磁化曲线和磁滞回线的测量

铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线磁性材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机存贮用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。磁滞回线和基本磁化曲线反映了磁性材料的主要特征。通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的基本测绘 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。铁磁材料分为硬磁和软磁两大类，其根本区别在于矫顽磁力HC的大小不同。硬磁材料的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力大从120A/m~2104A/m以上，因而磁化后，其磁感应强度可长久保持，适宜做永久磁铁。软磁材料的磁滞回线窄，矫顽磁力HC一般小于120A/m，但其磁导率和饱和磁感强度大，容易磁化和去磁，故广泛用于电机、电器和仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 制造等工业部门。磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料的重要特性，也是设计电磁机构作仪表的重要依据之一。本实验采用动态法测量磁滞回线。需要说明的是用动态法测量的磁滞回线与静态磁滞回线是不同的，动态测量时除了磁滞损耗还有涡流损耗，因此动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积要大一些。另外涡流损耗还与交变磁场的频率有关，所以测量的电源频率不同，得到的B~H曲线是不同的，这可以在实验中清楚地从示波器上观察到。【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。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HC的数值。研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度BS、剩磁Br和矫顽力HC的数值。改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。【实验原理】磁化曲线如果在通电线圈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大百倍，甚至在千倍以上。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?H对于铁磁物质而言，磁导率并非常数，而是随H的变化而改变的物理量，即fH，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也随之变大，其BH变化曲线如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段曲线所示。图1磁化曲践和卩-H曲钱2起赠晞化曲线与磁滞回线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，H0时，磁感应强度仍然保持一定数值BBr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大。当铁磁材料内部反向磁场强度增加到HHe时(图2上的c点)，磁感应强度B才等于0，达到退磁。图2中的的be段曲线称作退磁曲线，He为矫顽磁力。如图2所示，当H按0tHstOtHeHsOHeHs的顺序变化时，B相应沿0BsBrt0tBstBrt0tBs顺序变化。图中的oa段曲线称作起始磁化曲线，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。由图2可知：当H0时，B0,这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度Br,通常称Br为铁磁物质的剩余磁感应强度(简称剩磁)若要使铁磁物质完全退磁，即B0，必须加一个反方向磁场He。这个反向磁场强度Hc(有时用其绝对值表示)，称为该铁磁材料的矫顽磁力。B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。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。当从初始状态H0,B0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增加过程中，可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线，如图3所示。其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线。由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须将铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场H0,B0;其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减少，不能时增时减。在理论上，要消除剩磁Br，只需通一反向磁化电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力即可。实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因而无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示，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，直到等于零。则该材料的磁化过程中就会出现一连串面积逐渐缩小而最终趋于原点的环状曲线，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。实验表明，经过多次反复磁化后，BH的量值关系形成一个稳定的闭合的“磁滞回线”。通常以这条曲线来表示该材料的磁化性质。这种反复磁化的过程称为“磁锻炼”。本验使用交变电流，所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”，随时可以获得磁滞回线。图3我们把图3中原点0和各个磁滞回线的顶点a1,a2,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(H0,B0)开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。在测量基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过充分的“磁锻炼”。否则，得到的B~H曲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曲线的原理线路示波器测量B~H曲线的实验线路如图5所示。RzIzcm(i)用术雜君彬traffl蛛的实翳绣路^6密 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 试样夕隔本实验研究的铁磁物质是日字形铁芯试样(如图6所示)。在式样上绕有励磁线圈N1匝和测量线圈N2匝。若在线圈Ni中通过磁化电流li时，此电流在试样内产生磁场，根据安培环路定律H?LN1?I1，磁场强度的大小为：N1?hH11L其中L为的日字形铁芯试样的平均磁路长度。（在图6中用虚线表示）。由图5可知示波器CH1（X）轴偏转板输入电压为：UXli?Ri（2）由式（1）和式（2）得:UxLZRi?hNi(3)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N2上串联一个电阻R2与电容C构成一个回路,同时R2与C又构成一个积分 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 。取电容C两端电压Uc至示波器CH2（丫）轴输入，若适当选择R2和C，使R2?C，则:E21EzR2UyUcQC1l2dt1E2dtc?r2N2?SdBc?r2N2?S“c?Bc?r2上式表明接在示波器Y轴输入的Uy正比于B?R2?C电路在电子技术中称为积分电?c式中，为电源的角频率，e2为次级线圈的感应电动势。因交变的磁场H在样品中产生交变的磁感应强度B，则：pirl口E2N2?——N2?S?——（式中Sa?b为铁芯试样的截面积，设铁芯的宽度为dtdta，厚度为b）则：路，表示输出的电压Uc是感应电动势e2对时间的积分。1为了如实地绘出磁滞回线，要求：（1）r212?f?C（2）在满足上述条件下，Uc振幅很小，不能直接绘出大小适合需要的磁滞回线。为此，需将UC经过示波器丫轴放大器增幅后输至丫轴偏转板上。这就要求在实验磁场的频率范围内，放大器的放大系数必须稳定，不会带来较大的相位畸变。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7所示的畸变。观测时将X轴输入选择“AC”，丫轴输入选择DC”档，并选择合适的Ri和R2的阻值可得到最佳磁滞回线图形，避免出现这种畸变。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，再由小到大调节信号发生器的输出电压，即能在屏上观察到由小到大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。4•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，但为了定量研究磁化曲线和磁滞回线，必须对示波器进行定标。即还须确定示波器的X轴的每格代表多少H值（A/m），Y轴每格实际代表多少B仃）。一般示波器都有已知的X轴和Y轴的灵敏度，可根据示波器的使用方法，结合实验使用的仪器就可以对X轴和丫轴分别进行定标，从而测量出H值和B值的大小。设X轴灵敏度为SXV/格，Y轴的灵敏度为SYV/格（上述SX和S丫均可从示波器的面板上直接读出），则：UxSX?X,UY&?Y式中X，Y分别为测量时记录的坐标值（单位：格，注意，指一大格）由于本实验使用的&,R2和C都是阻抗值已知的标准元件，误差很小，其中的R1,R2为无感交流电阻，C的介质损耗非常小。所以综合上述分析，本实验定量计算公式为：HB式中各量的单位：R1,R2单位是Sx,Sy单位是V/格；X，Y单位是格；H的单位是A/m；B的单位是T。【实验内容】注意：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。然后调节频率调节旋钮，因为频率较低时，负载阻抗较小，在信号源输出相同电压下负载电流较大，会引起采样电阻发热。』？xL?R1R2?C?Sy?yn2?s；L单位是m；S单位是m2；C单位是•显示和观察2种样品在25Hz,50Hz,100Hz,150Hz交流信号下的磁滞回线图形。(5)(6)1•按图8所示线路接线。©QOIS号fi梓當玄军曙鼻沪◎◎XiaR|Xfl.lflg：T©©Jt»1DWMIAO/?；©@9x1nFCX01I1T1CB1(X)CB2(T)l^8FB310^动尋厳滞回线实馨仅面扳團（按实线联接算品匚虏线肯联接昇品：?】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XY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）示波器丫输入为DC方式，测量积分电容的电压。5）用专用接线接通样品1（或样品2）的初级与次级（注：接地端仪器内已连接）。6）接通示波器和FB310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25.00Hz。3•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R1,R2的大小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形。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，可适当调节示波器的X和Y位移旋钮，把显示图形移到显示屏的中心。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值缓5.00,5.00)格。慢增加，达到饱和，改变示波器上X、丫输入增益波段开关和R1,R2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（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20.0Hz~200.0Hz连续可调，重复上述3~5的操作步骤，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围面积越大，用于信号传输时磁滞损耗也大。更换实验样品，重复上述2~6步骤，观察50.00Hz时的磁滞回线。二测磁化曲线和动态磁滞回线：在实验仪样品架上插好实验样品，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50.00Hz。退磁1）单调增加磁化电流，顺时针缓慢调节信号幅度旋钮，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输入增益和R1,R2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、丫输入增益波段开关和R1,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。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和丫轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的X和丫位移旋钮。X、丫坐标的交X方向读数为0、实验中可用示波器X、丫输入的接地开关检查示波器的中心是否对准屏幕点。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0.20、0.40、0.60、0.80、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00，单位为格，记录磁滞回X、丫输入增益波段线顶点在丫方向上读数如表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，保持示波器上的开关和R1、R,值固定不变，并锁定增益微调电位器（一般为顺时针到底），以便进行H、B的标定。表1-1样品1（软磁）序号123456789101112X/格0.000.200.400.600.801.001.502.002.503.004.005.00Y/格测试条件:fHz,CH1(X)V/div,CH2(Y)V/div,R,R2K,CF,UmV,ImmAHz,CHjX)V/div,CH2(Y)V/div,R2F,UmV,ImmA表1-2样品2（硬磁）序号123456789101112X/格0.000.200.400.600.801.001.502.002.503.004.005.00Y/格测试条件:动态磁滞回线在磁化电流X方向上的读数在(5.00,5.00)格范围时，记录示波器显示的磁滞回线在X坐标为5.0、4.0、3.0、2.0、1.0、0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0格时所对应的Y坐标，记入表格2。然后在Y坐标为4.0、3.0、2.0、1.0、0、1.0、2.0、3.0、4.0格时相对应的X坐标，同样记入表2。表2-1样品1(软磁)X格Y格Y格X格表2-2样品2(硬磁)X格Y格Y格X格显然Y最大值对应饱和磁感应强度Bs。X0,Y读数对应剩磁Br。Y0,X读数对应矫顽力He。四、作磁化曲线。由前所述H、B的计算公式为：N1?SXH1X?X(A/m)L?R1R2?c?Sy?yn2?s(mT)上述公式中，硅钢片铁芯实验样品和实验装置参数如下：L0.084m,S2.21104m2,Ni100（匝），2300（匝）,Ri、R2值根据仪器面板上的选择值计算。对于样品1（软磁）C1.3106F其中，L为铁芯实验样品平均磁路长度；S为铁芯实验样品截面积；N1为磁化线圈匝数；N2为副线圈匝数；R1为磁化电流采样电阻，单位为；R2为积分电阻，单位为；C为积分电容，单位为F。Sx为示波器X轴灵敏度，单位V格;Sy为示波器丫轴灵敏度，单位V格；所以得到一组实测的磁化曲线数据，整理如表3,其中X轴灵敏度为0.1V/格，Y轴灵敏度为20mV/格。分别整理表1-1和表1-2实验数据，得到表3-1和表3-2（与表3-1相同略）。表3-1(R1,R2K,CF,SxV/div,SyV/div)序号123456789101112X（格）00.200.400.600.801.001.502.002.503.004.005.00H(A/m)0Y（格）0B(mT)0按表中数据作B~H磁化曲线。整理表2-1和表2-2实验数据，得到表4-1和表4-2（与表4-1相同略）。同样按表中数据作B~H磁滞回线，并求出Br,BS,He的值。表4-1(R1,R2K,CF,SxV/div,SyV/div)X（格）H(A/m)Y(格)B(mT)X（格）H(A/m)Y(格)B(mT)5.00-5.004.00-4.003.00-3.002.00-2.001.00-1.0000-1.001.00-2.002.00-3.003.00-4.004.00-5.005.00按表4数据，用计算机电子表格或手工作磁滞回线图B~H（用图板加标注）5•改变磁化信号的频率，重复进行上述实验。