試驗(yàn)10交流磁化率

1、實(shí)驗(yàn)十交流磁化率磁性物質(zhì)在外加磁場(chǎng)H下，其磁偶極M方 向，會(huì)傾向沿著外加磁場(chǎng)方向。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度 愈大峙，磁性物質(zhì)所受到的磁化愈強(qiáng)，磁偶極強(qiáng) 度愈大，最終會(huì)到達(dá)一個(gè)飽和值。繼之若將磁場(chǎng) 降低，對(duì)於軟磁性材料而言，磁偶極強(qiáng)度也會(huì)隨 之減弱；當(dāng)外加磁場(chǎng)降低到零時(shí)，軟磁性材料的 磁偶極強(qiáng)度不會(huì)歸零，而是保有一個(gè)磁偶極強(qiáng)度 Mr，此現(xiàn)象稱(chēng)之為殘磁。而將外加磁場(chǎng)反方向增 強(qiáng)時(shí)，該殘留的磁偶極強(qiáng)度會(huì)降低，直到反方向 的外加磁場(chǎng)到達(dá)某一特定強(qiáng)度時(shí)，才會(huì)讓殘留的磁偶極強(qiáng)度消失，此時(shí)的外加磁 場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)之為矯頑力He。當(dāng)此反方向的外加磁場(chǎng)繼續(xù)加強(qiáng)時(shí)，磁性材料有會(huì)有 非零的磁偶極強(qiáng)度。如此的行為會(huì)隨著外加磁場(chǎng)強(qiáng)度與

2、方向的改變，讓磁性材料 的磁偶極有特定的變化行為，此行為稱(chēng)之為磁滯曲線(xiàn)。而當(dāng)外加磁場(chǎng)是交流磁場(chǎng)且交流頻率不 太高時(shí)（一般在微波頻率以下），磁偶極的方向 可隨著此交流磁場(chǎng)，作週期性變化，此即交流 磁化率的物理源由。每一瞬間，磁性物質(zhì)之磁 偶極方向不一定與外加交流磁場(chǎng)同方向，因此 磁性物質(zhì)的交流磁化率，可用振幅及相位差來(lái) 表示。由交流磁化量測(cè)器Xacf-G搭配上函數(shù)產(chǎn)生器與示波器，可供作量測(cè)磁性物 質(zhì)在在不同頻率下的交流磁化率 xc的振幅與相位差，並讓使用者了解相位差的 具體觀(guān)念。亦可透過(guò)換算，得到交流磁化率 xc的實(shí)部與虛部。建議之頻率調(diào)變範(fàn) 囡由200 Hz到20 kHz。值得注意的是，本實(shí)驗(yàn)

3、儀器所形 成的外加磁場(chǎng)振幅很小, 因此所觀(guān)察到的交流磁化率是在磁滯曲線(xiàn) H0處。量測(cè)原理簡(jiǎn)介本量利器中，藉由函數(shù)產(chǎn)生器所提 供的交流電源，使量測(cè)器中的激發(fā) 線(xiàn)圈產(chǎn)生交流磁場(chǎng)。將待測(cè)樣品置 於此線(xiàn)圈內(nèi)，利用本量測(cè)器中的梯 度式訊號(hào)擷取線(xiàn)圈，將此交流磁化 率訊號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電壓訊號(hào)，再經(jīng) 過(guò)量測(cè)器所附的放大線(xiàn)路，最後使 用示波器來(lái)觀(guān)察交流磁化率的振幅及相位。透過(guò)改變 函數(shù)產(chǎn)生器的輸出頻率，可 建立樣品交流磁化率xc之振幅及相位差隨外加磁場(chǎng)頻率f之變化關(guān)條，或是交流磁化率xc之實(shí)部及虛部隨外加磁場(chǎng)頻率f之變化關(guān)係實(shí)驗(yàn)步驟一、梯度式訊號(hào)擷取線(xiàn)圍之功能測(cè)試1. 將交流磁化量測(cè)器、函數(shù)產(chǎn)生器與示波器依照實(shí)驗(yàn)

4、系統(tǒng)架構(gòu)圖連接。2. 固定函數(shù)產(chǎn)生器輸出頻率為1000赫茲，電壓峰對(duì)峰值為10伏特的正弦 波。3. 旋轉(zhuǎn)交流磁化量測(cè)器的切換旋鈕，選擇梯度式訊號(hào)擷取線(xiàn)圈為同相串接與反相串接，並觀(guān)察示波器CH2輸出的波形（所擷取之訊號(hào)大?。?。分別 將示波器於同相串接與反相串接時(shí)所觀(guān)測(cè)到的電壓峰對(duì)峰值，紀(jì)錄在實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄表一。4. 將同相串接與反相串接時(shí)所觀(guān)測(cè)到的電壓峰對(duì)峰值相除，計(jì)算出此梯度 式訊號(hào)擷取線(xiàn)圈的平衡度（Balanee誤差百分比。IppICH1 /CH2、軟磁材料交流磁化率振幅及相位之觀(guān)察1. 將交流磁化量測(cè)器的切換旋鈕選擇梯度式訊號(hào)擷取線(xiàn)圈為反相串接， 並放入待測(cè)軟磁樣品鐵芯。2. 將示波器調(diào)成交流搞

5、合狀態(tài)，另將函數(shù)產(chǎn)生器的輸出頻率調(diào)整至20kHz，調(diào)整並紀(jì)錄函數(shù)產(chǎn)生器的輸出電壓（Vout）使得示波器CH1所觀(guān)測(cè)到 的波形峰對(duì)峰值為l V。3. 記錄此時(shí)示波器CH2波形的峰對(duì)峰值（Vpp）、週期（T）、與電壓零點(diǎn)與 CH1波形的時(shí)間差（At），如圖所示。將這些數(shù)值紀(jì)錄於實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄表二。4. 觀(guān)察示波器上CH1與CH2之波形時(shí)請(qǐng)注意，CH2的波形應(yīng)該位於CH1 波形的右方。這是因?yàn)殍F蕊的交流磁偶極與外加磁場(chǎng)會(huì)有相位差，且因?yàn)?交流磁偶極的相位跟不上外加磁場(chǎng)的相位，導(dǎo)致CH2的波形位於CH1波 形的右方。交流磁偶極相對(duì)於外加磁場(chǎng)的相位延遲，通常以負(fù)值相位表示。5. 所記錄的CH2之Vpp大小正比

6、與鐵蕊在此頻率下之交流磁化率振幅，而 相位差匸-(At/T) 360q、軟磁材料交流磁化率振幅及相位差隨外加磁場(chǎng)頻率之變化1. 實(shí)驗(yàn)架構(gòu)如第二部分，改變函數(shù)產(chǎn)生器的頻率(由20 kl位至20 Hz)重複第 二部份的步驟 2 及3 將所量到的數(shù)值，紀(jì)錄於實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄表二。在每次改變 頻率後，必須調(diào)整函數(shù)產(chǎn)生器輸出電壓，使得示波器 CHl 所觀(guān)測(cè)到的渡 形峰對(duì)峰值固定為 1 V 以確保在各不同頻率下峙，激發(fā)線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)大小是固定的 。2. 經(jīng)由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重覆第二部份步驟 4 ，計(jì)算鐵蕊在不同交流磁場(chǎng)頻 率下，其交流磁化率振幅及相位差。將計(jì)算結(jié)果紀(jì)錄於表二，並繪函數(shù)產(chǎn) 生器輸出電壓-頻率(Vo

7、ut-f)、CH2峰對(duì)峰值-頻率(Vpp-f)、與相位差-頻率(砌 的關(guān)係圖。3. 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,由步驟2所繪的函數(shù)產(chǎn)生器輸出電壓頻率(Vout- f)曲線(xiàn)， 代表線(xiàn)圈阻抗l這頻率的變化關(guān)條。原理上，線(xiàn)圈屬電戚與電阻的串聯(lián)元 件，阻抗會(huì)隨頻率的增加而增大。請(qǐng)確定所繪出函數(shù)產(chǎn)生器輸出電壓，頻 率(Vout- f)曲線(xiàn)是否符合此特性。4. 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，由步驟2所繪的相位差-頻率(9-f)曲線(xiàn)，理論應(yīng)該會(huì)得到 在愈高頻率峙，相位差會(huì)負(fù)的愈大 。原因是，交流磁偶極相對(duì)於外加磁場(chǎng) 的相位延遲，在高頻時(shí)會(huì)愈明顯。請(qǐng)確定所繪出相位差.頻率(& f)曲線(xiàn)是 否符合此特性。四、軟磁材料交流磁化率實(shí)部及虛部隨外

8、加磁場(chǎng)頻率之變化1依據(jù)第三部分所得到的CH2峰對(duì)峰值(Vpp)與相位差，換算出交流磁 化率實(shí)部 ReXac 及虛部 lmXac 隨外加磁場(chǎng)頻率 f 的變化關(guān)條 :Re xc = V ppcos 0lm崩=-Vppsin 02. 繪製交流磁化率實(shí)部頻率(Re ac- f)、交流磁化率虛部-頻率(Im x* f)的關(guān)條曲線(xiàn)。3. 交流磁化率虛部Im即代表材料吸收外加磁場(chǎng)的效率，lm即愈大， 材料越會(huì)吸收磁能。故從lm冷c-f曲線(xiàn)可釐清該材料那一個(gè)頻率的交流磁 場(chǎng)吸收效率最高。實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄表一：1. 同相串接時(shí)的電壓峰對(duì)峰值=mV -(a)2. 反相串相接時(shí)的電壓峰對(duì)峰值=mV -(b)3. 線(xiàn)圈組平衡度誤差百分比(b/a x 100 %) =實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄表二:示波器輸出頻率f(Hz)200001750015000125001000075005000示波器輸出電壓 Vout (V)CH2峰對(duì)峰值Vpp (