1、動態磁滯回線實驗預習題1、磁性材料的分類？什么是動態磁滯回線？2、硬磁材料的交流磁滯回線與軟磁材料的交流磁滯回線有何區別？磁性材料在通訊、計算機和信息存儲、電力、電子儀器、交通工具等領域有著十分廣泛的應用。磁化曲線和磁滯回線反映磁性材料在外磁場作用下的磁化特性，根據材料的不同磁特性，可以用于電動機、變壓器、電感、電磁鐵、永久磁鐵、磁記憶元件等。鐵磁材料分為硬磁和軟磁兩類。硬磁材料（如模具鋼）的磁滯回線寬，剩磁和矯頑磁力較大（120-20000安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感應強度能保持，適宜制作永久磁鐵。軟磁材料（如鐵氧體）的磁滯回線窄，矯頑磁力小（一般小于120安/米），但它的磁導率

2、和飽和磁感應強度大，容易磁化和去磁，故常用于制造電機、變壓器和電磁鐵?？梢?，鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線是該材料的重要特性，也是設計電磁機構或儀表的依據之一。 動態磁滯回線是磁性材料的交流磁特性，其在工業中有重要應用，因為交流電動機、變壓器的鐵芯都是在交流狀態下使用的。通過實驗研究這些性質不僅能掌握用示波器觀察磁滯回線以及基本磁化曲線的測繪方法，而且能從理論和實際應用上加深對材料磁特性的認識。 一實驗目的 1. 了解磁性材料的磁滯回線和磁化曲線的概念，加深對鐵磁材料的重要物理量矯頑力、剩磁和磁導率的理解。 2. 用示波器測量軟磁材料（軟磁鐵氧體）的磁滯回線和基本磁化曲線，求該材料的飽和磁感應強

3、度Bm、剩磁Br和矯頑力Hc。 3. 學習示波器的X軸和Y軸用于測量交流電壓時，各自分度值的校準。 4. 用示波器顯示硬鐵磁材料（模具鋼）的交流磁滯回線，并與軟磁材料進行比較。 5. 學習精確測量電阻和電容的實驗方法，測量不同阻值電阻和未知電容。 6. 學習用計算機測量磁性材料動態磁滯回線和磁化曲線的方法。(選配計算機接口后完成) 二. 實驗原理 1、鐵磁物質的磁滯現象 鐵磁性物質的磁化過程很復雜，這主要是由于它具有磁性的原因。一般都是通過測量磁化場的磁場強度H和磁感應強度B之間關系來研究其磁化規律的。 如下圖1所示，當鐵磁物質中不存在磁化場時，H和B均為零，在HB圖中則相當于坐標原點O。隨著

4、磁化場H的增加，B也隨之增加，但兩者之間不是線性關系。當H增加到一定值時，B不再增加或圖1 磁滯回線和磁化曲線增加的十分緩慢，這說明該物質的磁化已達到飽和狀態。Hm和Bm分別為飽和時的磁場強度和磁感應強度(對應于圖中A點)。如果再使H逐步退到零，則與此同時B也逐漸減小。然而，其軌跡并不沿原AO曲線，而是沿另一曲線AR下降到Br，這說明當H下降為零時，鐵磁物質中仍保留一定的磁性。將磁化場反向，再逐漸增加其強度，直到H=Hm，這時曲線達到A點(即反向飽和點)，然后，先使磁化場退回到H=0；再使正向磁化場逐漸增大，直到飽和值Hm為止。如此就得到一條與ARA對稱的曲線ARA ,而自A點出發又回到A點的

5、軌跡為一閉合曲線,稱為鐵磁物質的磁滯回線，此屬于飽和磁滯回線。其中，回線和H軸的交點Hc和Hc稱為矯頑力,回線與B軸的交點Br和Br,稱為剩余磁感應強度。 2、利用示波器觀測鐵磁材料動態磁滯回線 電路原理圖如圖2所示。 將樣品制成閉合環狀，其上均勻地繞以磁化線圈及副線圈。交流電壓加在磁化線圈上，線路中串聯了一取樣電阻，將兩端的電壓加到示波器的X軸輸入端上。副線圈與電阻和電容C串聯成一回路，將電容兩端的電壓加到示波器的Y軸輸入端，這樣的電路，在示波器上可以顯示和測量鐵磁材料的磁滯回線。圖2 用示波器測動態磁滯回線的電路圖（圖中正弦交流電源浮地）1） 磁場強度H的測量 設環狀樣品的平均周長為，磁化

6、線圈的匝數為，磁化電流為交流正弦波電流,由安培回路定律,，而,所以可得 （1）式中，為取樣電阻上的電壓。由公式（1）可知，在已知、的情況下，測得的值，即可用公式（1）計算磁場強度H的值。 2磁感應強度B的測量 設樣品的截面積為，根據電磁感應定律，在匝數為的副線圈中感生電動勢為 （2）(2)式中，為磁感應強度對時間的導數。 若副線圈所接回路中的電流為，且電容C上的電量為，則有 (3) 在（3）式中，考慮到副線圈匝數不太多，因此自感電動勢可忽略不計。在選定線路參數時，將和都取較大值，使電容上電壓降,可忽略不計，于是（3）式可寫為 (4) 把電流代入（4）式得 (5) 把（5）式代入（2）式得 S

7、在將此式兩邊對時間積分時，由于和都是交變的，積分常數項為零。于是，在不考慮負號（在這里僅僅指相位差±）的情況下，磁感應強度 (6) 式中，、和C皆為常數，通過測量電容兩端電壓幅值代入公式（6），可以求得材料磁感應強度的值。當磁化電流一個周期，示波器的光點將描繪出一條完整的磁滯回線，以后每個周期都重復此過程，形成一個穩定的磁滯回線。 3B軸（Y軸）和H軸（X軸）的校準 雖然示波器Y軸和X軸上有分度值可讀數，但該分度值只是一個參考值，存在一定誤差，且X軸和Y軸增益可微調會改變分度值。所以，用數字交流電壓表測量正弦信號電壓，并且將正弦波輸入X軸或Y軸進行分度值校準是必要的。 將被測樣品(鐵

8、氧體)用電阻替代，從R1上將正弦信號輸入X軸，用交流數字電壓表測量R1兩端電壓，從而可以計算示波器該檔的分度值(單位V/cm),見圖3。須注意: 1、 數字電壓表測量交流正弦信號，測得值為有效。而示波器顯示的該正弦信號值為正弦波電壓峰-峰值。兩者關系是 （7） 2、用于校準示波器X軸檔和Y軸檔分度值的波形必須為正弦波，不可用失真波形。 用上述方法可以對示波器Y軸和X軸的分度值進行校準。三實驗儀器及裝置 動態磁滯回線實驗儀由可調正弦信號發生器、交流數字電壓表、示波器、待測樣品（軟磁鐵氧體、硬磁Cr12模具鋼）、電阻、電容、導線等組成。其外型 結構如圖4所示。四實驗內容 （一）觀察和測量軟磁鐵氧體

9、的動態磁滯回線 1按圖2要求接好電路圖。 2把示波器光點調至熒光屏中心。磁化電流從零開始，逐漸增大磁化電流，直至磁滯回線上的磁感應強度B達到飽和 (即H值達到足夠高時，曲線有變平坦的趨勢，這一狀態屬飽和)。磁化電流的頻率f取50Hz左右。示波器的X軸和Y軸分度值調整至適當位置，使磁滯回線的Bm和Hm值盡可能充滿整個熒光屏，且圖形為不失真的磁滯回線圖形。 3記錄磁滯回線的頂點Bm和Hm，剩磁Br和矯頑力Hc三個讀數值（以長度為單位），在作圖紙上畫出軟磁鐵氧體的近似磁滯回線。 4對X軸和Y軸進行校準。計算軟磁鐵氧體的飽和磁感應強度Bm和相應的磁場強度Hm、剩磁Br和矯頑力Hc。磁感應強度以T為單位

10、，磁場強度以A / m為單位。 5. 測量軟磁鐵氧體的基本磁化曲線?，F將磁化電流慢慢從大至小，退磁至零。從零開始，由小到大測量不同磁滯回線頂點的讀數值Bi和Hi，用作圖紙作鐵氧體的基本磁化曲線(BH關系) (二) 觀測硬磁Cr12模具鋼(鉻鋼)材料的動態磁滯回線 1. 將樣品換成Cr12模具鋼硬磁材料，經退磁后，從零開始電流由小到大增加磁化電流，直至磁滯回線達到磁感應強度飽和狀態。磁化電流頻率約為f=50Hz左右。調節X軸和Y軸分度值使磁滯回線為不失真圖形。(注意硬磁材料交流磁滯回線與軟磁材料有明顯區別，硬磁材料在磁場強度較小時，交流磁滯回線為橢圓形回線，而達到飽和時為近似矩形圖形，硬磁材料的

11、直流磁滯回線和交流磁滯回線也有很大區別。(見參考資料7) 2. 對X軸和Y軸進行校準，并記錄相應的Bm和Hm, Br和Hc值，在作圖紙上近似畫出硬磁材料在達到飽和狀態時的交流磁滯回線。五實驗數據處理1、軟磁鐵氧體基本磁化曲線與磁滯回線的測量 （1）軟磁鐵氧體磁滯回線測量記錄Hc在示波器上顯示 cm，Br在示波器上顯示 cm，Bm在示波器上顯示 cm，在作圖紙上畫出軟磁鐵氧體的近似磁滯回線。 （2）軟磁鐵氧體磁化曲線已知鐵氧體環狀樣品，外徑，內徑，高，平均周長，磁環截面積。注意由于基本磁化曲線各段的斜率并不相同，一條曲線至少20余個實驗數據點，實驗結果如表1所示。（本示波器1div=1 cm，估讀至1/4小格，即0.05cm表1 軟磁鐵氧體基本磁化曲線的測量根據記錄數據可以描畫出樣品的磁化曲線（坐標值作圖）：2、硬磁鐵氧體基本磁化曲線與磁滯回線的測量 （1）硬磁鐵氧體磁滯回線測量記錄Hc在示波器上顯示 cm