实验16铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定.docx

试验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定 试验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定本试验中用沟通电对铁磁材料样品进展磁化，测得的 B - H 曲线称为“动态磁滞回线”测量磁性材料动态磁滞回线的方法较多，用示波器法测量动态磁滞回线的方法具有直观、便利、快速以及能够在不同磁化状态下〔交变磁化及脉冲磁化等〕 进展观看和测量的独特优点试验目的】1. 利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线；2. 了解磁性材料的根本特性；3. 了解磁性材料的退磁以及磁熬炼的方法试验仪器】CZ-2 磁滞回线装置，可隔离变压器，万用表，标准互感器，电键等【试验原理】一、铁磁材料的磁滞性质图 16-1 磁滞回线示意图铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一个重要的特点就是磁滞当材料磁化时， 磁感应强度 B 不仅与当时的磁场强度 H 有关，而且打算于磁化的历史状况，如图16-1 所示当H 增加到某一值 H s 时， B 几乎不再增加，说明磁化已达饱和材料磁化后，如使 H 减小，B 将不沿原路返回，而是沿另一条曲线 ACA¢ 下降当 H 从- Hs 增加时，将沿 A¢C ¢A 曲线到达 A ，形成一个闭合曲线称为“磁滞回线”，其中－79－H = 0 时， B = B ， B 称为“剩余磁感应强度”。

要使磁感应强度为零，就必需一r r个反向磁场- H ， H 称为“矫顽力”此曲线和原点中心对称，不同的 I 值即不同c c外磁场值所对应的回线大小也不同在磁测量中，进展反复磁化过程的操作称为“磁 熬炼”，所得到的一系列振幅不同的磁滞回线端点轨迹的连线，称为“根本磁化曲线”， 如图 16-1 中曲线OA 各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区分在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料由于铁磁材料的磁滞性质，磁性材料所处的某一状态必定和它的历史有关为了使样品的磁特性能重复消灭，也就是指所测得的根本磁化曲线都是由原始状态〔 H = 0 ， B = 0 〕开头，在测量前必需进展退磁，以消退样品中的剩余磁性二、示波器测量磁滞回线的原理如图 16-2，为测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路图将样品制备成闭合的方形〔或环行〕，然后均匀地绕以磁化线圈N 以及副线圈 N ，〔假设是环行样品绕1 2制，则叫罗兰环〕图 16-2 测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路沟通电压u 加在磁化线圈上，R1为取样电阻，其两端电压u1加到示波器的 x 轴输入端上副线圈 N 与电阻 R 及电容 C 串联成一闭合回路，电容 C 两端的电压u 加2 2 C到示波器的 y 轴输入端上。

1. ux〔X 轴输入电压〕正比于铁磁样品内的磁场强度H设样品的平均周长为 L ，磁化电流为i 〔瞬时值〕，依据安培环路定理有：Lò H × dl = NiHL = N i1而：u = iRx 1所以=1u R L Hx N〔16-1〕由于 R1, L, N11均为常数，因此，该式清楚说明示，任意 t 时刻示波器荧光屏上电子束水平偏转位移的大小〔 x µ ux〕与样品中的磁场强度H 成正比2. uC〔示波器 Y 轴输入电压〕在确定条件下正比于样品中的磁感强度 B图 16-2 所示，设样品的横截面积为S ，依据电磁感应定律，在匝数为N 的副2线圈中，感应电动势为：e = - N dF2 2 dt= N S dB2 dt〔16-2〕此外，在副线圈中的电流为i 且电容C 上的电量为q 时，又有：2e = R i2 2 2+ q 〔16-3〕C上式中，考虑到副线圈N 较少，因而自感电动势未加以考虑2同时， R2与C 都做成足够大，使电容C 上的电压降〔uC= 〕比起电阻上的qC电压降 R i 小到可以无视不计为此，上式可写成：2 2e = R i 〔16-4〕2 2 2结合〔16-2〕、〔16-10〕两式，不考虑〔16-2〕中的负号〔在沟通电中负号相当于相位差为± p 〕时，且考虑到i= dq = d (uCC)du=C C ，可得：2 dt dt dtN S dB2 dt= R i2 2du=R C C 〔16-5〕2 dt两边积分得uC和 B 间的瞬时关系：N Su 2 B 〔16-6〕C R C2由于 N，S，R ，C 等皆为常数，所以，上式清楚地说明白输入到示波器Y 轴上的电压u2(即uy C2) 正比于样品中的磁感强度B 。

由此可见，在磁化电流变化的一周内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，并在以后每个周期都重复此过程，这样，在示波器的荧光屏上将会看到一个稳定的磁滞回线图象3. 测量标定本试验不仅要求能用示波器显示出待测材料的动态磁滞回线，而且能使用示波器定量观看和分析磁滞回线因此，在试验中还需要确定示波器荧光屏上x 轴〔即 H轴〕的每一小格实际格代表多少磁场强度， y 轴〔即 B 轴〕的每一小格实际代表多少磁感应强度，这就是测量定标问题对于显示在荧光屏上的磁滞回线如图16-1 所示，首先记录下± Hs 及± Bs 点的位置,然后在保持示波器增益不变的条件下来进展标定1） x 轴〔即 H 轴〕标定x 轴标定操作的目的是标定H 具体而言就是确定示波器荧光屏上x 轴〔即 H轴〕的每一小格实际代表多少磁场强度由〔16-1〕式可见，假设设法测出光点沿 x 轴偏转的大小与电压ux的关系，就可确定H 具体标定H 的线路如图 16-3图 16-3 x 轴标定电路马上图 16-2 线路中样品的副边短接,保持 R1 数值不变,并接入电流表合上开关K，调整可隔离变压器，使显示在荧光屏上水平线段恰与± Hs 间的水平距离相等，假设这时电流表读数为 I (电流表用沟通档，指示的是正弦波的有效值 ),其峰值1I = 2I ，依据安培环路定律：1m 1I N 2I NHs = 1mL1 = 1 1 (单位：安匝/米)L式中 I 单位是安培, L 单位用米。

1假设荧光屏上水平方向点 + HSdiv 所代表的磁场强度为：和- HS间的距离为 a div ，则水平轴上每一Sa2H = H0= 1 I2 2NLa 1〔单位：安 匝 米-1 div -1 〕2） y 轴〔 B 轴〕标定y 轴标定操作的目的是标定B ，具体而言就是确定 y 轴〔 B 轴〕的每一小格实际代表多少磁感应强度具体标定B 的线路如以以下图 16-4图 16-4 y 轴标定电路图图中用“标准互感器M ”〔其互感系数为M 〕取代被测样品，其中 R , R1 2, C 均保持原先的数值合上开关，调整可隔离变压器，使荧光屏上的竖直线段的长度等于图 16-1 中的+ BS到- BS间的距离设流经互感器原边的电流的瞬时值为i ，则互感器副边中的互感电动势e 为0 0e = -M di00 dt类似于〔16-1〕到〔16-6〕式，di qdu dBM 0 = i R dt 2 2+  i R C 2 2= R C C = N S2 dt 2 dt上式两边积分得M × iB = 0N S2结合〔16-6〕式，有2M × i B = 0N S2由于初级回路中电流表指示的为 i 的有效值 I ，所以对应于 B 的有效值 B0 0 有为：M × IB = 0对应磁感应强度最大值为：B有= M × IN S22MImax =0 特斯拉maxN S N S2 2示波器荧光屏上显示的BS就是这个最大值，即：M × IB =max =2MI0S N S N S2 2假设荧光屏上+ BS强度的大小为：和- BSSb 2B间的距离为b div ，则 y 轴每一div 所代表的磁感应2 2MIB = =00N Sb2〔单位：特斯拉 div-1 〕。

试验步骤与要求】一、测定磁滞回线1. 按图 16-2 连接电路2. 对样品进展沟通退磁：先调整可隔离变压器至80V ，然后渐渐减小电压至零3. 重升压到80V，保持示波器增益不变，登记± HS， ± BS， ± HC， ± B 各r点坐标值，用div 表示〔磁滞回线居中〕；填下表 16-1，并在报告中画出示意图表 16-1参量+ H- H+ H- H+ B- B+ B- BSSCCSSrr坐标x1x2x3x4y1yy23y4div留意：磁滞回线应尽量大些，以减小荧光屏读数相对误差4. 从 80V 开头，分为 8 次逐步减小输出电压〔直到 0V〕，使磁滞回线由大变小分别读记每条磁滞回线顶点的坐标，描在坐标纸上，并将所描各点连成曲线，就得 到根本磁化曲线二、 x 轴〔即 H 轴〕标定1. 按图 16-3 连线，且登记以下技术参数：初级线圈 N = 1200 匝；次级线圈 N = 120 匝；标准互感器M = 0.1H ；1 2平均磁路 L = 0.246m ；电容器C = 10-5 F ；样品截面积S = 8.32 ´10-4 m2 2. 在保持示波器 x 轴增益不变的条件下，调整电压，使荧光屏上的水平线段等于1+ H 到- H 的长度，登记 I 值。

读三次取平均登记a ，计算 H 的值和 H 的S S S 0值，填表 16-2表 16-2参量I11II1213I〔 A 〕 H =1 S2I N1 1La (div)H0= HSa2数值留意：〔1〕电流表串入时不要对电源短路，烧坏电表使用数字万用表要留意电流量程的切换！〔2〕定标时，应保持示波器增益不变三、 y 轴〔 B 轴〕标定1. 按图 16-4 连线2. 在保持示波器 y。