磁性材料BH特性的測量

PAGEPAGE9/9磁性材料B-H特性的測量摘要：r m B關(guān)鍵詞：B-H磁滯回線 剩磁B 最大磁能積退磁曲線 矯頑力r m B一、引言性材料也包括具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值或可能應(yīng)用的反鐵磁材料或其他弱磁性材料。rBcr r BcMc磁性材料種類很多，磁特性參量不少。從技術(shù)應(yīng)用角度出發(fā)，常關(guān)注材料的B-H特性。從H磁滯回線上可以方便地得到這樣一些參量1）剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度B（簡稱剩磁，其M<B（2）最大磁能積B-H磁滯回線第二和第四象限部分稱B和磁場強(qiáng)度HBH矯頑力HB-HB=0處的磁場強(qiáng)度，其意義是對(duì)磁性材料反向磁B=0的反向磁場大小，通常H<H。根據(jù)磁性材料矯頑力的大小，可將磁性rBcr r BcMc磁性材料應(yīng)用十分廣泛，其特性測量方法有特殊性。學(xué)習(xí)B-H特性測量既有實(shí)用意義，又有方法學(xué)上的意義。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)法拉第定律，一個(gè)開路線圈內(nèi)的磁通發(fā)生變化時(shí)，其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓(t)d(t) （1）dt如果線圈很截面積S、匝數(shù)N均為定值，則(t)NSdB(t) （2）dt對(duì)感應(yīng)電壓積分有3(t)dtNSdB(t) （）3dt則有B(t)1NS

tt)dt 4）0對(duì)線圈兩端感應(yīng)電壓進(jìn)行積分，有許多辦法和儀器，用得比較普遍的是RC有源積分圖1有源積分器基本原理圖器?；镜腞-C有源積分器如圖圖1有源積分器基本原理圖考慮到運(yùn)算放大器有很大的輸入阻抗和輸入端可看成“虛地”的性質(zhì)，有如下關(guān)系： 1e(t)Ri(t) i(t)dti i C i

（5）e(t)10

i(t)dti若適當(dāng)選擇R、C的數(shù)值，滿足RC1，f為輸入信號(hào)頻率，則2fi(t)i

e(t)iR

（6）e(t)10 RC

e(t)dt （7）i若e(t)(t)d(t)NSdB(t)，則i dt dte(t)NSdB(t)NSB （8）0 RC RCBRCe

（9）NS0三、實(shí)驗(yàn)儀器圖2是根據(jù)法拉第感應(yīng)定律用有源積分器進(jìn)行B-H磁滯回線測量的儀器框圖。圖2B-H圖2B-H回線測量儀器框圖Φ（檢測線圈將感應(yīng)電壓e(td(t)Φdt號(hào)至X-Y記錄儀的Y輸入。外加磁場測量裝置測出與磁場對(duì)應(yīng)的信號(hào)送至X-Y記錄儀的X輸入。于是記錄到Φ-H曲線。再通過Φ與B的關(guān)系算出B-H曲線。反饋網(wǎng)絡(luò)是為了控制函數(shù)發(fā)生器的掃描速度在Φ變化劇烈區(qū)間，Φ變化緩慢些，以便記錄更精確。四、硬磁材料的B-H磁滯回線測量H H Bc S圖3硬磁材料B-H磁滯回線測量裝置樣品上緊密繞N將特斯拉計(jì)探頭緊靠樣品表面，測出樣品的磁化場H圖3硬磁材料B-H磁滯回線測量裝置B-H（第四4值和B值相乘后，可發(fā)現(xiàn)乘積中有一個(gè)最大值，稱為最大磁能積，即為Br和Hc作H軸與B軸的平行O’O-O’P所對(duì)應(yīng)的HB值，就是達(dá)到該種硬磁材料最BM處。圖4退磁曲線五、軟磁材料的圖4退磁曲線c 軟磁材料的H低，飽和磁化場H低，一般情況將樣品制成環(huán)狀，作如圖5c 磁化線圈N中通過適當(dāng)?shù)慕蛔冸娏魇蛊浯呕疦(td(t。i 2 dt圖5軟磁材料B-H回線測量裝置i磁化場圖5軟磁材料B-H回線測量裝置iHLiN11iNH1L1 （10）rL其中L為環(huán)的平均長度。又Vr

ir11

H，因此可將r1N 111

上的電壓信號(hào)送至X-Y記錄裝置的X輸入端，將積分器的輸出送X-Y記錄儀的Y輸入端，記錄到Φ-H回線。在如圖5所示的測量方法中，BN2

，其中S為樣品環(huán)的截面積。從而由Φ-H回線，很容易得到B-H磁滯回線。測量軟磁材料的直流特性，甚低頻特性時(shí)，X-Y記錄儀常用計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)等。測量軟磁材料的交流特性，特別是高頻特性，記錄裝置可用示波器。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測出環(huán)狀鐵氧體永磁材料，塊狀硬磁材料，環(huán)狀高頻磁芯和軟鐵環(huán)的Φ-H曲線。根據(jù)Φ-H曲線，畫出B-H曲線，按圖6所示的定義，算出剩磁B，矯頑力H，最大磁能積（HB）。圖6B-H磁滯回線待測量亦可在Φ圖6B-H磁滯回線

r Bc M七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理1、實(shí)心磁鐵測量數(shù)據(jù)與處理1所

測量一2.65測量二測量一2.65測量二2.68測量三/cm2.69平均值2.67由此可以計(jì)算得到實(shí)心磁鐵的面積S(d/2)25.6cm2。、實(shí)驗(yàn)室儀器給出的Φ-H7所示originB-H圖像

圖7實(shí)驗(yàn)室儀器給出的Φ-H圖像線圈匝數(shù)N=10匝，由磁通量公式NBS可以求得磁感應(yīng)強(qiáng)度B，從而作出B-H圖像如圖8所示。圖8用origin作出B-H圖像根據(jù)圖8可以得到剩磁B36.8T，矯頑力H161KA/m，在H86.7KA/m時(shí)，有最大r Bc磁能積(BH)M

1655.97KAT/m。2、環(huán)形磁鐵測量數(shù)據(jù)與處理、空心線圈與環(huán)形磁鐵直徑測量空心線圈內(nèi)徑測量如表2所示，環(huán)形磁鐵內(nèi)外徑測量如表3所示。表2空心線圈內(nèi)徑測量測量一/cm測量二/cm測量三/cm測量四/cm平均值d/cm03.403.403.453.453.43表3環(huán)形磁鐵內(nèi)外徑測量測量一/cm測量二/cm 測量三/cm測量四/cm平均值/cm內(nèi)徑1.821.82 1.851.80d1=1.82外徑3.193.20 3.183.15d2=3.18S0

(d0

/2)29.2cm2，S(d1

/2)2(d/2)25.3cm2。1、空心線圈測量對(duì)于空心線圈有nBSn(H)SnHSaH，其中a為線圈常數(shù)。實(shí)驗(yàn)室儀器所測圖像0 0如圖9所示。圖9空心線圈Φ-H圖像origin10所示。10origin所作Φ-H圖像由圖10可以得到Φ-H圖像斜率即線圈常數(shù)a0.32267mWbm/KA，因此可以得到線圈匝數(shù)na/S00

279(匝)。、樣品測量下環(huán)形磁鐵內(nèi)磁感性強(qiáng)度B與總磁通量Φ和磁場H的關(guān)系：

nB

S)

nH(S

S)

aHnHSnBS0 1 00 1

1 0 0 1

0 1 10 上式表示總磁通量Φ應(yīng)該為空隙磁通量Φ和磁鐵磁通量Φ之和，其中0 0由此可得

S為空隙面積。1BaHnHSaHH0 1nS nS 01 1由此根據(jù)Φ-H圖像可以算出B，從而得到B-H的關(guān)系圖。實(shí)驗(yàn)室儀器給出的Φ-H圖像如圖11所示，用origin作出的B-H的關(guān)系圖如圖12所示。圖11實(shí)驗(yàn)室儀器給出的Φ-H圖像圖12用origin作出的B-H的關(guān)系圖由圖12可以得到剩磁B271.5mT，矯頑力H176.6KA/m，在H101.0KA/m時(shí)，有最r Bc大磁能積(BH)M

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