2017年磁滯回線地測量[實驗資料報告材料]

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1、word 實驗名稱： 用示波器觀測鐵磁材料的動態(tài)磁滯回線 姓 名 學(xué) 號班 級 桌 號 教 室 根底教學(xué)樓1101 實驗日期 2016年月日節(jié) 此實驗項目教材沒有相應(yīng)內(nèi)容，請做實驗前仔細(xì)閱讀本實驗報告！并攜帶計算器，否如此實驗無法按時完成！ 一、實驗?zāi)康模? 1、掌握磁滯、磁滯回線、磁化曲線、根本磁化曲線、矯頑力、剩磁、和磁導(dǎo)率的的概念。 2、學(xué)會用示波法測繪根本磁化曲線和動態(tài)磁滯回線。 3、根據(jù)磁滯回線測定鐵磁材料在某一頻率下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br和矯頑力Hc的數(shù)值。 4、研究磁滯回線形狀與頻率的關(guān)系；并比擬不同材料

2、磁滯回線形狀。 二、實驗儀器 1. 雙蹤示波器 2. DH4516C型磁滯回線測量儀 三、實驗原理 〔一〕鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象 鐵磁性物質(zhì)除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的特點就是磁滯。以下是關(guān)于磁滯的幾個重要概念 1、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場強(qiáng)度HS和磁化曲線 鐵磁材料未被磁化時，H和B均為零。這時假設(shè)在鐵磁材料上加一個由小到大的磁化場，如此鐵磁材料部的磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B也隨之變大，其B-H變化曲線如圖1〔OS〕曲線所示。到S后，B幾乎不隨H的增大而增大，此時，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S對應(yīng)的HS稱飽和磁場強(qiáng)度，

3、相應(yīng)的BS稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。我們稱曲線OS為磁性材料的磁化曲線。 圖1 磁性材料的磁化曲線 圖2 磁滯回線和磁化曲線 2、磁滯現(xiàn)象、剩磁、矯頑力、磁滯回線 當(dāng)鐵磁質(zhì)磁化達(dá)到飽和后，如果使H逐步退到零，B也逐漸減小，但B的減小“跟不上〞H的減小〔B滯后于H〕。即：其軌跡并不沿原曲線SO，而是沿另一曲線Sb下降。當(dāng)H下降為零時，B不為零，而是等于Br ，說明鐵磁物質(zhì)中，當(dāng)磁化場退為零后仍保存一定的磁性。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象，Br叫剩磁。假設(shè)要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場，當(dāng)B=0時磁場的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。 當(dāng)反向磁場繼續(xù)

4、增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場，磁化曲線成為一閉合曲線，這個閉合曲線稱為磁滯回線，如圖2所示。 3、根本磁化曲線 對于同一鐵磁材料，設(shè)開始時呈去磁狀態(tài)，依次選取磁化電流I1、I2、….In，如此相應(yīng)的磁場強(qiáng)度為H1、H2、….H3，在每一磁化電流下反復(fù)交換電流方向〔稱為磁鍛煉〕，即在每一個選定的磁場值下，使其方向反復(fù)發(fā)生幾次變化〔如H1→- H1→H1→- H1….〕，這樣操作的結(jié)果，是在每一個電流下都將得到一條磁滯回線，最后，可得一組逐漸增大的磁滯回線。我們把原點O和各個磁滯回線的頂點a1、a2、….所連成的曲線稱為鐵磁

5、材料的根本磁化曲線，如圖3所示。 圖3根本磁化曲線 〔二〕利用示波器觀測鐵磁材料動態(tài)磁滯回線測量原理 1、示波器顯示B—H曲線原理線路 由上述磁滯現(xiàn)象可知，要觀測磁介質(zhì)磁滯現(xiàn)象與相應(yīng)的物理量，需要根據(jù)磁化過程測定材料部的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，測量裝置必須具備三個功能： ① 提供使樣品磁化的可調(diào)強(qiáng)度的磁場〔磁化場〕 ② 可跟蹤測量與磁化場有一一對應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度 ③ 可定量顯示樣品的磁化過程 圖4 磁滯回線的測量原理圖 圖4是利用示波器觀測鐵磁材料動態(tài)磁滯回線測量裝置原理圖：

6、首先將待測的鐵磁物質(zhì)制成一個環(huán)形樣品，在樣品上繞有原線圈即勵磁線圈N1匝，由它提供磁化場；在樣品上再繞副線圈即測量線圈N2匝，由它來跟蹤測量與磁化場有一一對應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度；由示波器來定量顯示磁化過程。 如圖4，設(shè)L為環(huán)形樣品的平均磁路長度，假設(shè)在線圈N1過勵磁電流I1時，此電流在樣品產(chǎn)生磁場，磁場強(qiáng)度H的大小根據(jù)安培環(huán)路定律: ， 即：I1 R1兩端電壓U1為： U1= I1 R1= H (1) 由〔1〕式可知，假設(shè)將電壓U1輸入示波器 X偏轉(zhuǎn)板時，示波器上任一時刻電子束在X軸的偏轉(zhuǎn)正比于磁場強(qiáng)度H。

7、為了追蹤測量樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在截面面積為S的樣品中纏繞副線圈N2，B可通過副線圈N2中由于磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢ε來測定。根據(jù)電磁感應(yīng)定律： 即： ε=-) B=- 為了獲得與B相關(guān)聯(lián)的電壓數(shù)值〔因示波器只接收電壓〕，在副線圈上串聯(lián)一個電阻R2與電容C，電阻R2與電容C構(gòu)成一個積分電路，此時ε=iR2+Uc(i為感生電流，Uc為積分電容兩端電壓)，適當(dāng)選擇R2與電容C，使R2 如此電容兩端的電壓Uc為： Uc= (2) 由〔2〕式可知，假設(shè)將電壓Uc輸

8、入示波器的Y偏轉(zhuǎn)板，示波器上任一時刻電子束在Y軸的偏轉(zhuǎn)正比于樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 這樣，當(dāng)示波器處于X-Y狀態(tài)，X偏轉(zhuǎn)板接U1，Y偏轉(zhuǎn)板接Uc，示波器屏上即可顯示磁化過程。 2、示波器的定標(biāo) 為了定量研究磁化曲線、磁滯回線，必須對示波器定標(biāo)。即：確定示波器的X軸的每格代表多少H值(A/m)，Y軸每格代表多少B(T)。 在示波器X偏轉(zhuǎn)板上UX、Y偏轉(zhuǎn)板UY可準(zhǔn)確測量，且R1、R2、C都為的標(biāo)準(zhǔn)元件的情況下，設(shè) Sx為示波器X軸的電壓靈敏度,X為水平方向的位移格數(shù)；SY為示波器Y軸的電壓靈敏度，Y為垂直方向的位移格數(shù)；如此： UX=SxX ；

9、 UY=SYY (3) 將〔3〕代入〔1〕、〔2〕得： H= (4) B= (5) 四、實驗容 (一) 熟悉示波器并測量信號源輸出信號的周期 1、實驗前準(zhǔn)備 ①將“動態(tài)法磁滯回線實驗儀〞頻率輸出調(diào)節(jié)為100Hz，幅度值適中； ②示波器處于測量信號波形狀態(tài)，使示波器輝度適中；調(diào)節(jié)X、Y位移旋鈕使光點居中 ③用標(biāo)準(zhǔn)信號校準(zhǔn)示波器X、Y軸靈敏度旋鈕，〔注意：三個微調(diào)旋鈕逆時針旋到底〕 請在如如下圖中畫出信號源輸出信號的波形圖，并計算其周期：

10、(二)顯示和觀察兩種樣品在25Hz、50Hz、100Hz、150Hz交流信號下的磁滯回線圖形 1、實驗準(zhǔn)備 1〕按圖4所示的原理線路檢查接線連接是否正確 2〕逆時針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)〞旋鈕到底，使信號輸出最小。 3〕調(diào)示波器顯示工作方式為X-Y方式。示波器X輸入為AC方式，測量采樣電阻R1的電壓U1；示波器Y輸入為DC方式，測量積分電容的電壓Uc。 4〕接通示波器和DH4516C型動態(tài)磁滯回線實驗儀電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器輝度與X、Y位移旋鈕使光點居中。 2、顯示和觀察兩種樣品的交流信號下的磁滯回線圖形〔先測量樣品1〕 1〕單調(diào)增加磁化電流，即緩慢順時針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)〞旋鈕，使示波器顯示

11、的磁化曲線上B值增加緩慢，達(dá)到飽和。改變示波器上X、Y軸的靈敏度,調(diào)節(jié)R1、R2的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形。 2〕分別觀測頻率為25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0Hz，不同頻率下的磁滯回線形狀〔注意：由于鐵磁材料的磁化狀態(tài)與磁化歷史有關(guān)，磁滯回線又與其起始端點的磁化狀態(tài)有關(guān)。觀測每一頻率下的磁滯回線前，必須使幅度值降為零。否如此，觀測無意義〕。 3〕換樣品2重復(fù)上述過程 結(jié)論： 1、〔樣品1〕磁滯回線形狀與信號頻率關(guān)系：

12、 。 2、〔樣品2〕磁滯回線形狀與信號頻率關(guān)系： 。 3、樣品1、樣品2磁滯回線形狀比擬： 。 (三)測量 樣品1、2的矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場強(qiáng)度HS和磁滯回線 (本實驗裝置使用交變電流，所以每個狀態(tài)都是經(jīng)過充分的“磁鍛煉〞，隨時可以獲得磁滯回線。只要調(diào)節(jié)示波器上X、Y軸的靈敏度,調(diào)節(jié)R1、R2的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形，即可測量矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS

13、、飽和磁場強(qiáng)度HS。) 請在如如下圖中畫出樣品1的磁滯回線并測量矯頑力HC、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS和飽和磁場強(qiáng)度HS 1、樣品1測量數(shù)值記錄表〔信號源頻率取100Hz； R1= R2= Sx= Sy= 〕 表1〔參數(shù)： L=0.130m，S=1.24×10-4m2，N1=100T，N2=100T C=1.0×10-6F〕 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 X/格 0 H/〔A/m〕

14、 Y1/格 Y2/格 B1/mT B2/mT 計算 HS=；BS = ；HC= 2、樣品1磁滯回線圖形 3、樣品2測量數(shù)值記錄表 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 X/格 0 -400 H/〔A/m〕 Y1/格 Y2

15、/格 B1/mT B2/mT 表2 ( 參數(shù)如上；信號源頻率取100Hz ； R1= R2= Sx= Sy= ) 計算 HS=；BS = ；HC= 4、樣品2磁滯回線圖形 〔四〕測量樣品的根本磁化曲線〔選擇樣品1〕 先將樣品退磁， 然后從零開始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點的 B 和 H 值， 〔注意根本磁化曲線與磁化曲線的不同〕

16、表3樣品1的根本磁化曲線數(shù)據(jù) 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X/格 0 H/〔A/m〕 Y/格 B/mT 樣品1根本磁化曲線 五、預(yù)習(xí)題 寫出如下物理量的定義： ①飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ②飽和磁場強(qiáng)度 ③矯頑力 ④剩磁 ⑤磁滯回線 ⑥磁化曲線 ⑦根本磁化曲線 六、課后題 1、如果示波器上顯示的磁滯回線是飽和磁滯回線，當(dāng)調(diào)節(jié)X、Y電壓靈敏度時，磁滯回線形狀是否改變？飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS、飽和磁場強(qiáng)度HS、矯頑力、磁化曲線數(shù)值是否改變？ 2、為什么測量根本磁化曲線時需要退磁？ 13 / 13