实验名称用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线.doc

实验名称： 用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 评 分姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1201 实验日期 20 年 月 日 节此实验项目教材没有相应内容，请做实验前仔细阅读本实验报告！并携带计算器，否则实验无法按时完成！一、实验目的： 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系；并比较不同材料磁滞回线形状。二、实验仪器1. 双踪示波器2. DH4516C型磁滞回线测量仪三、实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象 铁磁性物质除了具有高的磁导率外，另一重要的特点就是磁滞。以下是关于磁滞的几个重要概念1、饱和磁感应强度BS、饱和磁场强度HS和磁化曲线铁磁材料未被磁化时，H和B均为零。这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场，则铁磁材料内部的磁场强度H与磁感应强度B也随之变大，其B-H变化曲线如图1（OS）曲线所示。到S后，B几乎不随H的增大而增大，此时，介质的磁化达到饱和。与S对应的HS称饱和磁场强度，相应的BS称饱和磁感应强度。我们称曲线OS为磁性材料的磁化曲线。图1 磁性材料的磁化曲线 图2 磁滞回线和磁化曲线2、磁滞现象、剩磁、矫顽力、磁滞回线 当铁磁质磁化达到饱和后，如果使H逐步退到零，B也逐渐减小，但B的减小“跟不上”H的减小（B滞后于H）。即：其轨迹并不沿原曲线SO，而是沿另一曲线Sb下降。当H下降为零时，B不为零，而是等于Br ，说明铁磁物质中，当磁化场退为零后仍保留一定的磁性。这种现象叫磁滞现象，Br叫剩磁。若要完全消除剩磁Br ，必须加反向磁场，当B=0时磁场的值Hc为铁磁质的矫顽力。 当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线成为一闭合曲线，这个闭合曲线称为磁滞回线，如图2所示。3、基本磁化曲线 对于同一铁磁材料，设开始时呈去磁状态，依次选取磁化电流I1、I2、.In，则相应的磁场强度为H1、H2、.H3，在每一磁化电流下反复交换电流方向（称为磁锻炼），即在每一个选定的磁场值下，使其方向反复发生几次变化（如H1- H1H1- H1.），这样操作的结果，是在每一个电流下都将得到一条磁滞回线，最后，可得一组逐渐增大的磁滞回线。我们把原点O和各个磁滞回线的顶点a1、a2、.所连成的曲线称为铁磁材料的基本磁化曲线，如图3所示。图3基本磁化曲线（二）利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量原理1、示波器显示BH曲线原理线路 由上述磁滞现象可知，要观测磁介质磁滞现象及相应的物理量，需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度和磁感应强度。因此，测量装置必须具备三个功能： 提供使样品磁化的可调强度的磁场（磁化场） 可跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度 可定量显示样品的磁化过程图4 磁滞回线的测量原理图 图4是利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量装置原理图：首先将待测的铁磁物质制成一个环形样品，在样品上绕有原线圈即励磁线圈N1匝，由它提供磁化场；在样品上再绕副线圈即测量线圈N2匝，由它来跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度；由示波器来定量显示磁化过程。如图4，设L为环形样品的平均磁路长度，若在线圈N1中通过励磁电流I1时，此电流在样品内产生磁场，磁场强度H的大小根据安培环路定律: ，即： H=NILI1 R1两端电压U1为： U1= I1 R1= LR1N1H (1)由（1）式可知，若将电压U1输入示波器 X偏转板时，示波器上任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。 为了追踪测量样品内的磁感应强度B,在截面面积为S的样品中缠绕副线圈N2，B可通过副线圈N2中由于磁通量变化而产生的感应电动势来测定。根据电磁感应定律： 即： =-ddt(N2BS) B=-1N2Sdt 为了获得与B相关联的电压数值（因示波器只接收电压），在副线圈上串联一个电阻R2与电容C，电阻R2与电容C构成一个积分电路，此时=iR2+Uc(i为感生电流，Uc为积分电容两端电压)，适当选择R2与电容C，使R21C 则电容两端的电压Uc为： Uc=QC=N2SCR2B (2) 由（2）式可知，若将电压Uc输入示波器的Y偏转板，示波器上任一时刻电子束在Y轴的偏转正比于样品中的磁感应强度B。这样，当示波器处于X-Y状态，X偏转板接U1，Y偏转板接Uc，示波器屏上即可显示磁化过程。2、示波器的定标为了定量研究磁化曲线、磁滞回线，必须对示波器定标。即：确定示波器的X轴的每格代表多少H值(A/m)，Y轴每格代表多少B(T)。在示波器X偏转板上UX、Y偏转板UY可准确测量，且R1、R2、C都为已知的标准元件的情况下，设Sx为示波器X轴的电压灵敏度,X为水平方向的位移格数；SY为示波器Y轴的电压灵敏度，Y为垂直方向的位移格数；则： UX=SxX ； UY=SYY (3)将（3）代入（1）、（2）得： H= (4) B= (5)四、实验内容(一) 熟悉示波器并测量信号源输出信号的周期1、实验前准备将“动态法磁滞回线实验仪”频率输出调节为100Hz，幅度值适中；示波器处于测量信号波形状态，使示波器辉度适中；调节X、Y位移旋钮使光点居中用标准信号校准示波器X、Y轴灵敏度旋钮，（注意：三个微调旋钮逆时针旋到底）请在下图中画出信号源输出信号的波形图，并计算其周期： (二)显示和观察两种样品在25Hz、50Hz、100Hz、150Hz交流信号下的磁滞回线图形1、实验准备1）按图4所示的原理线路检查接线连接是否正确2）逆时针调节“幅度调节”旋钮到底，使信号输出最小。3）调示波器显示工作方式为X-Y方式。示波器X输入为AC方式，测量采样电阻R1的电压U1；示波器Y输入为DC方式，测量积分电容的电压Uc。4）接通示波器和DH4516C型动态磁滞回线实验仪电源，适当调节示波器辉度及X、Y位移旋钮使光点居中。2、显示和观察两种样品的交流信号下的磁滞回线图形（先测量样品1）1）单调增加磁化电流，即缓慢顺时针调节“幅度调节”旋钮，使示波器显示的磁化曲线上B值增加缓慢，达到饱和。改变示波器上X、Y轴的灵敏度,调节R1、R2的大小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形。2）分别观测频率为25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0Hz，不同频率下的磁滞回线形状（注意：由于铁磁材料的磁化状态与磁化历史有关，磁滞回线又与其起始端点的磁化状态有关。观测每一频率下的磁滞回线前，必须使幅度值降为零。否则，观测无意义）。3）换样品2重复上述过程结论：1、（样品1）磁滞回线形状与信号频率关系： 。2、（样品2）磁滞回线形状与信号频率关系： 。3、样品1、样品2磁滞回线形状比较： 。(三)测量 样品1、2的矫顽力、饱和磁感应强度BS、饱和磁场强度HS和磁滞回线(本实验装置使用交变电流，所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”，随时可以获得磁滞回线。只要调节示波器上X、Y轴的灵敏度,调节R1、R2的大小，使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形，即可测量矫顽力、饱和磁感应强度BS、饱和磁场强度HS。) 请在下图中画出样品1的磁滞回线并测量矫顽力HC、饱和磁感应强度BS和饱和磁场强度HS1、样品1测量数值记录表（信号源频率取100Hz； R1= R2= Sx= Sy= ）表1（参数： L=0.130m，S=1.2410-4m2，N1=100，N2=100 C=1.010-6F）序号1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00H/（A/m）Y1/格Y2/格B1/mTB2/mT计算 HS = ；BS = ；HC= 2、样品1磁滞回线图形3、样品2测量数值记录表 表2 ( 参数如上；信号源频率取100Hz ； R1= R2= Sx= Sy= )序号1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-400-5.00H/（A/m）Y1/格Y2/格B1/mTB2/mT计算 HS = ；BS = ；HC= 4、样品2磁滞回线图形（四）测量样品的基本磁化曲线（选择样品1） 先将样品退磁， 然后从零开始不断增大电流，记录各磁滞回线顶点的 B 和 H 值，（注意基本磁化曲线与磁化曲线的不同） 表3样品1的基本磁化曲线数据序号12345678910X/格00.51.01.52.02.5