2017年磁滯回線的測(cè)量試驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)名稱：用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線姓名學(xué)號(hào)班級(jí) 桌號(hào) 教室基礎(chǔ)教學(xué)樓1101實(shí)驗(yàn)日期2016年月日節(jié)此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教材沒有相應(yīng)內(nèi)容，請(qǐng)做實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)報(bào)告！并攜帶計(jì)算器，否則實(shí)驗(yàn)無法按時(shí)完成！一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握磁滯、磁滯回線、磁化曲線、基本磁化曲線、 矯頑力、剩磁、和磁導(dǎo)率的的概念。2、學(xué)會(huì)用示波法測(cè)繪基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線。3、 根據(jù)磁滯回線測(cè)定鐵磁材料在某一頻率下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br和矯頑力He 的數(shù)值。4、研究磁滯回線形狀與頻率的關(guān)系；并比較不同材料磁滯回線形狀。、實(shí)驗(yàn)儀器1. 雙蹤示波器2.DH4516C型磁滯回線測(cè)量儀.型.奏魚塹|.輕遂塞尊魚旦世曲匹0

2、00U丄5AX10KQX1KGWjiF 1|iF 2QyF耳bUi=ut石家莊鐵道大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心 10頁.WORD完美格式.專業(yè)知識(shí)編輯整理三、實(shí)驗(yàn)原理（一）鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的特點(diǎn)就是磁滯。以下是關(guān)于磁滯的幾個(gè)重要概念1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化曲線鐵磁材料未被磁化時(shí)，H和B均為零。這時(shí)若在鐵磁材料上加一個(gè)由小到大的磁化場(chǎng)， 則鐵磁材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B也隨之變大，其 B-H變化曲線如圖1 （OS 曲線所示。到S后，B幾乎不隨H的增大而增大，此時(shí)，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S對(duì)應(yīng)的HS稱飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，相應(yīng)的 BS稱飽和磁感應(yīng)

3、強(qiáng)度。我們稱曲線OS為磁性材料的磁化曲線。圖1磁性材料的磁化曲線圖2 磁滯回線和磁化曲線2、磁滯現(xiàn)象、剩磁、矯頑力、磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)磁化達(dá)到飽和后，如果使H逐步退到零，B也逐漸減小，但 B的減小“跟不上” H的減小（B滯后于H）。即：其軌跡并不沿原曲線 SO而是沿另一曲線 Sb下降。當(dāng) H下降為零時(shí)，B不為零，而是等于 Br ,說明鐵磁物質(zhì)中，當(dāng)磁化場(chǎng)退為零后仍保留一定 的磁性。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象，Br叫剩磁。若要完全消除剩磁B，必須加反向磁場(chǎng)，當(dāng)b=o時(shí)磁場(chǎng)的值 HC為鐵磁質(zhì)的矯頑力。當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場(chǎng)減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁

4、場(chǎng)，磁化曲線成為一閉合曲線，這個(gè)閉合曲線稱為磁滯回線，如圖2所示。3、基本磁化曲線對(duì)于同一鐵磁材料，設(shè)開始時(shí)呈去磁狀態(tài)，依次選取磁化電流丨1、丨2、n,則相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hl、H2、.H3,在每一磁化電流下反復(fù)交換電流方向（稱為磁鍛煉），即在 每一個(gè)選定的磁場(chǎng)值下，使其方向反復(fù)發(fā)生幾次變化（如Ht-Hit Hit-Hi.）,這樣操作的結(jié)果，是在每一個(gè)電流下都將得到一條磁滯回線，最后，可得一組逐漸增大的磁滯 回線。我們把原點(diǎn)0和各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn) ai、a2、.所連成的曲線稱為鐵磁材料的基本 磁化曲線，如圖3所示。（二）利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量原理1、示波器顯示B H曲線原理線路由

5、上述磁滯現(xiàn)象可知，要觀測(cè)磁介質(zhì)磁滯現(xiàn)象及相應(yīng)的物理量，需要根據(jù)磁化過程 測(cè)定材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，測(cè)量裝置必須具備三個(gè)功能： 提供使樣品磁化的可調(diào)強(qiáng)度的磁場(chǎng)（磁化場(chǎng)） 可跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度 可定量顯示樣品的磁化過程L圖4是利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量裝置原理圖：首先將待測(cè)的鐵磁物質(zhì)制成一個(gè)環(huán)形樣品，在樣品上繞有原線圈即勵(lì)磁線圈N匝，由它提供磁化場(chǎng)；在樣品上再繞副線圈即測(cè)量線圈 N2匝，由它來跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng) 度；由示波器來定量顯示磁化過程。如圖4，設(shè)L為環(huán)形樣品的平均磁路長度，若在線圈N中通過勵(lì)磁電流I i時(shí)

6、，此電流在樣品內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小根據(jù)安培環(huán)路定律：即: IiRi兩端電壓 U為：U i= I i Ri= H（1）由（1）式可知，若將電壓 Ui輸入示波器X偏轉(zhuǎn)板時(shí)，示波器上任一時(shí)刻電子束在X軸的偏轉(zhuǎn)正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度H。為了追蹤測(cè)量樣品內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在截面面積為S的樣品中纏繞副線圈N2, B可通過副線圈N2中由于磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)&來測(cè)定。根據(jù)電磁感應(yīng)定律：即&B=-為了獲得與B相關(guān)聯(lián)的電壓數(shù)值（因示波器只接收電壓），在副線圈上串聯(lián)一個(gè)電阻F2與電容C,電阻F2與電容C勾成一個(gè)積分電路，此時(shí)=iR2+U(i為感生電流，U為積分電容兩端電壓)，適當(dāng)選擇F2與電容C,使R2則

7、電容兩端的電壓 Uc為：Uc=(2)由(2)式可知，若將電壓 Uc輸入示波器的Y偏轉(zhuǎn)板，示波器上任一時(shí)刻電子束在Y軸的偏轉(zhuǎn)正比于樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。這樣，當(dāng)示波器處于 X-Y狀態(tài)，X偏轉(zhuǎn)板接U, Y偏轉(zhuǎn)板接UC,示波器屏上即可顯示磁化過 程。2、示波器的定標(biāo)為了定量研究磁化曲線、磁滯回線，必須對(duì)示波器定標(biāo)。即：確定示波器的X軸的每格 代表多少H直(A/m)，丫軸每格代表多少B(T)。在示波器X偏轉(zhuǎn)板上UX、Y偏轉(zhuǎn)板U可準(zhǔn)確測(cè)量，且R、R、C都為已知的標(biāo)準(zhǔn)元件的情況下,設(shè)S為示波器X軸的電壓靈敏度,X為水平方向的位移格數(shù)；Sy為示波器丫軸的電壓靈敏度，Y 為垂直方向的位移格數(shù)；則：UX=SxX

8、 ;Uy=SyY(3)將(3)代入(1)、( 2)得：H=(4)B= (5)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)熟悉示波器并測(cè)量信號(hào)源輸出信號(hào)的周期1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 將“動(dòng)態(tài)法磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀”頻率輸出調(diào)節(jié)為100Hz,幅度值適中； 示波器處于測(cè)量信號(hào)波形狀態(tài)，使示波器輝度適中；調(diào)節(jié)X、Y位移旋鈕使光點(diǎn)居中 用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)示波器 X、Y軸靈敏度旋鈕，（注意：三個(gè)微調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底）請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出信號(hào)源輸出信號(hào)的波形圖，并計(jì)算其周期： （二）顯示和觀察兩種樣品在 25Hz、50Hz、100Hz、150Hz交流信號(hào)下的磁滯回線圖形1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）按圖4所示的原理線路檢查接線連接是否正確2）逆時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕到

9、底，使信號(hào)輸出最小。3）調(diào)示波器顯示工作方式為 X-Y方式。示波器X輸入為AC方式，測(cè)量采樣電阻 R的電壓U;示波器Y輸入為DC方式，測(cè)量積分電容的電壓UCo4） 接通示波器和 DH4516C型動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器輝度及X、Y位移 旋鈕使光點(diǎn)居中。2、 顯示和觀察兩種樣品的交流信號(hào)下的磁滯回線圖形（先測(cè)量樣品1）1）單調(diào)增加磁化電流，即緩慢順時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕，使示波器顯示的磁化曲線上B值增加緩慢，達(dá)到飽和。改變示波器上X、Y軸的靈敏度，調(diào)節(jié)R、R的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形。2） 分別觀測(cè)頻率為 25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0H

10、z ,不同頻率下的磁滯回線形狀（注意：由于鐵磁材料的磁化狀態(tài)與磁化歷史有關(guān)，磁滯回線又與其起始端點(diǎn)的磁化狀態(tài)有關(guān)。觀測(cè)每一頻率下的磁滯回線前，必須使幅度值降為零。否則，觀測(cè)無意義）。3）換樣品2重復(fù)上述過程結(jié)論：1、（樣品1）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系：o2、（樣品2）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系：O3、樣品1、樣品2磁滯回線形狀比較：（三）測(cè)量 樣品1、2的矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度壓、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 HS和磁滯回線（本實(shí)驗(yàn)裝置使用交變電流，所以每個(gè)狀態(tài)都是經(jīng)過充分的“磁鍛煉”，隨時(shí)可以獲得磁滯回線。只要調(diào)節(jié)示波器上 X、Y軸的靈敏度,調(diào)節(jié)R、R的大小，使示波器顯示出典型美觀 的磁滯回線圖形，即可測(cè)

11、量矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度B、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 HSo ）請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出樣品1的磁滯回線并測(cè)量矯頑力 f、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B和飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度HS1、樣品1測(cè)量數(shù)值記錄表（信號(hào)源頻率取100Hz;Ri=R2=Sx=Sy=）426表 1 (參數(shù):L=0.130m , S=1.24 X 10-m, N=100T, Nk=100T C=1.0 X 10- F)計(jì)算 HS =; Bs =; H=序號(hào)1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00H/ (A/m)Y1/格Y2/格Bi/miB2/mT2、樣品1磁滯回線圖形3、樣品2測(cè)量數(shù)值記錄表表2 （ 參數(shù)如上；信號(hào)源頻率取 100Hz ; R !=R2=Sx=Sy=）計(jì)算 HS =； Bs =； HC=序號(hào)1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-400-5.00H/ (A/m)Y1/格Y2/格B/mTB/mT4、樣品2磁滯回線圖形（四）測(cè)量樣品的基本磁化曲線（選擇樣品1）先將樣品退磁，然后從零開始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點(diǎn)的B和H值,（注意基本磁化曲線與磁化曲線的不同）表3樣品1的基本磁化曲線數(shù)據(jù)序號(hào)12345678910X/格00.51.01.52.02.53.03.54.05.0