用示波器測動態(tài)磁滯回線、磁場測量實驗報告(共10頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線(動態(tài)磁滯回線實驗)磁性材料在科研和工業(yè)中有著廣泛的應用，種類也相當繁多，因此各種材料的磁特性測量，是電磁學實驗中一個重要內容。磁特性測量分為直流磁特性測量和交流磁特性測量。本實驗用交流正弦電流對磁性材料進行磁化，測得的磁感應強度與磁場強度關系曲線稱為動態(tài)磁滯回線，或者稱為交流磁滯回線，它與直流磁滯回線是有區(qū)別的。可以證明：磁滯回線所包圍的面積等于使單位體積磁性材料反復磁化一周時所需的功，并且因功轉化為熱而表現為損耗。測量動態(tài)磁滯回線時，材料中不僅有磁滯損耗，還有渦流損耗，因此，同一材料的動態(tài)磁滯回線的面積要比靜態(tài)磁滯回線的面積稍大些。

2、本實驗重點學習用示波器顯示和測量磁性材料動態(tài)磁滯回線和基本磁化曲線的方法，了解軟磁材料和硬磁材料交流磁滯回線的區(qū)別。一實驗目的1. 了解磁性材料的磁滯回線和磁化曲線的概念，加深對鐵磁材料的重要物理量矯頑力、剩磁和磁導率的理解。2. 用示波器測量軟磁材料（軟磁鐵氧體）的磁滯回線和基本磁化曲線，求該材料的飽和磁感應強度、剩磁和矯頑力。3. 學習示波器的X軸和Y軸用于測量交流電壓時，各自分度值的校準。4. 用示波器顯示硬鐵磁材料（模具鋼）的交流磁滯回線，并與軟磁材料進行比較。 二. 實驗原理 （一）鐵磁物質的磁滯現象鐵磁性物質的磁化過程很復雜，這主要是由于它具有磁性的原因。一般都是通過測量磁化場的磁

3、場強度和磁感應強度之間關系來研究其磁化規(guī)律的。如左圖所示，當鐵磁物質中不存在磁化場時，和均為零，在圖中則相當于坐標原點。隨著磁化場的增加，也隨之增加，但兩者之間不是線性關系。當增加到一定值時，不再增加或增加的十分緩慢，這說明該物質的磁化已達到飽和狀態(tài)。和分別為飽和時的磁場強度和磁感應強度(對應于圖中點)。如果再使逐步退到零，則與此同時也逐漸減小。然而，其軌跡并不沿原曲線，而是沿另一曲線下降到，這說明c-H cH 當下降為零時，鐵磁物質中仍保留一定的磁性。將磁化場反向，再逐漸增加其強度，直到，這時曲線達到點(即反向飽和點)，然后，先使磁化場退回到；再使正向磁化場逐漸增大，直到飽和值為止。如此就得

4、到一條與對稱的曲線,而自點出發(fā)又回到點的軌跡為一閉合曲線,稱圖1磁滯回線和磁化曲線為鐵磁物質的磁滯回線，此屬于飽和磁滯回線。其中，回線和軸的交點和稱為矯頑力,回線與軸的交點和,稱為剩余磁感應強度。（二）利用示波器觀測鐵磁材料動態(tài)磁滯回線電路原理圖如圖2所示。將樣品制成閉合環(huán)狀，其上均勻地繞以磁化線圈及副線圈。交流電壓加在磁化線圈上，線路中串聯(lián)了一取樣電阻，將兩端的電壓加到示波器的X軸輸入端上。副線圈與電阻和電容串聯(lián)成一回路，將電容兩端的電壓加到示波器的Y軸輸入端，這樣的電路，在示波器上可以顯示和測量鐵磁材料的磁滯回線。XR1CR2Y1E2uc圖2用示波器測動態(tài)磁滯回線的電路圖1. 磁場強度的測

5、量設環(huán)狀樣品的平均周長為，磁化線圈的匝數為，磁化電流為交流正弦波電流,由安培回路定律,而,所以可得 (1)式中，為取樣電阻上的電壓。由公式（1）可知，在已知、的情況下，測得的值，即可用公式（1）計算磁場強度的值。2磁感應強度的測量設樣品的截面積為，根據電磁感應定律，在匝數為的副線圈中感生電動勢為 (2)(2)式中，為磁感應強度對時間的導數。若副線圈所接回路中的電流為，且電容上的電量為，則有 (3)在（3）式中，考慮到副線圈匝數不太多，因此自感電動勢可忽略不計。在選定線路參數時，將和都取較大值，使電容上電壓降,可忽略不計，于是（3）式可寫為 (4)把電流代入（4）式得 (5)把（5）式代入（2）

6、式得 在將此式兩邊對時間積分時，由于和都是交變的，積分常數項為零。于是，在不考慮負號（在這里僅僅指相位差）的情況下，磁感應強度 (6)式中，、和皆為常數，通過測量電容兩端電壓幅值代入公式（6），可以求得材料磁感應強度的值。當磁化電流變化一個周期，示波器的光點將描繪出一條完整的磁滯回線，以后每個周期都重復此過程，形成一個穩(wěn)定的磁滯回線。3軸（Y軸）和軸（X軸）的校準雖然示波器Y軸和X軸上有分度值可讀數，但該分度值只是一個參考值，存在一定誤差，且X軸和Y軸增益可微調會改變分度值。所以，用數字交流電壓表測量正弦信號電壓，并且將正弦波輸入X軸或Y軸進行分度值校準是必要的。 將被測樣品(鐵氧體)用電阻替

7、代，從R1上將正弦信號輸入X軸，用交流數字電壓表測量R1兩端電壓U有效，從而可以計算示波器該檔的分度值(單位V/cm),見圖3。須注意:1、數字電壓表測量交流正弦信號，測得得值為有效值。而示波器顯示的該正弦信號值為正弦波電壓峰-峰值。兩者關系是 （7）2、用于校準示波器X軸檔和Y軸檔分度值的波形必須為正弦波，不可用失真波形。用上述方法可以對示波器Y軸和X軸的分度值進行校準。三實驗儀器及裝置動態(tài)磁滯回線實驗儀由可調正弦信號發(fā)生器、交流數字電壓表、示波器、待測樣品（軟磁鐵氧體、硬磁Cr12模具鋼）、電阻、電容、導線等組成。其外型結構如圖4所示。HzFD-BH-2動態(tài)磁滯回線實驗儀mV電源交流電壓測

8、量功率信號輸出幅度調節(jié)上海復旦天欣科教儀器有限公司信號輸出頻率調節(jié)CH2(Y軸)上海復旦天欣科教儀器有限公司FD-BH-2 動態(tài)磁滯回線實驗儀模具鋼鐵氧體CH1(X軸)CR1R2R1CR2N1N2N1N2N1N2YX圖4動態(tài)磁滯回線實驗儀外觀四實驗內容必做實驗（一）觀察和測量軟磁鐵氧體的動態(tài)磁滯回線1按圖2要求接好電路圖。 2把示波器光點調至熒光屏中心。磁化電流從零開始，逐漸增大磁化電流，直至磁滯回線上的磁感應強度達到飽和 (即值達到足夠高時，曲線有變平坦的趨勢，這一狀態(tài)屬飽和)。磁化電流的頻率取50Hz左右。示波器的X軸和Y軸分度值調整至適當位置，使磁滯回線的和值盡可能充滿整個熒光屏，且圖形

9、為不失真的磁滯回線圖形。 3記錄磁滯回線的頂點和，剩磁和矯頑力三個讀數值（以長度為單位），在作圖紙上畫出軟磁鐵氧體的近似磁滯回線。 4對X軸和Y軸進行校準。計算軟磁鐵氧體的飽和磁感應強度和相應的磁場強度、剩磁和矯頑力。磁感應強度以為單位，磁場強度以為單位。 5. 測量軟磁鐵氧體的基本磁化曲線?，F將磁化電流慢慢從大至小，退磁至零。從零開始，由小到大測量不同磁滯回線頂點的讀數值和，用作圖紙作鐵氧體的基本磁化曲線(關系)及磁導率與磁感應強度關系曲線(曲線)，其中。 (二) 觀測硬磁Cr12模具鋼(鉻鋼)材料的動態(tài)磁滯回線1. 將樣品換成Cr12模具鋼硬磁材料，經退磁后，從零開始電流由小到大增加磁化電

10、流，直至磁滯回線達到磁感應強度飽和狀態(tài)。磁化電流頻率約為f=50Hz左右。調節(jié)X軸和Y軸分度值使磁滯回線為不失真圖形。(注意硬磁材料交流磁滯回線與軟磁材料有明顯區(qū)別，硬磁材料在磁場強度較小時，交流磁滯回線為橢圓形回線，而達到飽和時為近似矩形圖形，硬磁材料的直流磁滯回線和交流磁滯回線也有很大區(qū)別。(見參考資料7) 2. 對X軸和Y軸進行校準，并記錄相應的和,和值，在作圖紙上近似畫出硬磁材料在達到飽和狀態(tài)時的交流磁滯回線。五實驗數據例（僅供參考）鐵氧體基本磁化曲線與磁滯回線的測量測量鐵氧體的基本磁化曲線時，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的和值，直至達到飽和。注意由于基本

11、磁化曲線各段的斜率并不相同，一條曲線至少20余個實驗數據點，實驗結果如表1所示。（本示波器，估讀至小格，即）。 表1 軟磁鐵氧體基本磁化曲線的測量/H/(A/)/B/H/(A/)/B/0.204.10.1015.92.4049.81.903020.408.30.2539.82.6054.01.953100.6012.50.4571.62.8058.12.003180.8016.60.651033.0062.32.053261.0020.80.901433.2066.42.103341.2024.91.051673.4070.62.153421.4029.11.201913.6074.72.15

12、3421.6033.21.402233.8078.92.203501.8037.31.552474.0083.02.203502.0041.51.652634.2087.22.203502.2045.71.802874.4091.32.20350并且記錄得到矯頑力在示波器上顯示，剩磁在示波器上顯示，飽和磁感應強度在示波器上顯示。 根據記錄數據可以描畫出樣品的磁化曲線： 鐵氧體環(huán)狀樣品，外徑，內徑，高=，平均周長，磁環(huán)截面積。示波器X軸定標：正弦波峰峰值在示波器上讀為3.00cm，用交流數字電壓表測量R1兩端電壓得有效值為21.1mV,U峰-峰=2.U有效=221.1mV=42.2mV。所以X軸

13、靈敏度=19.89mV示波器Y軸定標：峰峰值為4.60cm，用交流數字電壓表測量電容兩端電壓U有效=16.2mV。U峰-峰=2.U有效=216.2mV。所以Y軸靈敏度=9.96mV。初級線圈和次級線圈匝數相等，即，電阻,，電容,所以磁場強度磁感應強度根據上面記錄數據得到：矯頑力 剩磁 飽和磁感應強度 六思考題1. 在公式(3)中，時可將忽略，?？紤]一下，由這項忽略引起的不確定度有多大？2. 在測量曲線過程，為何不能改變X軸和Y軸的分度值？3. 示波器顯示的正弦波電壓值與交流電壓表顯示的電壓值有何區(qū)別？兩者之間如何換算？4. 硬磁材料的交流磁滯回線與軟磁材料的交流磁滯回線有何區(qū)別？附錄： 軟磁材料和硬磁材料介紹磁滯回線所圍面積很小的材料稱為