磁场分布及磁敏元件的特性研究

1、四、实验内容与测量1实验目标：研究u形磁铁一侧截面不同位置的磁场分布情况a实验条件：分别将磁极头放于u形磁铁一端的屮间以及对称的两端，控制励磁 电流恒定，改变空气隙的距离，分别测出输出电压的值，测量结果见表11。本次实验中， = 55.5mm,z() = 1.630a d.是空气隙的距离为零时对应的刻度，/() 是恒定的励磁电流。d! mm21.025.029.033.037.041.045.049.053.0/v-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039u h'/v0. 4880. 5010. 520

2、0. 5510. 5880. 6960. 8951.3252. 335u左/v0. 5640. 5760. 5940. 6240. 6740. 7620. 9431.3612. 334u右/v0. 5430. 5530. 5720. 6000. 6480. 7370.9171.3622. 334ad ! mm34.530.526.522.518.514.510.56.52.55 /v0.5270.540.5590.590.6270.7350.93413642.374at/r./v0.6030.6150.6330.6630.7130.8010.9821.42.373a./v0.5820.5920

3、.6110.6390.6870.7760.9561.4012.373表1. 1 u形磁铁一侧沿着截而不同位置的磁场分布数据记录表卜面是以表1. 1小的最后四行数据为参考画出的磁场分布曲线图，见图1. k图形磁铁一侧截面不同位置的磁场分布2.5 -r-=间边边 中左右 <二壬三隼0102030空气礙的距j/rnm40b实验结果分析与讨论结果分析及结论：从图11看出，对于同一个截面的不同位置來说，磁场强度差 别不大，基本在横截而积较小时是均匀的。而三条曲线均是随着空气隙距离的增 大，输出电压减小，即：随着距离的变大，磁极处的磁场强度逐渐减弱，且减弱 的速度越來越慢，极限结杲是稳定趋于零。这也

4、预示着在卜面的测量中，磁极头 在某一截而前而放的位置按大体处于屮间就可以，对于测量结果的影响不大。2研究u形磁铁中线圈串联与单独作用时磁场分布的区别2.1实验目标：ul、u2串联时以及ul、u2单独作用时的磁场分布情况对比a实验条件：把磁极头放于含冇ul、u2线圈一侧的截而屮间位置，保持励磁电 流恒定，分别记录ul、u2单独作用及ul、u2正向、反向串联接入电路时的输出 电压值，记录数据见表2.1。本次实验屮，d（）=55.5加“/（）= 1.630d! mm21.025.029.033.037.041.045.049.053.0久/v-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-

5、0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039ul/v0. 4950. 5060. 5240. 5520. 6020. 6880. 8691.2752. 334u2/v0. 4550. 4660. 4840. 5130. 5610. 6450.8181. 1962. 3340. 9781.0011.0351.0931. 1871.3681.7022. 3342. 334（e 串/l/v0. 0020. 0020. 0030. 0030. 0060. 0090.0180. 0390. 096ad / mm34.530.526.522.518.514.510.56.52.5a

6、/v0.5340.5450.5630.5910.6410.7270.9081.3142.373u2iv0.4940.5050.5230.5520.60.6840.8571.2352.373（5、/）+/v1.0171.041.0741.1321.2261.4071.7412.3732.373（5、t/2）/v0.0410.0410.0420.0420.0450.0480.0570.0780.135表2.1 ul、u2单独作用与ul、u2正反串联作用产生的磁场情况数据记录表卜而是以表2. 1小的最后5行数据为参考做出的磁场分布曲线图，见下图2. k空气隙的距离/mm52.2 5 15 1 o&g

7、t;二庁二二二一a、ob实验结果分析与讨论结果分析及结论：观察ul、u2单独作用的磁场曲线分布，总体趋势相同，都是 随着空气隙距离的增大，输岀电压减小；hijul整体的磁场强度测得的值均比u2 的值大，究其原因是u2线圈在u1线圈的后面，距离磁极头相对要远一段距离， 那么磁场就会弱一些。再比较ul、u2单独作用与ul、u2正串、反吊作用的曲线, 正串以后的磁场强度增强，但不是简单地加和，与ul、u2到磁极头的距离有关, 但总体趋势仍然和单独作用是一样的；反串以后，磁场强度减弱，且随空气隙的 距离变化较小。总z,处于同一个截面上的线圈符合叠加原理，止向叠加会使磁 场增强，反向叠加使磁场减弱。2.

8、2实验目标：ul、u3串联时与ul、u3单独作用时的磁场分布情况对比a实验条件：把磁极头放于u1侧的横截面中间位置,测出u1、u3串联（正向、 反向）时以及u3单独作用时的输出电压值，参考表2. 1屮的u1单独作用的情况, 实验数据记录在表2.2屮。木次实验中，j（） = 55.5mm, z（）= 1.630a匕/v-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0.039-0. 039u3/v0. 5010.5130. 5330. 5660. 6230. 7270. 9501.4722. 334（s 串 s）+/v0. 6400. 6590

9、. 6880. 7370.8170. 9561.2361.8612.333（e 串 s）./v0. 3450. 3480. 3530. 3640. 3820.4160. 4850. 6391.002ad / mm34.530.526.522.518.514.510.56.52.50.5340.5450.5630.5910.6410.7270.9081.3142.373g/u0.540.5520.5720.6050.6620.7660.9891.5112.373（“、匕）+/v0.6790.6980.7270.7760.8560.9951.2751.92.372（5、s）一/v0.3840.38

10、70.3920.4030.4210.4550.5240.6781.041表2.2 ul、u3单独作用与ul、u3正反向串联作用产生的磁场数据记录表卜面是以表2. 2小最后5行数据为参考做出的磁场分布图，见图2. 2o00102030空气隙的距离/mm u1 u3 ul、u3正串xu1. u3反串2.502.2 ul、u3单独作用与ul、u3正反串作用的磁场分布对比图40b实验结果分析与讨论实验结果分析与结论：图屮随着空气隙距离的增大，ul、u3产生的磁场逐渐减 小，情况与前面吻合；ul、u3正串以后，产生的磁场增强，总体趋势与前而也 是类似。而对于ul、u3反吊的情况，由于u形铁芯两头线圈通入

11、相反电流后， 削弱感应电动势，使得磁场减弱。从本次实验也可以看岀，磁极头放的位置对磁 场强度的测量影响不大，而且两个截而上的线圈在某一截而上产生的磁场强度差 别不大。3研究e形磁铁中不同串并联形式产生的磁场分布的区别3.1实验目标：磁极头在中间截面的中间位置时，el、e4单独作用及e1和e4、 e2和e3分别串联作用时产生的磁场分布情况对比a实验条件：保持励磁电流不变，磁极头放在e形磁铁屮间截而的屮间位置，分别测出el、e4单独作用时对应的输出电压值，再测出el、e4串联（正向和反向） 以及e2、e3吊联时产生的输出电压值，然后把数据记录在表3.1中。本次实验屮，d（） = 11.4mm, i

12、（）= 0.854a.d / mm3026221814e小-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039ejv-0. 131-0. 150-0. 190-0. 293-0. 651ejv-0. 132-0. 149-0. 187-0. 282-0.613（时迟）/-0. 221-0. 258-0. 337-0. 472-1. 197（血串 e4）/v-0. 041-0. 045-0. 051-0. 060-0. 102耳串耳/v-0. 504-0. 561-0. 681-0. 982-1.896ad / mm18.614.610.66.62.6 0.092 0.111

13、0.151 0.254 0.612ejv 0.093-0.11-0.148-0.243-0.574（e、如）+" 0.182 0.219 0.298 0.433 1.158（环 e4）/v 0.002-0.006 0.012 0.021 0.063©、e3）/v 0.465 0.522 0.642 0.943-1.857表3.1 el、e4单独作用与串联以及e2、e3出联时的磁场分布数据记录表根据表3. 1中后六行数据，可以做出当磁极头至于中间截面的中间位置时，不同组合的线圈对应的磁场分布情况对比图，见下图3.1。图3.1e1、e4单独作用及el、e4串联或者e2、e3串联

14、产生的磁场分布曲线x!5 el e4ae1> f4正串xe1> e4反串xe2、e3 串空气隙距离/mmb实验结果分析与讨论实验结果分析与结论：图屮e1、e4单独作用的曲线几乎重合，由于e1、e4线圈 所在的位置距离磁极头是对称的，产生的磁场是相同的；而el、e4正串后磁场 增强，反串后磁场减弱，与e2、e3串联后相比，rtl于磁极头置于e2、e3线圈所 在的截面，而el、e4是分置于对称的另两个截面，e2、e3正向叠加对其产生的 磁场当然会比el、e4正向叠加产生的磁场强很多。与u形磁铁相比，测量e形 磁铁的磁场分布中的el、e4正反向叠加，可以等效看成u形磁铁两端线圈对中 间区

15、域产生的磁场分布：u形磁铁两个铁芯截面附近的磁场较大，而屮间部分的 磁场相对较小。3.2实验目标：磁极头置于线圈e4所在截面的中间位置时，el、e2、e3、e4串 联与el、e2、e3串联时产生的不同磁场分布情况对比实验条件：保持励磁屯流不变，磁极头放在e4线圈所在截面的中间位置，分别 测定对应不同空气隙间距，在el、e2、e3、e4串联以及el、e2、e3串联吋的输 出电压,数据记录在表3.2中。本次实验中，=11.4mm,70 =0.8544.d / mm30.026.022.01&0eq/v-0. 039-0. 039-0. 039-0. 039爲 e2e3e4 串/v-0. 6

16、66-0. 756-0. 948-1.423e.e2e3 串/v0. 0220. 0280. 0540. 139ad / mm1&614.610.66.6(e爲毋坊)串/v 0.627-0.717 0.909 1.384(耳耳马)串/|0.0610.0670.0930.178表3.2磁极头在e形磁铁两端的某个截而屮间位置el、e2、e3、e4串联以及el、e2、e3串联时对应输出电压的数据记录表根据上表中最后3行的数据作出磁场分布曲线，如图3. 2o空气隙的距离/mm>>33三sb实验结果分析与讨论实验结果分析与结论：el、e2、e3、e4串联以及el、e2、e3吊联在e4

17、线圈所 在铁芯的截而上产生的磁场均随着距离的增大而减小，i佃比较而言，el、e2、e3 在e4线圈所在铁芯的截而上产生的磁场要相对弱一些。4研究c形磁铁截面积与边界条件对磁场分布的影响实验目标：相对的面是同样的截面积或者是不同截面相对时，在不同高度产生 的磁场情况a实验条件：恒定的励磁电流z() =1.102a, /() =-0.0147,用截面1#1,2#2, 3#3, 4#4, 1#4,2#3对应不同高度，分别测定对应的输出电压值，数据记录在表4.1屮。3531272319151171#1-0. 098-0. 097-0. 099-0. 099-0. 099-0. 102-0. 102-0

18、. 1022#2-0. 103-0. 103-0. 089-0. 089-0. 091-0. 092-0. 092-0. 0923#3-0. 113-0. 114-0. 115-0. 116-0. 116-0. 117-0. 117-0. 1174#4-0. 114-0. 114-0. 114-0. 115-0. 115-0. 114-0. 115-0. 1161#4-0. 082-0. 087-0. 087-0. 085-0. 084-0. 084-0. 083-0. 0832#3-0. 082-0. 083-0. 084-0. 083-0. 082-0. 082-0. 082-0. 082

19、表4. 1 1#1, 2#2, 3#3, 4#4对应不同高度的输出电压测量数据记录表 对数据进行处理，得到实际电压值与高度的数据表，见表4.2。353127231915117i#i-0.084 0.083 0.085 0.085-0.085 0.088 0.088-0.0882#2-0.089-0.089-0.075-0.075-0.077-0.078-0.078-0.0783#3-0.0990.1 0.101-0.102 0.102 0.103 0.103-0.1034#4-0.1-0.1-0.1-0.101-0.101-0.1-0.101-0.1021#4-0.068 0.073-0.07

20、3 0.071-0.070.07 0.069-0.0692#3-0.068-0.069-0.07-0.069-0.068-0.068-0.068-0.068表4. 2 1#1, 2#2, 3#3, 4#4对应不同高度的输岀电压实际值数据记录表 根据表4. 2作图在同一个坐标系内，得到图4.2。高度/mm 1#1 2#2a3#3x4#4xl#4 2#3b实验结果分析与讨论实验结果分析与结论：1比较相对截面相同吋不同磁场的分布情况：对于截面积最大的1#1,感应片一直处于相对面的内部，测得的曲线接近于直线，说明1#1 产生的磁场接近于匀强磁场；3#3也呈现出与1#1接近的曲线，由于感应片貝有 一定的

21、宽度，探测区域有限，所以尽管冇一部分探测片在截而积以外，测得的磁 场强度仍然接近匀强磁场；2#2在h=31mm处值迅速减小，z后保持不变，主要 反映了在边界部分的磁场减弱的情况；4#4产生的磁场也是接近于匀强磁场。再 进行纵向比较，1#1与2#2相比，截而积大的对应产生的磁场整体较强，而对于 截而积较小的3#3与4#4与1#1比较来说，磁场强度反而比1#1的大。观察数据 的可靠性，2#2的突变很大，可能貝有偶然性，导致所测输出电压比1#1的小。本实验无法得出截而积越小，对应的磁场越强的结论，应该再重复测量几次，以 减少偶然谋差的影响。2比较相对截而不同时磁场分布情况：1,4的截而积相差 较大，

22、2, 3的截面积比较接近，测得的磁场分布曲线很接近，而与相同截面相对时相比，磁场强度均是减小了。5研究一对通电圆线圈周围的磁场分布特点-0丄5.1研究目标：保持两线圈之间的距离一定时，探头位置固定，测定空间同一点 在不同线圈组合作用下的磁场分布情况。a研究条件：定义前后两个线圈分别为a、b,其屮a固定，b是可以活动的。木 实验屮，固定b的位置为50mni,探头在屮间1位置，水平距离为113mm, 7。=0,线圈组合分别为:al、bl, al、b2, al、bk b2正串,al、bl、b2反串，测定 输出电压值，数据记录在表5.1中。线圈组合方式u/va1b1正串0. 102a1b2正串-1.4

23、18a1b1b2正串-1.399a1b1b2反串0. 069表5. 1不同线圈组合方式在空间同一点产生的磁场情况数据记录表b分析与结论：由上述数据直观看出，al、b1串使磁场减弱，al、b2串使磁场 增强，al、b2,再串上b1后磁场又会削弱部分；al、bl、b2反串得到的磁场强 度最弱。因此在实际应用中，可以通过改变线圈吊接的不同组合方式来获得所需 的磁场强度。5.2研究目标：保持探头位置固定，线圈组合方式一定，改变相对两线圈之间 的距离时的磁场分布情况。a研究条件:探头在1位置，水平距离为113mm,线圈为a1b1串接时,对应不同 a、b距离，测定输出电压值，数据记录在表5.2屮。a, b的距离/mm输出电压值/v50-1.41860-1.41270-1.40480-1.39590-1.387100-1.380110-1.374120-1.370130-1.368110-1. 371表5.2 a. b间距离变化时，a1b1串接产生的输出电压记录表根据上述表格中的数据，做出曲线，见图5.2。图52输出电压值随ab线