51霍耳传感器测量铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线.doc

霍耳传感器测量铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线一、实验目的：1、测量模具钢的磁化曲线和磁滞回线。2、掌握磁性材料退磁的方法。3、学习安培回路定律在磁测量中的应用。二、实验原理1、铁磁物质的磁滞现象铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的特性。一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁化规律的。如图1所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，在B-H图中则相当于坐标原点O。随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。当H增加到一定值时，B不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中A点）。如果再使H逐步退到零，则与此同时B也逐渐减小。然而其轨迹并不沿原曲线Ao，而是沿另一曲线AR下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-H。这时曲线达到A点(即反向饱和点)，然后，先使磁化场退回到H=0；再使正向磁化场逐渐增大，直到饱和值H。为止。如此就得到一条与ARA对称的曲线ARA，而自A点出发又回到A点的轨迹为一闭合曲线，称为铁磁物质的磁滞回线，此属于饱和磁滞回线。其中，回线和H轴的交点HC和HC称为矫顽力，回线与B轴的交点Br和Br，称为剩余磁感应强度。2、 磁化曲线和磁滞回线的测量在待测的铁磁材料样品上绕上一组磁化线圈，环形样品的磁路中开一极窄均匀气隙，气隙应尽可能小，磁化线圈中，在对最大值磁化电流I。磁锻炼基础上，若对应每个磁化电流IK值，用数字式特斯拉计，测量气隙均匀磁场区中间部位的磁感应强度B，即能得到该磁性材料的磁滞回线如图1中的ARARA，组成的曲线为磁滞回线，oA曲线为材料的初始磁化曲线。1） 测量初始磁化曲线或基本磁化曲线都必须由原始H=0时B=0开始，因此测量前必须对待测量样品进行退磁，以消除剩磁。2）环形样品的磁化线圈中通过的电流为I，则磁化场的磁场强度H为 （1）N为磁化线圈的匝数，为样品平均磁路长度，H的单位为Am 为了从间隙中间部位测得样品的磁感应强度B值，根据一般经验，截面方形样品的长和宽的线度应大于或等于间隙宽度810倍，且铁芯的平均磁路长度远大于间隙长度，这样才能保证间隙中有一个较大区域的磁场是均匀的，测到的磁感应强度B的值，才能真正代表样品中磁场在中间部位的实际值。二、实验仪器实验仪器如图3所示，它由直流稳流源、交流电压源、数字式特斯拉计(以霍耳传感器为探测器，并有螺旋装置移动)待测环形磁性材料，上面绕有2000匝线圈，样品的截面为2OOcmX2OOcm，间隙为02cm。平均磁路长度23.8cm，还有双刀双掷开关三、实验内容 基本内容：测量摸具钢的初始磁化曲线和磁滞回线。1）数字式特斯拉计的探头远离样品间隙，旋动特斯拉计的调零旋钮调零。然后把探头放在间隙的中间，即把刻度对准零。2）测量样品的起始磁化曲线。测量前先对样品进行退磁处理。若使磁化电流不断反向，且幅值由最大值逐渐减小直至零，最终使样品的剩磁B为零。如电流值由0增至600mA再逐渐减小至550mA，然后双刀开关换为反向电流，稳定10秒后使电流减小到500mA，这样磁化电流不断反向（每次停留10秒时间），每次电流减小量为50mA，在小于100mA时，减小量为20mA。最后终将剩磁消除。使得电流为零时，特斯拉计读数为零。（大多数可以调到零，至少要使特斯拉计的读数在10mT以下）.然后使电流从0开始，间隔50mA，达到600mA，记录下对应的特斯拉计读数，得到起始磁化曲线。3）测量模具钢的磁滞回线。通过磁化线圈的电流从饱和电流Im（约600mA）开始逐步减小到0，然后双刀换向开关将电流换向，电流又从0增加到Im，重复上述过程，即(Hm，Bm)(-Hm，-Bm)，再从(-Hm，-Bm) (Hm,Bm)。其中每隔50mA测1组(Ii,Bi)值。由公式(6)求出Hi值。用作图纸作模具钢材料的起始磁化曲线和磁滞回线，记录模具钢的饱和磁感应强度Bm和矫顽力Hc。4)得到准确的矫顽力Hc和材料饱和时磁场强度Hm值。四、附录： 用霍耳传感器测量铁芯材料初始化磁化曲线和磁滞回线，铁芯中的缝隙对实验测 量的影响：若铁芯磁路中有一个小平行间隙，铁芯中平均磁路长度为，而铁芯线圈匝数为N，通过电流为I，那么由安培回路定律： (2)（2）式中，Hg为间隙中的磁场强度。一般来说，铁芯中的磁感应强度不同于缝隙中的磁感应强度。但是在极窄的情况下，即正方形铁芯截面的长和宽，且铁芯中平均磁路长度情况，此时 (3)(3)式中Sg是缝隙中磁路截面，S为铁芯中磁路截面，在上述条件下，SgS，所以，B=Bb，即霍耳传感器在间隙中间部位测出的磁感应强度Bg就是铁芯中间部位磁感应强度B。又在缝隙中， (4)(4)式中，为真空磁导率为相对磁导率，在间隙中，=1 所以，这样，铁芯中磁场强度H与铁芯中磁感应强度B及线圈安培匝数NI满足： （5） （6） （6）式中电流I单位A，磁感强度B单位T。在实际科研测量时，应使待测样品满足 条件，即线圈的安培匝数NI保持不变时，平均磁路总长度须足够大，间隙尽可能小，这样，。如果对不可忽略时，可利用(5)或（6）式对初始磁化曲线