实验5 动态磁滞回线.docx

实验5 动态磁滞回线一、 实验目的1、 掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、 剩磁和磁导率的理解2、 学会用示波法测绘基本磁化曲线和磁滞回线3、 根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力He的数值4、 研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率卞的磁感应强度Bs、剩磁 Br和矫顽力He数值5、 改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化二、 实验仪器动态磁滞回线测试仪及示波器动态磁滞回线测试仪由测试样品、功率信号源、可调 标准电阻、标准电容和接「I电路等组成三、 实验原理1、磁化曲线如果在由电流产生的磁场中放入铁磁物质，则磁场将明显增强，此时铁磁物质中的磁 感应强度比单纯由电流产生的磁感应强度增犬百倍，甚至在T•倍以上铁磁物质内部的磁场 强度H与磁感应强度B有如下的关系：B = pH对于铁磁物质而言,磁导率|J并非常数,而是随H的变化而改变的物理量，即|J =/（H）, 为非线性函数所以如图1所示，B与H也是非线性关系铁磁材料的磁化过程为：其未被磁化时的状态称为去磁状态，这时若在铁磁材料上加 一个由小到大的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变人，其B-H 变化曲线如图1所示。

但当H增加到一定值（Hs）后，B几乎不再随H的增加而增加，说 明磁化已达饱和，从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线称为材料的起始磁化曲线如图1 中的OS端曲线所示2、磁滞回线当铁磁材料的磁化达到饱和之后，如果将磁化场减少，则铁磁材料内部的B和H也随 之减少，但其减少的过程并不沿着磁化时的OS段退回从图2可知当磁化场撤消，H=0时， 磁感应强度仍然保持一定数值B=Br称为剩磁（剩余磁感应强度）若要使被磁化的铁磁材 料的磁感应强度B减少到0,必须加上一个反向磁场并逐步增人当铁磁材料内部反向磁场强度增加到H=Hc时（图2上的c点），磁感应强度B才是0,达到退磁图2中的的be段 曲线为退磁曲线，He为矫顽磁力图中的Oa段曲线称起始磁化曲线，所形成的封闭曲线 abedefa称为磁滞回线be曲线段称为退磁曲线图2起始磁化曲线与磁滞回线由图2可知：（1） 当H=0时，BH0,这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br,通常称Br 为佚磁物质的剩余感应强度（剩磁）2） 若要使铁磁物质完全退磁，即B=0,必须加一个反方向磁场He这个反向磁场 强度He,称为该铁磁材料的矫顽磁力3） B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现彖。

4） H上升与下降到同一数值时，铁磁材料内的B值并不相同，退磁化过程与铁磁材 料过去的磁化经历有关5） 当从初始状态H=0, B=0开始周期性地改变磁场强度的幅值时，在磁场由弱到强 地单调増加过程中，可以得到面积由人到小的一簇磁滞回线，如图3所示其中最犬面积的 磁滞回线称为极限磁滞回线6） 如果使铁磁材料磁化达到磁饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐 减少磁化电流，直到于零则该材料的磁化过程中就是一连串逐渐缩小而最终趋于原点的坏 状曲线，如图4所示当H减小到零时，B亦同时降为零，达到完全退磁我们把图3中原点O和各个磁滞回线的顶点aba2, -a所连成的曲线，称为铁磁性材 料的基本磁化曲线不同的铁磁材料其基本磁化曲线是不相同的为了使样品的磁特性可以 重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态（H=0, B=0）开始，在测量前 必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性在测屋基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过充分的“磁锻炼”否则，得到的B-H |0］线即为开始介绍的起始磁化曲线，两者不可混淆3、示波器显示B—H曲线的原理线路R2 12图5示波器测量B-H曲线的实验线路本实验研究的铁磁物质是一个坏状式样，在式样上绕有励磁线圈N】匝和测量线圈N2 匝。

若圈N】中通过磁化电流I】时，此电流在式样内产生磁场，根据安培环路定律HL=N山, 磁场强度H的人小为：(1)其中L为的坏状式样的平均磁路长度由图5可知示波器X轴偏转板输入电压为:Ux=Ur=I]Ri (2)由式（1）和式（2）得:上式表明在交变磁场下，任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H为了测量 磁感应强度B,在次级线圈N?上串联一个电阻R?与电容C构成一个回路，同时^^与（：又 构成一个积分电路取电容C两端电压Uc至示波器Y轴输入，若适当选择R?和C使R?〉〉E21/©C,则:【2时+仏式中，⑴为电源的角频率，E?为次级线圈的感应电动势因交变的磁场H的样品中产生交 变的磁感应强度B,贝I」：E2dQdt—⑸ dt式中S为坏式样的截面积，设磁坏厚度为h则:NsScr2B (6)上式表明接在示波器Y轴输入的Uy正比于BoR2C构成的电路在电子技术中称为积分电路， 表示输出的电压Uc是感应电动势E?对时间的积分为了如实地绘出磁滞回线，要求：（1） R2＞） I/2吋・c；（2）在满足上述条件下，Uc振幅很小，不能直接绘出人小适合需要的磁滞回线为此，需将Uc经过示波器Y轴放大器增幅后输至Y轴偏转板上。

这就要求在实验 磁场的频率范闱内，放人器的放大系数必须稳定，不会带来较人的相位畸变事实上示波器 难以完全达到这个要求，因此在实验时经常会出现如图6所示的畸变观测时将X轴输入 选择“AC”，Y轴输入选择“DC”档，并选择合适的&和出的阻值，可避免这种畸变， 得到最佳磁滞回线图形这样，在磁化电流变化的一个周期内，电子束的径迹描出一条完整 的磁滞回线适当调节示波器X和Y轴增益，再由小到人调节信号发生器的输出电压，即 能在屏上观察到由小到人扩展的磁滞回线图形逐次记录其正顶点的坐标，并在坐标纸上把 它联成光滑的曲线，就得到样品的基本磁化曲线图64、示波器的定标从前面说明中可知从示波器上可以显示出待测材料的动态磁滞回线，为了定量研究磁 化曲线磁滞回线，必须对示波器进行定标，确定示波器的X轴的每格代表多少H值（A/m）, Y轴每格实际代表多少B （T ）本实验定量计算公式为：RoCSy（7）⑻ n =——x式中各量的单位为：RP R?为Q; I?羽Em： S为n?； C为F； Sx, Sy为V/格；X, Y 为格（分正负向读数）；H的单位为A/m； B的单位为T四、实验内容实验前先熟悉实验的原理和仪器的构成。

使用仪器前先将信号源输出幅度调节旋钮逆 时针到底（多圈电位器），使输出信号为最小标有红色箭头的线表示接线的方向，样品的 更换是通过换接接线来完成的注意：由于信号源、电阻Ri和电容C的一端已经与地相连，所以不能与其他接线端相 连接否则会短路信号源、Ur或Uc，从而无法正确做出实验一）、和观察2种样品在25Hz、50Hz、100Hz、150Hz交流信号下的磁滞回线图形1、按图5所示的原理线路接线1） 逆时针调节幅度调节旋钮到底，使信号输出最小2） 调示波器显示工作方式为X-Y方式，即图示仪方式3） 示波器X输入为AC方式，测量采样电阻Ri的电压4） 示波器Y输入为DC方式，测量积分电容的电压5） 选择样品1先进行实验6）接通示波器和DH4516C型动态磁滞回线实验仪电源，适当调节示波器辉度，以免 荧光屏中心受损预热10分钟后开始测量2、 示波器光点调至显示屏中心，调节实验仪频率调节旋钮，频率显示窗显示50.00Hzo3、 单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使示波器显示的磁滞回线上 B值增加缓慢，达到饱和改变示波器上X、Y输入增益段开关并锁定增益电位器（一般为 顺时针到底），调节Ri、R?的人小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形。

4、 单调减小磁化电流，即缓慢逆时针调节幅度调节旋钮，直到示波器最后显示为一点， 位于显示屏的中心，即X和Y轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的X和Y位移旋钮5、 单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使示波器显示的磁滞回线上 B值增加缓慢，达到饱和，改变示波器上X、Y输入增益波段开关和Ri、R?的值，示波器 显示典型美观的磁滞回线图形磁化电流在水平方向上的读数为（-5.00,+5 00）格6、 逆时针调节（幅度调节旋钮到底），使信号输出最小，调节实验仪频率调节旋钮， 频率显示窗分别显示25 00Hz、100 0Hz、150 0Hz,重复上述3~5的操作，比较磁滞回线形 状的变化表明磁滞回线形状与信号频率有关，频率越高磁滞回线包I判面枳越人，用于信号 传输时磁滞损耗也大7、 换实验样品2,重复上述2- 6步骤，观察25.00Hz、50.00Hz. 100.0Hz, 150.0Hz 时的磁滞回线，并与样品1进行比较，有何异同二）、测磁化曲线和动态磁滞回线，用样品1进行实验1、 在实验仪上接好实验线路，逆时针调节幅度调节旋钮到底，使信号输出最小将示 波器光点调至显示屏中心，调节实验仪频率调节旋钮，频率显示窗显示50.00Hzo2、 退磁。

1） 单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，使示波器显示的磁滞回线上 B值增加变得缓慢，达到饱和改变示波器上X、Y输入增益段开并和Ri、R?的值，示波 器显示典型美观的磁滞回线图形磁化电流在水平方向上的读数为（-5.00, +5.00）格，此 后,保持示波器上X、Y输入增益波段开关和R］、％值固定不变并锁定增益电位器（一般 为顺时针到底），以便进行H、B的标定2） 单调减小磁化电流，即缓慢逆时针调节幅度调节旋钮，直到示波器最后显示为一点， 位于显示屏的中心，即X和Y轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的X和Y位移旋钮 实验中可用示波器X、Y输入的接地开关检查示波器的中心是否对准屏幕X、Y坐标的交点3、 磁化曲线（即测量大小不同的各个磁滞回线的顶点的连线）单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节幅度调节旋钮，磁化电流在X方向读数为0、 0.20、0 40、0.60、0.80、1.00、2.00、3.00、400、5.00,单位为格，记录磁滞回线顶点在 Y 方向上读数如表1,单位为格，磁化电流在X方向上的读数为（-5 00, +5.00）格时，示波 器显示典型美观的磁滞回线图形此后，保持示波器上X、Y输入增益波段开关和R］、R2 值固定不变并锁定增益电位器（一般为顺时针到底），以便进行H、B的标定。

表1序号123456789101112X/格00.200.400 600.801.001.501002.503.004.005.00Y/格00.210.450 951.402.002.953.203.403.553753.844、动态磁滞回线在磁化电流X方向上的读数为(-5.00, +5.00)格时，记录示波器显示的磁滞回线，如 表2Y最人值对应饱和磁感应强度B,； X=0, Y读数对应剩磁氏：Y=0, X读数对应矫顽 力吒表2X/格Y/格X/格Y/格5 003.84-5.00-3.854 003.75400-3.743.003.62-3.00-3.622.003.45-2.00-3.451 003.30-1.00-3.3203.100-3.15-0.303.000. 4。