铁磁材料的磁滞回线与基本磁化曲线的测量.doc

大学物理实验报告实验名称 姓名 学号 实验类型 （验证性、综合性）指导教师 上课时间 年 月 日实验名称： 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线的测量实验时间：小组成员：实验地点：实验目的：1、了解用示波器法显示磁滞回线的基本原理。2、认识铁磁性材料的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质动态磁化特性。3、学会用示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线，并确定矫顽力、剩余磁感应强度、饱和磁感应强度等磁化参数。4、测定样品的基本磁化曲线，描绘-H曲线。仪器、设备和材料： 三线摆实验仪、气泡水平仪、游标卡尺、米尺、电子秒表、天平、圆环实验原理：1、铁磁材料的磁滞现象铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物均属于铁磁物质，其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，另一特征是磁滞，也就是在外磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图4-26-1为铁磁物质磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。图中原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=0，当磁场从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升（曲线Oa），之后B随H迅速增长（曲线ab），其后B的增长又趋缓慢，当H增至Hm时，B达到饱和值，Oabs称为起始磁化曲线。当磁场从Hm逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到O点，而是沿另一条新曲线SR下降，比较线段OS和SR发现，B随着H的减小而减小，但B的变化滞后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。把H=0时B的数值叫剩磁，用符号Br表示。当磁场反向从O逐渐变至-HC时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，HC称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁的能力，线段RD称为退磁曲线。图4-26-1 铁磁材料的起始 图4-26-2 同一铁磁材料 磁化曲线和磁滞回线 的一簇磁滞回线 从图4-26-1中看出，当磁场按次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线变化，这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁芯），将沿磁滞回线反复被磁化去磁反向磁化反向去磁。初始状态为H=B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，便可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图4-26-2所示。这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线。根据基本磁化曲线可以近似确定铁磁材料的磁导率。从基本磁化曲线上一点到原点O连线的斜率为该磁化状态下的磁导率。由于磁化曲线是非线性的，当由O开始增加时，也逐步增加，然后达到一个最大值。当再增加时，由于磁感应强度达到饱和，开始急剧减小。随的变化曲线如图4-26-3所示。铁磁材料的相对磁导率非常高，一般在之间，有的高达。当铁磁材料沿着磁滞回线经历磁化去磁反向磁化反向去磁的循环过程中，由于磁滞效应，要消耗额外的能量，并且以热量的形式耗散掉。这部分因磁滞效应而消耗的能量，叫做磁滞损耗。一个循环过程中单位体积磁性材料的磁滞损耗正比于磁滞回线所围的面积。在交流电路中磁滞损耗是十分有害的，必须尽量减小。要减小磁滞损耗就应选择磁滞回线狭长、包围面积小的铁磁材料。工程上把磁滞回线细而窄、矫顽力很小的铁磁材料称为软磁材料；把磁滞回线宽、矫顽力大的铁磁材料称为硬磁材料，软磁材料适合做继电器、变压器、镇流器、电动机和发电机的铁芯，硬磁材料则适合于制造许多电器设备（如电表、扬声器、电话机、录音机）中的永磁体。如图4-26-4所示为不同材料的磁滞回线。图4-26-3 铁磁材料与外场H的关系 图4-26-4 不同材料的磁滞回线实验内容1、手动测量连接电路选样品1按实验仪上所给的电路图接线路，选择，“U选择”档置于0位。和分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔为公共端。样品退磁开启实验仪电源，对样品进行退磁，即顺时针转动“U选择”旋钮，令U从0逐渐增至3V，再从3V渐渐减少到0。注意速度不要太快，目的是消除剩磁，确保实验前样品处于中性状态，即B=H=0，如图4-26-7所示。图4-26-7退磁示意图观察磁滞回线开启示波器电源，调节光点使其位于显示屏网格中心，令X通道置于AC输入方式，Y通道置于DC输入方式。转动“U选择”旋钮，令U=2.1V，再调节示波器X增益和Y增益，使显示屏上出现图形大小合适的磁滞回线。观察并绘制测绘基本磁化曲线调节=0.5，“U选择”从0开始，顺时针逐步增加电压（必须单调增加，中途不要减小电压），使磁滞回线由小变大。每条曲线顶点的轨迹即为基本磁化曲线。 依次测定 =0.5，0.9，3.5V时顶点的电压，数据填入表4-26-1中 。绘制磁滞回线令= 3.0V，=1.5从示波器上读取，数据填入表4-26-2中。计算相应的，在坐标纸上描绘曲线。再由磁滞回线测定样品的，和等参数。 描绘曲线依次测定 =0.5，0.9，3.5V时的十组值，计算相应的和值，填入自制的表格。描绘曲线。改变观察不同的磁化曲线。观察比较样品1、2的磁化性能。将实验仪与DH4516A磁滞回线测试仪连接，测定不同电压下的Hm、Bm，做出样品的基本磁化曲线，和中做出的基本磁化曲线相比较。同时可将测试仪采集的磁滞回线数据通过通讯口送给计算机，在计算机上显示磁滞回线，每次显示一条曲线，用磁滞回线操作软件观察和记录测量数据。2、 DH4516A智能型磁滞回线测试仪测量磁滞回线测试仪与实验仪配合使用，通过定量测定铁磁材料在磁化过程中的H和B值，计算其剩磁、矫顽力、磁滞损耗等参数，并能在计算机上显示磁滞回线图、剩磁、矫顽力、磁滞损耗。测试仪面板布置图如图4-26-8所示。先用示波器观测磁滞回线图，正常后,将实验仪与测试仪连接，然后分别打开测试仪、实验仪电源，测试仪液晶显示器显示“欢迎使用磁滞回线测试仪”。测试仪操作显示和修改所测样品的N与L值开机或复位后，液晶显示器显示“欢迎使用磁滞回线测试仪”，按功能键，显示“N=00150匝”、“L=075.0毫米”，如要修改参数值，可以按数字键，例如；依次按“00100”，修改完后，按确认键，N即修改为00100匝。显示和修改所测样品的n与S值按功能键，显示“n=0150匝”、“S=120.0毫米2”，“毫米2”表示平方毫米，如要修改参数值，可以按数字键对参数值进行修改，并按 “确认”键确认。显示和修改电阻值。按功能键，显示“=0.5”，如要修改参数值，可以按数字键，修改完后，按确认键，认可修改参数。显示和修改电阻值按功能键，显示“=10.0K”，如要修改参数值，可以按数字键对参数值进行修改，并按 “确认”键确认。显示和修改电容值。按功能键，显示“=20.0”，修改参数值得方法与前边雷同。数据采集和显示。按功能键，等待片刻后将显示“采集完成”，说明数据已采集完成。按一次确认键显示一组H-B数据；按功能键可依次显示下列数值：每周期采样的总点数和测试信号的频率；磁滞回线的矫顽力和剩磁；磁滞回线的磁场强度和磁感强度。样品的磁滞损耗和H-B的相位差。与PC机连接通讯（仅DH4516A微机型）。按功能键，液晶显示器显示：RS232通讯；按确认键，液晶显示器显示：RS232通讯；测试仪等待计算机发命令，计算机发“启动”命令后，测试仪开始采集磁滞回线数据，并将采集的数据通过通讯口送给计算机，在计算机上显示磁滞回线，每次显示一条曲线。数据记录与数据处理1、实验仪的基本参数N1= 匝 N2= 匝， L= mm ， S= mm2R2= ， C2= R1= 2、-基本磁化曲线表4-26-1 -基本磁化曲线的描绘数据表U(V)0-6V0.00.50.91.21.51.82.12.42.73.03.5相关常数及表中数值代入公式（4-26-3）、（4-26-6）