用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告资料.doc

Hm H HHcBa用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线【摘要】 铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性软磁材料的矫顽力 Hc 小于 100A/m，常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线矫顽力和饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br P 等参数均可以从磁滞回线上获得 . 这些参数是铁磁材料 研制、生产、应用是的重要依据关键词 】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H【引言 】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质输入端和 Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关数据，来分析形象磁滞回线的一些因素 , 并根据数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线实验目的】1. 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性3.测定样品的 HD、 Br、 BS 和（ Hm · Bm）等参测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗实验仪器】电阻箱 (两个), 电容(3-5 微法)，数字万用表，本实验主要运用示波器的 XBBsBrcob'示波器，交流电源，互感器。

实验原理】铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材a'图1 起始磁化曲线和磁滞回线料铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率 μ很高另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图 1 为铁磁物质的磁感应强度 B 与磁化场强度 H之间的关系曲线图中的原点 O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态， 即 B＝H＝O， 当磁场 H从零开始增加时，磁感应强度 B 随之缓慢上升，如线段 oa所示，继之 B 随 H迅速增长，如 ab所示， 其后 B 的增长又趋缓慢，并当 H增至 HS 时， B 到达饱和值 BS， oabs 称为起始磁化曲线图 1 表明，当磁场从 HS 逐渐减小至零，磁感应强度 B 并不沿起始磁化曲线恢复到“ O”点，而是 沿另一条新的曲线 SR下降，比较线段 OS和 SR可知， H 减小 B 相应也减小，但 B 的变化滞 后于 H的变化， 这现象称为磁滞， 磁滞的明显特征是当 H＝O时， B不为零， 而保留剩磁 Br。

当磁场反向从 O逐渐变至－ HD 时， 磁感应强度 B 消失， 说明要消除剩磁， 必须施加反向磁场， HD称为矫顽力， 它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力， 线段 RD称为退磁曲线图 1 还表明， 当磁场按 HS→O→HD→-HS→O→HD′→HS次序变化， 相应的磁感应强度 B 则沿闭合曲线 SRDS R D S 变化，这闭合曲线称为磁滞回线所以，当铁磁材料处于交变磁场中 时（如变压器中的铁心） ，将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁在此过 程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以 证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比1图 1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线应该说明，当初始态为图 2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线图 3 铁磁材料 μ与 H 并系曲H＝B＝O的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率2 所示，这些磁滞回线顶点的连线μ B ，因 B 与 H 非线性，故H铁磁材料的 μ不是常数而是随 H而变化（如图 3 所示） 。

铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图 4 为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料而硬磁材料的磁滞回线较宽矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示待测样品为 EI 型矽钢片， N 为励磁绕组， n 为用来测量磁感应强度 B 而设置的绕组 R1 为励磁电流取样电阻，设通过 N 的交流励磁电流为 i ，根据安培环 路定律，样品的磁化场强H∵ iHN 1 iLU 1R1N1LR 1L 为样品的平均磁路U H （1）(1) 式中的 N1、 L、 R1 均为已知常数，所以由 U H 可确定 H在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值 B 是测量绕组 n 和R 2 C 电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通 φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为2dt1CCR 2N 2 Sdt dtε2 C R dU B (3)2Bdn2dtn1 2dtS nS (2)S 为样品的截面积。

如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为ε2 i 2R 2 U B式中 i2 为感生电流，Q，则UBUB 为积分电容ε2 CC 两端电压 , 设在 Δt 时间内， i 2 向电容 C2 的充电电量为i 2R 2如果选取足够大的 R2 和 C，使 i 2R2>> Q/C，则2 i2 R2∵ i 2 dQ C2 dU B2 2 dt由（ 2）、（3）两式可得B U B （4）上式中 C、 R2、 n 和 S 均为已知常数所以由 UB可确定 B0综上所述，将图 5 中的 UH和 UB分别加到示波器的“ X 输入”和“ Y 输入”便可观察样品的 B－H曲线； 如将 UH 和 UB加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度 BS、 剩磁Rr、矫顽力 HD、磁滞损耗〔 WBH〕以及磁导率 μ等参数。

实验内容与步骤】一 根据线圈阻值估计线圈匝数1 按照图示连接电路 ;2 移动滑动变阻器 , 使电流表和电压表的示数超过 2/3 表盘 , 然后记录电压表电流表的示数 .3 分别测左线圈和右线圈的阻值 ;4 测量线圈直径 , 计算线圈的横截面积 .二 不同电压下磁滞回线数据的测量1. 电 路 连 接： 按 电 路 图 连 接 线 路， 并 令 R1 ＝ 2.5 Ω UH 和 UB 分别接示波器的“X 输入”和“ Y 输入”2. 样品退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即顺时针方向转动“ U 选择”旋钮，3令 U从 0 增至 10V，然后逆时针方向转动旋钮，将 U从最大值降为 O，其目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，如图 6 所示图 6 退磁示意图 图 7 U B和 B 的相位差等因素引起的畸变3. 观察磁滞回线： 开启示波器电源， 调至 X-Y 方式， 且 X 输入端和 Y 输入端都为 “DC”。

令光点位于坐标网格中心，令 U＝6.0V ，并分别调节示波器 x 和 y 轴的灵敏度，使显示屏上出现图形大小合适的磁滞回线（若图形顶部出现编织状的小环，如图 7 所示，这时可降低励磁电压 U予以消除） 4. 观察基本磁化曲线，按步骤 2 对样品进行退磁，从 U＝0 开始，逐档提高励磁电压，将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线这些磁滞回线顶点的连线就 是样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波器，便可观察到该曲线的轨迹5. 测绘 μ －H 曲线：仔细阅读测试仪的使用说明，接通实验仪和测试仪之间的连线开启电源，对样品进行退磁后，依次测定 U＝0.5， 1.0 …3.0V 时的十组 Hm和 Bm值，作 μ ～ H曲线7. 令 U=11.0V， R1 ＝2.5 Ω测定样品 1 的 BS,Rr ,H D,WBH, 等参数8. 取步骤 7 中的 H和其相应的 B 值，用坐标纸绘制 B－H 曲线（如何取数？取多少组 数据？自行考虑） ，并估算曲线所围面积数据记录及处理】一 根据线圈阻值估计线圈匝数已知 0.5mm直径的漆包线每米长度对应 1.678线圈 参数U（v）I （mA）左线圈0.37943.40右线圈0.25846.25二 不同电压下磁滞回线数据的测量欧姆。

L=R/1.678(m) 5.203.33匝数180 匝65 匝励磁绕组 N1( 砸)： 180 测量绕组 N2( 砸)： 65电容 C( μF)： 4.3 电阻 R1( Ω)： 2.5 电阻 R2(kU（V） 2hm（mV） 2bm(mV)4.0302.0298.。