r點坐標(biāo)值，用div；填下表16-，并在報告中畫出示意圖。16-1參參量HHHHBBBBSSCCSSrr坐標(biāo)x1x2x3x4y1yy23y4div留意：磁滯回線應(yīng)盡量大些，以減小熒光屏讀數(shù)相對誤差。從80V開頭，分為8次逐步減小輸出電壓〔直到0分別讀記每條磁滯回線頂點的坐標(biāo)，描在坐標(biāo)紙上，并將所描各點連成曲線，就得到根本磁化曲線。x軸〔H軸〕標(biāo)定16-3連線，且登記以下技術(shù)參數(shù)：初級線圈N 1200匝；次級線圈N 120匝；標(biāo)準(zhǔn)互感器M0.1H；1 2L0.246m；電容器C105F；樣品截面積S8.32104m2。在保持示波器x軸增益不變的條件下，調(diào)整電壓，使熒光屏上的水平線段等于1H 到H 的長度，登記I值。讀三次取平均。登記a，計算H 的值和H 的1S S S 016-2。16-2參參量I11II1213I〔A〕H 1 S2IN1 1La(div)H0HSa2數(shù)值流量程的切換！〔2〕定標(biāo)時，應(yīng)保持示波器增益不變。y軸〔B軸〕標(biāo)定16-4連線。在保持示波器yB到B的長度，登記I 值。讀三次，取平均值，讀b。計算B的值和B的S S 0 S 016-3。16-3參參量I01I02II (A)B S2MINS20030b(div)B 0Bb2S數(shù)值四、依據(jù)表16-1、表16-2和表16-3的數(shù)據(jù)，計算剩磁B 和矯頑力H 。r Cy y x xB 3 r 2

B，H0 C

3 4H 。2 0【預(yù)習(xí)思考題】試述鐵磁材料的根本磁化曲線和磁滯回