FD-BH-2动态磁滞回线使用说明

FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪说明书**上海复旦天欣科教仪器有限公司中国上海FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪一．概述磁性材料在通讯、计算机和信息存储、电力、电子仪器、交通工具等领域有着十分广泛的应用。磁化曲线和磁滞回线反映磁性材料在外磁场作用下的磁化特性，根据材料的不同磁特性，可以用于电动机、变压器、电感、电磁铁、永久磁铁、磁记忆元件等。动态磁滞回线是磁性材料的交流磁特性，其在工业中有重要应用，因为交流电动机、变压器的铁芯都是在交流状态下使用的。谢谢阅读本公司研制生产的FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪具有以下特点：谢谢阅读提供形状尺寸相同的软磁铁氧体和硬磁模具钢(Cr12)两种典型磁性材料进行磁特性测量，可明显比较它们的磁特性参数不相同。并可测量在磁场强度较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线磁参数(复数)，实验内容相当丰富；精品文档放心下载提供可变频率的正弦波交流电源，可观测频率对磁特性的影响;精品文档放心下载正弦信号源与220伏交流电源隔离(浮地)，实验安全可靠；谢谢阅读提供准确度较高的交流数字电压表和细调正弦信号源。校准示波器X轴和Y轴分度值(定标)相当方便、准确；感谢阅读样品初级线圈串联取样电阻R和次级线圈串联电阻R和电容C，均可单独引感谢阅读1 2**出接线。学生自己可用交流矢量合成法或等阻抗法精确测量R、R和C值。谢谢阅读1 2(外接一个电阻箱即可)本仪器是观测动态磁滞回线的优质仪器，可供高等院校、中等专业学校等感谢阅读基础物理实验，设计性综合性实验和演示实验使用。二．仪器用途FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪可以完成以下实验内容：谢谢阅读测量软磁铁氧体基本磁化曲线和磁滞回线，求材料饱和磁感应强度、矫顽磁力和剩磁值，磁导率与磁场强度关系。感谢阅读观察硬磁模具钢(铬合金钢)的磁滞回线。观察交流电频率对磁性材料磁特性参数的影响。学习用正弦信号和交流数字电压表对示波器X轴和Y轴分度值进行校准(定标)。感谢阅读学习用矢量合成法或等阻抗法测量电阻值和电容值。观察在磁场强度H较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线，测量椭圆磁滞回线的交流磁特性参数。精品文档放心下载三. 技术指标1.正弦波信号发生器：频率15Hz--115Hz,连续可调。输出信号交流0-7V，可连续细调。输出端与电源线中的地线隔离(浮地)。谢谢阅读交流数字电压表：量程200mV,分辨率0.1mV,浮地。精品文档放心下载待测磁性样品：软磁铁氧体1只(环状)，初级200匝，次级200匝;硬磁模感谢阅读具钢(Cr12合金钢)1只(环状),初级200匝，次级200匝；两个样品内径23.0mm，外径38.0mm，高10.0mm。精品文档放心下载**4.初级线圈串联电阻R2.0,次级线圈电路串联电阻R50.0K,电容124.7F。四. 仪器简介动态磁滞回线和磁化曲线实验仪由正弦信号发生器，交流数字电压表、感谢阅读实验电路模块,包括待测样品2只，取样电阻R和R、电容C等组成,其仪器装置精品文档放心下载1 2外形如图1所示。123 74接示波器CH2通道568接示波器CH1通道1、交流数字电压表 2、交流电压输入 3、正弦信号输出 4、功率信号输出谢谢阅读5、幅度调节 6、频率调节 7、频率计 8、待测样品谢谢阅读图1动态磁滞回线和磁化曲线实验仪五．使用注意事项正弦信号发生器的输出端的黑色接线柱和交流数字电压表输出端的黑色接线柱为公共端（仪器内用导线连在一起），实验时，须将公共端接在一起。感谢阅读示波器的X轴和Y轴显示正弦波信号的分度值为峰-峰值，而交流电压表测量的是正弦波的有效值。两者之间存在一定的关系，计算时必须注意。谢谢阅读**在校准X轴和Y轴灵敏度时，应将被测样品去掉，而代之以纯电阻R0。这谢谢阅读主要是被测样品是铁磁材料，它的磁导率是与电流有关的量，从而使磁化谢谢阅读电路中的电流产生非线性畸变。RO起限流作用，操作时，不应超过其允许功率。感谢阅读4．取2.0Ω上正弦波电压进行校准是由于示波器输入两端处于低阻抗，可减小环境杂散信号的影响。感谢阅读铁磁材料动态磁滞回线和磁化曲线的测量（复旦大学物理实验教学中心提供）磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料感谢阅读的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。磁特性测量分为直流磁特性测感谢阅读量和交流磁特性测量。本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感谢阅读感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它精品文档放心下载与直流磁滞回线是有区别的。可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体谢谢阅读积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。测量谢谢阅读动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的精品文档放心下载动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。本实验重点学习用示波精品文档放心下载器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和谢谢阅读硬磁材料交流磁滞回线的区别。一．实验目的了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。谢谢阅读用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度Bm、剩磁Br和矫顽力Hc。谢谢阅读**学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。感谢阅读用示波器显示硬铁磁材料（模具钢Cr12）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。谢谢阅读学习精确测量电阻和电容的实验方法，测量不同阻值电阻和未知电容。谢谢阅读学习用计算机测量磁性材料动态磁滞回线和磁化曲线的方法。(选配计算机精品文档放心下载接口后完成)二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。一般都感谢阅读是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间关系来研究其磁化规律的。精品文档放心下载c如左图所示，当铁磁物质中不存在c磁化场时，H和B均为零，在BH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，这说明该物质感谢阅读的磁化已达到饱和状态。H和B分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应感谢阅读m m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，其轨谢谢阅读迹并不沿原曲线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，直到感谢阅读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H0；精品文档放心下载m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对称的谢谢阅读m**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感谢阅读回线，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,回谢谢阅读线与B轴的交点B和B,称为剩余磁感应强度。谢谢阅读r r（二）利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线电路原理图如图2所示。将样品制成闭合环状，其上均匀地绕以磁化线圈N及副线圈N。交流电压u感谢阅读1 2线加在磁化线圈上，线路中串联了一取样电阻R，将R两端的电压u加到示波器的111X轴输入端上。副线圈N与电阻R和电容C串联成一回路，将电容C两端的电压精品文档放心下载2 2u加到示波器的Y轴输入端，这样的电路，在示波器上可以显示和测量铁磁材精品文档放心下载2料的磁滞回线。R2YXR1ECuc2ｕ1图2 用示波器测动态磁滞回线的电路图（图中正弦交流电源浮地）1.磁场强度H的测量设环状样品的平均周长为l，磁化线圈的匝数为N，磁化电流为交流正弦波感谢阅读1电流i,由安培回路定律HlNi,而uRi,所以可得111111HNu(1)11lR1**式中，u为取样电阻R上的电压。由公式（1）可知，在已知R、l、N的情精品文档放心下载1 1 1 1况下，测得u的值，即可用公式（1）计算磁场强度H的值。感谢阅读12．磁感应强度B的测量设样品的截面积为S，根据电磁感应定律，在匝数为N的副线圈中感生电动感谢阅读2E为2ENSdB(2)22dt(2)式中，dB为磁感应强度B对时间t的导数。谢谢阅读dt若副线圈所接回路中的电流为i，且电容C上的电量为Q，则有精品文档放心下载2ERiQ(3)222C在（3）式中，考虑到副线圈匝数不太多，因此自感电动势可忽略不计。在选定谢谢阅读线路参数时，将R和C都取较大值，使电容C上电压降uQRi2CC22于是（3）式可写为ERi222把电流dQduC代入（4）式得i2dtCdtE2R2CduC把（5）式代入（2）式得S

,可忽略不计，(4)(5)NSdBRCduC2dt2dt感谢阅读在将此式两边对时间积分时，由于B和u都是交变的，积分常数项为零。于是，谢谢阅读C在不考虑负号（在这里仅仅指相位差）的情况下，磁感应强度谢谢阅读BR2CuC(6)NS2式中，N、S、R和C皆为常数，通过测量电容两端电压幅值u代入公式（6），精品文档放心下载2 2 C**可以求得材料磁感应强度B的值。当磁化电流变化一个周期，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，谢谢阅读以后每个周期都重复此过程，形成一个稳定的磁滞回线。3．B轴（Y轴）和H轴（X轴）的校准虽然示波器Y轴和X轴上有分度值可读数，但该分度值只是一个参考值，存在一定误差，且X轴和Y轴增益可微调会改变分度值。所以，用数字交流电压表测量正弦信号电压，并且将正弦波输入X轴或Y轴进行分度值校准是必要的。谢谢阅读将被测样品(铁氧体)用电阻替代，从R1上将正弦信号输入X轴，用交流数字电压表测量R1两端电压U有效，从而可以计算示波器该档的分度值(单位V/cm),见图3。须注意:谢谢阅读1、数字电压表测量交流正弦信号，测得得值为有效值U 。而示波器显示的该感谢阅读有效正弦信号值为正弦波电压峰-峰值U 。两者关系是峰峰U ＝2 2U

（7）峰－峰

有效2、用于校准示波器X轴档和Y轴档分度值的波形必须为正弦波，不可用失真波形。精品文档放心下载用上述方法可以对示波器Y轴和X轴的分度值进行校准。谢谢阅读**RXY0R10Ω12.0ΩV图3 X轴校准电路三．实验仪器及装置动态磁滞回线实验仪由可调正弦信号发生器、交流数字电压表、示波器、待感谢阅读测样品（软磁铁氧体、硬磁Cr12模具钢）、电阻、电容、导线等组成。其外型谢谢阅读结构如图4所示。FD-BH-2动态磁滞回线实验仪mV Hz电源 交流电压测量 信号输出 功率信号输出 幅度调节频率调节感谢阅读上海复旦天欣科教仪器有限公司**FD-BH-2动态磁滞回线实验仪模具钢RYX2RNNC121NN12CH2(Y轴)R2铁氧体 CR1NN12CH1(X轴)上海复旦天欣科教仪器有限公司图4 动态磁滞回线实验仪外观四．实验内容必做实验（一）观察和测量软磁铁氧体的动态磁滞回线1．按图2要求接好电路图。2．把示波器光点调至荧光屏中心。磁化电流从零开始，逐渐增大磁化电流，精品文档放心下载直至磁滞回线上的磁感应强度B达到饱和(即H值达到足够高时，曲线有变平坦的趋势，这一状态属饱和)。磁化电流的频率f取50Hz左右。示波器的X轴和Y轴分度值调整至适当位置，使磁滞回线的B和H值尽可能充满整个荧光屏，感谢阅读m m且图形为不失真的磁滞回线图形。3．记录磁滞回线的顶点Bm和Hm，剩磁Br和矫顽力Hc三个读数值（以长度为单位），在作图纸上画出软磁铁氧体的近似磁滞回线。精品文档放心下载**4．对X轴和Y轴进行校准。计算软磁铁氧体的饱和磁感应强度B和相应的谢谢阅读m磁场强度H、剩磁B和矫顽力H。磁感应强度以T为单位，磁场强度以A/m为谢谢阅读m r c单位。5.测量软磁铁氧体的基本磁化曲线。现将磁化电流慢慢从大至小，退磁至零。精品文档放心下载从零开始，由小到大测量不同磁滞回线顶点的读数值B和H，用作图纸作铁氧感谢阅读i i体的基本磁化曲线(BH关系)及磁导率与磁感应强度关系曲线(H曲线)，其精品文档放心下载HB。观测硬磁Cr12模具钢(铬钢)材料的动态磁滞回线感谢阅读将样品换成Cr12模具钢硬磁材料，经退磁后，从零开始电流由小到大增加磁化电流，直至磁滞回线达到磁感应强度饱和状态。磁化电流频率约为f=50Hz左右。调节X轴和Y轴分度值使磁滞回线为不失真图形。(注意硬磁材料交流磁滞回线与软磁材料有明显区别，硬磁材料在磁场强度较小时，交流磁滞回线为椭圆形回线，而达到饱和时为近似矩形图形，硬磁材料的直流磁滞回线和交流磁滞回线也有很大区别。(见参考资料7)精品文档放心下载对X轴和Y轴进行校准，并记录相应的Bm和Hm,Br和Hc值，在作图纸上近似画出硬磁材料在达到饱和状态时的交流磁滞回线。谢谢阅读选做实验1.测量取样电阻R和电阻R、电容C的值。谢谢阅读12(a)电阻的测量2将电阻箱R和待测电阻R(或R(或R)2R)串联，并与正弦交流信号2111源相接，用交流电压表测量信RV号输出电压U和电阻箱两端公共点**电压U,那么，由RURUUR，得RUURR。同样，可测得R的值。RR2U12R约为50KΩ,R约2Ω，但测量时应考虑怎样使测量误差最小，测小电阻时，感谢阅读2 1电源又不短路。测量电路如图5所示。电容的测量容的值C约为4.7F。若交流电频率f50Hz,即其阻抗约为精品文档放心下载Z11110677.3，测量电容的接线图如图6所示。取CC2fC1004.76R677，测量电源电压U和电阻两端电压U，在已知频率f和R时可得电容C精品文档放心下载R的值。2U2U2U2CRC所以UU2U21CR由此可得UZI1URVCC2fCRRCU(8)R图6用交流电压表测电容请考虑一下是否有更好的方法将R、R、C测得更准确？精品文档放心下载2用交流电压表测量软磁铁氧体材料得基本磁化曲线(BH曲线)。精品文档放心下载测量硬磁模具钢材料椭圆交流磁滞回线的交流参量。见(参考文献7)感谢阅读五．实验数据例（仅供参考）铁氧体基本磁化曲线与磁滞回线的测量测量铁氧体的基本磁化曲线时，先将样品退磁，然后从零开始不断增大电流，精品文档放心下载记录各磁滞回线顶点的B和H值，直至达到饱和。注意由于基本磁化曲线感谢阅读各段的斜率并不相同，一条曲线至少20余个实验数据点，实验结果如表感谢阅读**所示。（本示波器1div1.00cm，估读至1/4小格，即0.05cm）。感谢阅读1软磁铁氧体基本磁化曲线的测量U/cmh/(A/m)U/cmb/mTU/cmh/(A/m)U/cmb/mTR1CR1C0.204.10.1015.92.4049.81.903020.408.30.2539.82.6054.01.953100.6012.50.4571.62.8058.12.003180.8016.60.651033.0062.32.053261.0020.80.901433.2066.42.103341.2024.91.051673.4070.62.153421.4029.11.201913.6074.72.153421.6033.21.402233.8078.92.203501.8037.31.552474.0083.02.203502.0041.51.652634.2087.22.203502.2045.71.802874.4091.32.20350并且记录得到矫顽力HC在示波器上显示0.55cm，剩磁Br在示波器上显示1.00cm，饱和磁感应强度在示波器上显示2.20cm。感谢阅读根据记录数据可以描画出样品的磁化曲线：**400350300) 250Tm 200(B 1501005000 20 40 60 80 100H(A/m)铁氧体环状样品，外径38.0mm，内径23.0mm，高=10.0mm，平均周12H长l()/295.8103m，磁环截面积S()l/275106m2。1212H示波器X轴定标：(示波器参数X=20mV档Y=10mV档)去掉线圈，串入标准电阻箱，保证示波器(标准电阻箱)20mV档不变，调节电阻R0使示波器上出现稳R0XR定的正弦波且峰峰值在示波器上读为3.00cm，1用交流数字电压表测量R1两端电压得有效值V21.1mV,U峰-峰=22.U有效=22×21.1mV=42.22mV。所以X轴灵敏度谢谢阅读=42.2 2=19.89mV3.00示波器Y轴定标：因为电容两端输出不失真的正弦波，所以可以直接将电容两端的电压信号精品文档放心下载送入示波器得峰峰值在示波器上显示为4.60cm用交流数字电压表测量电容两精品文档放心下载端电压U有效=16.2mV。U峰-峰=22.U有效=22×16.2mV。所以Y轴灵敏度感谢阅读2216.2=9.96mV。初级线圈和次级线圈匝数相等，即NN200匝，电阻谢谢阅读4.60 1 2R2.00,R51.0103，电容C4.70106F,所以磁场强度12HN1IN1UR2000.01989U20.76U(A/m)1RRllR195.81032.0011**磁感应强度BR2CUC51.01034.701060.00996UC0.1534U(T)159.2UcmTN2S20075106C根据上面记录数据得到：矫顽力 HC20.760.50511.4A/m感谢阅读剩磁B1.00159.2159mTr饱和磁感应强度B159.22.20350mTm六．思考题1.在公式(3)中，UCR2i2时可将UC忽略，E2R2i2。考虑一下，由这项忽略引起的不确定度有多大？谢谢阅读2.在测量BH曲线过程，为何不能改变X轴和Y轴的分度值？感谢阅读3.示波器显示的正弦波电压值与交流电压表显示的电压值有何区别？两者之精品文档放心下载间如何换算？4.硬磁材料的交流磁滞回线与软磁材料的交流磁滞回线有何区别？谢谢阅读5.准确测量电阻R、