铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线

实验名称：软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类.软磁材料的矫顽力Hc小于100A/m，常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯.磁化曲线和磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线.矫顽力和饱和磁感应强度Bs、剩磁Br.磁滞损耗P等参数均可以从磁滞回线和磁化曲线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据.铁磁材料磁化时，其磁感强度随磁场强度的变化非常复杂.有如下特点：1．一块从未被磁化的软磁材料磁化时，当H由0开始逐渐增加至某最大值Hm，B也由0开始逐渐增加，由此画出的B-H曲线o-a称起始磁化曲线，如图1所示.起始磁化曲线大致分为三个阶段，第一阶段曲线平缓，第二阶段曲线很陡，第三阶段曲线又变得平缓.最后B趋于不变，这种现象称为饱和.饱和时的磁感强度称为饱和磁感强度，记做Bs.2．磁化过程中材料内部发生的过程是不可逆的，当磁场由饱和时的Hm减小至0，B并非沿原来的磁化曲线返回，而是滞后于H的变化.当H=0时，B=Br，称为剩余磁感应强度.要想使B为0，就必须施加一反向磁场-Hc.Hc称为矫顽力.继续加大反向磁场至-Hm，曲线到达a'，磁感应强度变为-Bs.磁场再由-Hm变至Hm，曲线又回到a，形成一条闭合曲线，叫磁滞回线.3．如果初始磁化磁场由0开始增加至一小于Hm的值H1，然后磁场在-H1与H1之间变化，也可以得到一条磁滞回线.但这条曲线不是饱和的.逐渐增加磁场至H2，H3，H4，…(H2H3H4…)，可以得到一系列磁滞回线.将这些磁滞回线的顶点连起来，就得到基本磁化曲线，如图2所示.BHH1H2H3图2磁滞回线和基本磁化曲线Ha'BaBBscb'HHmoBrHc-Bs图1起始磁化曲线和磁滞回线i1i2UxUyN2N1R2C隔离变压器示波器XYR1220V【实验目的】1．了解有关铁磁性材料性质的知识；2．了解用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的原理；3．学习并体会物理实验方法中的转换测量法；4．掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的方法.【实验器材】(1)GY-4隔离变压器；(2)CZ-2磁滞回线装置；(3)COS5020示波器.【实验原理】软磁材料的样品可做成闭合回路状（如图所示），在样品上绕N1匝初级线圈和N2匝次级线圈，初级线圈里通过电流i1，在样品中产生磁场，其磁场强度为1111xNiNHulRl（1）式中l是初级线圈所绕样品的平均长度，R1是与初级线圈串联的电阻，ux是R1两端的电压.采用动态测量法，初级线圈里需通过交流电（由隔离变压器提供）.样品被磁化后产生变化的磁通量，进而在次级线圈中产生感应电动势：22ddddddBNNStttS是样品的截面积.次级线圈的电压正比于磁感强度B随时间的变化率，必须积分后才能得到B.积分可由RC电路来完成，电路中满足条件212RfC，忽略次级线圈的内阻后，可得：22yRCBuNS（2）uy是电容器两端的电压.由此可见ux正比于H，uy正比于B，将两信号分分别输入到双通道示波器的x端和y端，选择x-y方式，就可以在示波器上得到间接的磁滞回线.定量测量时，记录每一步磁滞回线的定点坐标，由电压参数得到相应的电压值，再根据(1)、(2)计算对应的B、H值，从而可做出基本磁化曲线.在饱和磁滞回线上记录Hc、Bs、Br的坐标，可算出相应的实验值.【实验内容及步骤】实验内容：1．在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线.2．给出Hc、Bs、Br的实验结果.步骤：1．正确连接线路，调节示波器，观察磁滞回线的形状.2．将隔离变压器电压调至80V左右，调整磁滞回线至理想的大小和形状，确定实验所需的两通道电压参数.3．将电压缓慢调至零，实现对样品的退磁，并在示波器上调整坐标原点.4．将磁场由0(电压为0)开始，逐步(电压每10V变化一步)增加至B达到饱和，记下每一步磁滞回线定点的坐标.5．在饱和磁滞回线上记录Hc、Bs、Br的坐标，测量时应在0、0两点进行测量，取平均值.【数据记录】表1软磁材料基本磁化曲线绘制的测量数据两通道电压参数：X_____________Y_____________隔离变压器电压值（V）01020304050607080…磁滞回线定点坐标x（格数）y（格数）对应的电压值ux（V）uy（V）H（A/m）B(T)表2Hc、Bs、Br的测量数据名称坐标（格数）坐标平均值（格数）对应的电压值（V）实验值（单位）00矫顽力Hc饱和磁感强度Bs剩磁Br注意事项：1．测量前检查示波器两通道的垂直微调旋钮是否在校准位置.2．确定软磁材料饱和时对应隔离变压器的电压，饱和时示波器上类磁滞回线的尖端连接处的两条曲线变得重合.思考题：1．如果测量前没有将材料退磁，会出现什么情况？2．用磁路不闭合的样品进行测量会导致什么结果？3．测量时磁场H是正弦变化的，磁感强度B是否按正弦规律变化？反之，若磁感强度B是正弦变化的，磁场H是否也按正弦规律变化？附录：磁滞回线装置参数20001N匝1212N匝121R216kR0.132mL320.20810mS(100.05)FC