铁磁材料的磁滞回线的测量.docVIP

观察基本磁化曲线：按步骤2对样品进行退磁，从U=0开始，逐档提高励磁电压，将在显示屏上 ... 两者的励磁绕组匝数N1和测量绕组的匝数也相等。数值分别为N1=150，N2=150 ...实验三十四 铁磁材料的磁滞回线的测量 铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物的物质均属铁磁物质)。因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有着重大意义。本实验利用示波器的显示来测量磁性材料的磁滞回线。 [实验目的] 1. 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质动态磁化特性。 2. 测定样品的基本磁化曲线，作μ-H曲线。 3. 计算样品的Hc、Hr、Bm和（Hm·Bm ）等参数。 4. 测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。 [实验仪器] DH4516型磁滞回线实验仪、双踪示波器。 [实验原理] 1. 铁磁材料的磁滞现象 铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图5-34-1为铁磁物质磁感应强度 B与磁化场强度H之间的关系曲线。 图5-34-1中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=0，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如线段ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至Hs时，B到达饱和值，oabs称为起始磁化曲线，图5-34-1表明，当磁场从Hs逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点，而是沿另一条新曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H=0时，B不为零，而保留剩磁Br。 当磁场反向从0逐渐变至-HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，HD称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。 图5-34-1还表明，当磁场按HS→0→HD→-HS→0→HD→HS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化，这条闭合曲线称为磁滞回线，所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗。可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 应该说明，当初始态为H=B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图5-34-2所示。这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率μ=B/H，因B与H的关系成非线性，故铁磁材料的μ不是常数，而是随H而变化（如图5-34-3所示）。 可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图5-34-4为常见的两种典型的磁滞回线。其中软磁材料磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。 2. 用示波器观察和测量磁滞回线的实验原理和线路 观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图5-34-5所示。 待测样品EI型矽钢片，N1为励磁绕组，N2为用来测量磁感应强度B而设置的绕组。R1为励磁电流取样电阻，设通过N1的交流励磁电流为iⅰ，根据安培环路定律，样品的磁化场强 L为样品的平均磁路长度，其中 所以有 (5-34-1) 式中N1、L、R1均为已知常数，所以由UH可确定H。 在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组和R2C电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通Φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为 (5-34-2) S为样品的截面积。 如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为 ε2=i2R2+UB 式中i2为感生电流，UB为积分电容C两端电压，设在Δt时间内，i2向电容C充电电量为Q，则有： 如果选取足够大的R2和C使i2R2＞＞Q/C，则 ε2=i2R2