BH特性測量PPT課件

1、提綱 一、序言 二、磁性物理基礎 三、BH特性測量原理 四、軟磁BH特性測量 五、硬磁BH特性測量 六、注意事項 七、思考題第1頁/共59頁序言磁性材料與我們的生產生活第2頁/共59頁指南針磁懸浮列車發(fā)電機、電動機變壓器第3頁/共59頁磁存儲磁性液體潤滑密封磁性液體選礦腫瘤診斷第4頁/共59頁磁性物理基礎第5頁/共59頁磁性的分類第6頁/共59頁抗磁性磁體中的原子原本沒有磁矩，當處在外磁場中時感生出與外磁場方向相反的磁矩，因此磁化率dM/HTN)T反鐵磁性的磁結構反鐵磁性磁化率與溫度的關系奈爾溫度第13頁/共59頁鐵磁性鐵磁性材料中的原子本身具有磁矩，并且在同一磁疇內磁矩之間平行取向，但磁疇之

2、間磁矩的取向具有隨機性，合磁矩為零，無宏觀磁性。當施加外場時，各磁疇的磁矩取向變得一致，呈現出宏觀磁性。磁化率非常大，在101106量級。磁化強度M與磁場強度H呈復雜的函數關系，反復磁化時出現磁滯現象。在溫度高于臨界溫度時鐵磁性轉變?yōu)轫槾判?。?4頁/共59頁具有鐵磁性的物質： 3d金屬鐵、鈷、鎳，部分4f金屬鐵磁性的磁結構TTc時的鐵磁性鐵磁性順磁性1/xfTcTpTTc順磁性順磁性T=C/(T-Tp)居里溫度第15頁/共59頁亞鐵磁性亞鐵磁性物質中的磁矩排列方式類似于反鐵磁物質，相鄰磁矩反向排列，不過磁矩的大小不一樣，因此合磁矩不為零，對外表現出來的磁性類似于鐵磁性，其磁化率比鐵磁體稍低，

3、在100103量級。第16頁/共59頁Tp01/xTTc順磁性順磁性T=C/(T-Tp)亞鐵磁性的磁結構亞鐵磁性磁化率與溫度的關系第17頁/共59頁鐵磁性和亞鐵磁性材料稱為強磁性材料，而另外三類磁性材料稱為弱磁性材料。根據矯頑力的大小可以將強磁性材料分為硬磁材料、半硬磁材料、軟磁材料。硬磁材料主要用于提供磁場，如各類永磁體；軟磁材料因為磁滯損耗較小，主要用于能量的轉化，如各種變壓器中的鐵芯。磁性材料分類第18頁/共59頁磁矩自發(fā)有序排列的基礎磁矩相互作用cos22babaexSASSSAE假設有兩相鄰磁矩Sa和Sb，則兩者之間的交換能為：其中A為交換積分：21222*)()()()(ddrer

4、erebbaaAbaABBAr：A、B兩電子的間距；ra，rb：電子到對應原子核的距離SaSb鐵磁、反鐵磁、亞鐵磁材料中磁矩的自發(fā)有序排列源于相鄰磁矩之間的交換作用。第19頁/共59頁系統(tǒng)處于基態(tài)要求Eex0，則磁矩平行排列為基態(tài)（鐵磁）；如A0時，要滿足必須鐵磁即02baSSA當A0時，要滿足必須即反鐵磁亞鐵磁第20頁/共59頁由于磁矩之間的交換作用，將會導致鐵磁性和亞鐵磁性物質中的磁矩出現完全有序的排列，從而自發(fā)的表現出宏觀磁性，但實際情況并非如此。現實的宏觀磁體是由許多小磁疇構成，同一磁疇內的磁矩基本有序排列，而不同磁疇之間是磁矩排列具有隨機性。磁疇的出現是磁體內多種能量相互競爭，體系能

5、量達到最小值的結果。其中包括磁場能、退磁場能、疇壁能、磁各向異性能、磁彈性能。為什么鐵不會自發(fā)磁化第21頁/共59頁退磁場和退磁場能Hd=-NM N退磁因子張量200021NMdMHFdMd磁體在其自身產生的退磁場中所具有的位能即為退磁場能。外場H表面磁極退磁場HdMHdH+-+Hd當有限尺寸的磁體處在外磁場中時將會在磁體表面產生表面磁極，表面磁極的存在會在磁體內部產生與外磁場方向相反的附加磁場，此即為退磁場。退磁場在磁體內起減弱有效磁場的作用。第22頁/共59頁磁疇的形成退磁場能：Fd退磁場能：Fd/5第23頁/共59頁起始磁化曲線 樣品從磁中性狀態(tài)開始，外加磁場從零一直加到磁化強度達到飽和

6、Ms的磁化過程。( 1 )( 1 )起始或可逆區(qū)域起始或可逆區(qū)域：( 5 )( 5 )順磁區(qū)域順磁區(qū)域- -技術飽和以上的區(qū)域。HMaHBa或a或 a稱為起始磁化率或起始磁導率。( 2 )( 2 )瑞利瑞利( Rayleigh )( Rayleigh )區(qū)域：區(qū)域：2bHHMab為瑞利系數。( 3 )( 3 )最大磁化率區(qū)域：最大磁化率區(qū)域：磁化強度M和磁感應強度B急劇地增加，磁化率和磁導率經過其最大值m 或m，在這個區(qū)域產生巴克豪生跳躍。HMxaopQ12345疇壁不可逆位移磁疇的轉動疇壁可逆位移( 4 )( 4 )趨近飽和區(qū)域：趨近飽和區(qū)域：磁化曲線緩慢地升高，最后趨近一水平線(技術飽和)

7、 。第24頁/共59頁飽和磁感應強度：BM起始磁導率i最大磁導率m增量磁導率d=B/H剩余磁感應強度：Br磁滯回線矩形比 RsBr/Bm磁能積 BH起始磁化曲線矯頑力：BHc磁滯回線退磁曲線第25頁/共59頁BH特性曲線測量原理第26頁/共59頁H定標i1R1U1第27頁/共59頁 N1為勵磁繞組匝數，R1為勵磁電流分流電阻，同時也是輸出U1的取樣電阻。設通過勵磁線圈的勵磁電流為i1，則根據安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強為 Hdl=I H= i1N1/L i1=U1/R1 L為樣品的平均磁路長度 H=(N/LR1)U1 所以，我們可以通過測量U1，計算出場強H。第28頁/共59頁B測量次級線圈N

8、內的磁通發(fā)生變化時，其兩端產生感應電動勢。如果線圈橫截面積、匝數均為定值，則。對感應電壓積分則。 dttNStBt0)(1)(磁感應強度B測量原理圖第29頁/共59頁積分器工作原理第30頁/共59頁即：考慮到運算放大器有很大的輸入阻抗，輸入端可看成“虛地”的性質，因此有如下關系 若dttiCtetRiteiii)(1)()()(0Rtetiii)()(dtteRCtei)(1)(00)0()(eNSRCBtB則第31頁/共59頁若令B（0）0，則B(t)=RCe0/NS?？梢娭灰獪y得積分器的輸出電壓e0即可得到相應的磁感應強度B。根據測得的H和B，對應的可以繪制出B-H特性曲線。第32頁/共5

9、9頁BH回線測量儀原理圖HB函數發(fā)生器輸出掃描電流波形，經功率放大器放大，流經初級線圈對樣品進行有規(guī)律的磁化。在磁場掃描過程中，磁通變化率檢測裝置和磁場檢測裝置測量對應的B和H值，輸入計算機繪出磁化曲線或磁滯回線。同時通過反饋網絡調節(jié)初級線圈中磁化電流的大小，使其在設定的范圍內掃描。第33頁/共59頁軟磁BH特性測量實驗目的 了解磁性材料的分類及各自的特性； 了解HT600 B-H軟磁材料測量系統(tǒng)的結構和測量原理； 掌握利用該系統(tǒng)研究軟磁材料磁化曲線、磁滯回線和-H關系曲線的實驗方法和技能。第34頁/共59頁儀器設備HT600 B-H軟磁材料測量系統(tǒng)計算機待測的軟磁樣品第35頁/共59頁HT6

10、00軟磁測量儀原理圖磁化裝置H定標B值測量放大電路輸出BH特性曲線第36頁/共59頁HT600軟磁測量儀主機前面板第37頁/共59頁1.電源開關2.磁通計部分3.功率輸出轉換開關4.樣品連接插座5.掃描波形控制開關6.準備-啟動轉換開關7.磁化電流及輸出電壓指示8.電流輸出切換板第38頁/共59頁HT600軟磁測量系統(tǒng)軟件主界面第39頁/共59頁樣品外形參數測量類型選擇磁化和檢測線圈匝數測量參數設置第40頁/共59頁實驗內容1.測量軟磁樣品的磁化曲線2.測量軟磁樣品的磁滯回線第41頁/共59頁實驗步驟1.按儀器說明書指示連接好測量主機的電源、主機與計算機之間的電纜；2.在待測樣品上纏繞上兩組適

11、量匝數的漆包線作為初級線圈和次級線圈，并接到相應端鈕上；3.打開主機電源開關，調節(jié)積分器漂移，使示數在較長的時間內保持不變，調節(jié)完畢后重置B為零。4.打開測量軟件，根據測量樣品的具體參數在測量參數對話框中輸入測量參數。5.測量磁化曲線和磁滯回線，并記錄測量條件。測量磁化曲線前首先需要對樣品進行交流退磁。6.分析實驗結果，撰寫實驗報告。第42頁/共59頁BmHm軟磁材料的磁滯回線BrHc第43頁/共59頁磁化曲線磁導率曲線UmBsHum軟磁材料的磁化曲線Bum第44頁/共59頁 功率輸出為40VA。如果輸入的電壓在+20V/2A之內，則開關打到準備1測量；如電流大于+2A，則開關打到準備2，但這

12、時不能超過其功率輸出40VA，即電壓不能超過8V。 出廠時反饋系數，增量，及電壓輸出已調節(jié)好，不能隨意改動。 當更換樣品時，需把功率放大器的功能開關放至STAND-BY（準備）狀態(tài)，以保護功放不會受大電流長期通入。 當測試樣品時，發(fā)現已經有一電流流過N1時，應先把功放功能放至STAND-BY（準備）狀態(tài)，重新測試，或打開DAQ文件，使D/A輸出為“0”。注意事項第45頁/共59頁硬磁BH特性測量實驗目的 了解磁性材料的分類及各自的特性； 了解HT610 B-H硬磁材料測量系統(tǒng)的結構和測量原理； 掌握利用該系統(tǒng)研究硬磁材料磁滯回線和退磁曲線的實驗方法和技能。第46頁/共59頁HT610 B-H硬

13、磁材料測量系統(tǒng)計算機待測的硬磁樣品（AlNiCo合金）儀器設備第47頁/共59頁 為了減小退磁場，被測樣品夾持在磁化電磁鐵的兩極之間，使樣品上下表面與磁極上下斷面緊密結合。在外磁場對樣品進行有規(guī)律的磁化過程中，電子積分器采集B值，數字特斯拉計（霍耳效應）采集對應H值，并將結果送往計算機繪制出B-H關系曲線。HT610硬磁測量儀原理圖第48頁/共59頁H測量單元B測量單元測量主機第49頁/共59頁HT610硬磁測量系統(tǒng)軟件主界面第50頁/共59頁測量參數設置第51頁/共59頁實驗內容1.測量硬磁材料的磁滯回線2.測量硬磁材料的退磁曲線第52頁/共59頁實驗步驟1.按儀器說明書指示連接好測量主機的電源、主機與計算機之間的通訊電纜；2.在待測樣品上繞上適量匝數的線圈作為感應線圈，將待測樣品夾持在磁化電磁鐵兩極之間，連接好感應線圈與主機之間的連線；放置好高斯計和數字特斯拉計；3.打開主機電源開關，調節(jié)積分器漂移，使示數在較長的時間內保持不變，調節(jié)完畢后重置B、H為零。4.打開測量軟件，根據測量樣品的具體參數在測量參數對話框中輸入測量參數。第53頁/共59頁5.測量磁滯回線和退磁曲線。6.分析實驗結果，撰寫實驗報告。第54頁/共59頁Hm磁滯回線BmMmHdBdbHcjHcBr(BH)max第55頁/共59頁(BH)mjHcbHcBdHdBr退磁