实验16铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定

实验十六铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定本实验中用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测得的B—H曲线称为“动态磁滞回线”。测量磁性材料动态磁滞回线的方法较多，用示波器法测量动态磁滞回线的方法具有直观、方便、迅速以及能够在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测量的独特优点。【实验目的】1利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线.了解磁性材料的基本特性；.了解磁性材料的退磁以及磁锻炼的方法。【实验仪器】CZ-2磁滞回线装置，可隔离变压器，万用表，标准互感器，电键等【实验原理】、铁磁材料的磁滞性质H图16-1磁滞回线示意图、铁磁材料的磁滞性质H铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一个重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且决定于磁化的历史情况，如图16-1所示。当H增加到某一值hs时，B几乎不再增加，说明磁化已达饱和。材料磁化后，如使H减小，B将不沿原路返回，而是沿另一条曲线ACA下降。当H从-弋增加时，将沿ACA曲线到达A，形成一个闭合曲线称为磁滞回线”，其中

H二0时，B=Br,Br称为剩余磁感应强度”。要使磁感应强度为零，就必须一个反向磁场—He,Hc称为“矫顽力”。此曲线和原点中心对称，不同的I值即不同外磁场值所对应的回线大小也不同。在磁测量中，进行反复磁化过程的操作称为磁锻炼”，所得到的一系列振幅不同的磁滞回线端点轨迹的连线称为基本磁化曲线”，的一系列振幅不同的磁滞回线端点轨迹的连线称为基本磁化曲线”，如图16-1中曲线OA。各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料。由于铁磁材料的磁滞性质，磁性材料所处的某一状态必然和它的历史有关。为了使样品的磁特性能重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态（H=0,B=0）开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性。二、示波器测量磁滞回线的原理如图16-2,为测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路图。将样品制备成闭合的方形（或环行），然后均匀地绕以磁化线圈N1以及副线圈N2,（如果是环行样品绕制，则叫罗兰环）。图16-2测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路交流电压U加在磁化线圈上，R为取样电阻，其两端电压U.加到示波器的X轴输入端上。副线圈N2与电阻R2及电容C串联成一闭合回路，电容C两端的电压Uc力口到示波器的y轴输入端上。Ux（X轴输入电压）正比于铁磁样品内的磁场强度H设样品的平均周长为1,磁化电流为i（瞬时值），根据安培环路定理有：「Hdl=Ni而:所以HL=N1iUx"RiNi(16-1)由于R，L，Ni均为常数，因此，该式清楚表明示，任意t时刻示波器荧光屏上电子束水平偏转位移的大小(x=ux)与样品中的磁场强度H成正比。2.Uc(示波器Y轴输入电压)在一定条件下正比于样品中的磁感强度图16-2所示，设样品的横截面积为S，根据电磁感应定律，在匝数为N2的副线圈中，感应电动势为:^①“小.2--n2n2s'22dt2dt(16-2)此外，在副线圈中的电流为i2且电容C上的电量为q时，又有:(16-3)上式中，考虑到副线圈N2较少，因而自感电动势未加以考虑。同时，R2与C都做成足够大，使电容C上的电压降(Uc=9)比起电阻上的C电压降R2i2小到可以忽略不计。为此，上式可写成:二2二只2：2(16-4)结合(16-2)、(16-10)两式，不考虑(16-2)中的负号(在交流电中负号相当于相位差为一二)时，且考虑到i2二屯二dtUcCFC如，可得：dtdtdtdBNS=RLRC

2dt22=2ducdt(16-5)两边积分得uc和B间的瞬时关系:(16-6)由于N2,s,R2,c等皆为常数，所以，上式清楚地表明了输入到示波器Y轴上的电压Uy（即uc）正比于样品中的磁感强度B。由此可见，在磁化电流变化的一周内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，并在以后每个周期都重复此过程，这样，在示波器的荧光屏上将会看到一个稳定的磁滞回线图象。3.测量标定本实验不仅要求能用示波器显示出待测材料的动态磁滞回线，而且能使用示波器定量观察和分析磁滞回线。因此，在实验中还需要确定示波器荧光屏上x轴（即H轴）的每一小格实际格代表多少磁场强度，y轴（即b轴）的每一小格实际代表多少磁感应强度，这就是测量定标问题。对于显示在荧光屏上的磁滞回线如图16-1所示，首先记录下土Hs及土Bs点的位置，然后在保持示波器增益不变的条件下来进行标定。（1）x轴（即H轴）标定x轴标定操作的目的是标定H。具体而言就是确定示波器荧光屏上x轴（即H轴）的每一小格实际代表多少磁场强度。由（16-1）式可见，若设法测出光点沿x轴偏转的大小与电压ux的关系，就可确定H。具体标定H的线路如图16-3。/I图16-3x轴标定电路即将图16-2线路中样品的副边短接，保持R数值不变，并接入电流表。合上开关K，调节可隔离变压器，使显示在荧光屏上水平线段恰与土HS间的水平距离相等，

若这时电流表读数为h（电流表用交流档，指示的是正弦波的有效值l|m=2Ii，根据安培环路定律:LmNiHs—-21iNi--（单位：女匝/米）L式中I一单位是安培，L单位用米。如果荧光屏上水平方向点和-Hs间的距离为adiv，则水平轴上每div所代表的磁场强度为:2..2N（单位：安匝米-1若这时电流表读数为h（电流表用交流档，指示的是正弦波的有效值l|m=2Ii，根据安培环路定律:LmNiHs—-21iNi--（单位：女匝/米）L式中I一单位是安培，L单位用米。如果荧光屏上水平方向点和-Hs间的距离为adiv，则水平轴上每div所代表的磁场强度为:2..2N（单位：安匝米-1div'）。92La际代表多少磁感应强度。具体标定B的线路如下图16-4。町隔虞^隹圜」图i6-4y轴标定电路图设流经互感器原边的电流的瞬时值为L，则互感器副边中的互感电动势为di。dt

类似于（16-1）到（16-6）式，diqduCdBI0言丁2R2卡C药讥临上式两边积分得结合（16-6）式，有,2miioN2S~由于初级回路中电流表指示的为i0的有效值I°,所以对应于B的有效值B有为:MI0N2S对应磁感应强度最大值为：maxM由于初级回路中电流表指示的为i0的有效值I°,所以对应于B的有效值B有为:MI0N2S对应磁感应强度最大值为：maxMImaxn2s示波器荧光屏上显示的BS就是这个最大值，即:如果荧光屏上B金Sn2sBs和-Bs间的距离为■2MI0N2Sbdiv，则y轴每一div所代表的磁感应强度的大小为:BoBSb222MI0N2Sb（单位：特斯拉div'）。【实验步骤与要求】1、测定磁滞回线按图16-2连接电路。80V,零。然后逐渐减小电压至对样品进行交流退磁：先调节可隔离变压器至80V,零。然后逐渐减小电压至3.重新升压到80V，保持示波器增益不变，记下_Hs,_Bs,-He,-Br各点坐标值，用div表示。（磁滞回线居中）；填下表16-1，并在报告中画出示意图。表16-1参量+Hs-Hs+Hc-He+Bs—Bs+Br_B坐标X1X2X3X4*VsV4div注意：磁滞回线应尽量大些，以减小荧光屏读数相对误差。4.从80V开始，分为8次逐步减小输出电压（直到0V），使磁滞回线由大变小。分别读记每条磁滞回线顶点的坐标，描在坐标纸上，并将所描各点连成曲线，就得到基本磁化曲线。二、X轴（即H轴）标定1按图16-3连线，且记下以下技术参数：初级线圈2=1200匝；次级线圈N2=120匝；标准互感器M=0.1H；平均磁路L=0.246m;电容器C=10*F；样品截面积S=8.3210"2.在保持示波器X轴增益不变的条件下，调节电压，使荧光屏上的水平线段等于Hs到-Hs的长度，记下11值。读三次取平均。记下a，计算凡的值和H。的值，填表16-2。表16-2参量111112113「1(A)・.a(div)H。育"I数值注意：（1）电流表串入时不要对电源短路，烧坏电表。使用数字万用表要注意电流量程的切换！（2）定标时，应保持示波器增益不变。三、y轴（B轴）标定按图16-4连线。在保持示波器y轴增益不变的条件下，调节电压，使荧光屏上的垂直线段等于BS到-BS的长度，记下I。值。读三次，取平均值，读b。计算BS的值和B。的值，填表16-3。表16-3参量|01I02I03I°(A)Bs/"n2sb(div)BBsr数值四、根据表16-1、表16-2和表16-3的数据，计算剩磁Br和矫顽力Hc。BAyAy+Bo,HAxAA4H一22【预习思考题】1解释“磁滞”、“矫顽力”、“剩磁”三个名词。2试述铁磁材料的基本磁