实验二铁磁材料的磁滞回线和

1、实验二 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【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的动态磁化特性。2测定样品的基本磁化曲线，作H 一曲线。3测定样品的 He、Br、Bm和（H Bm）等参数。4测绘样品的磁滞回线。【实验原理】起始磁化曲线和磁滞回线铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钻、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2-1为铁磁物质的磁感应强度 B与磁化场强度H之间的关系曲线。图2-1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2-2同一铁磁材料的一簇

2、磁滞回线图中的原点0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ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至Hm时，B到达饱和值Bm, Oabs称为起始磁化曲线。图2-1表明，当磁场从Hm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，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段0S和SR可知，H减少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Bro当磁场反向从0逐渐变至-电时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，He称

3、为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段曲线。RD称为退磁图2-1还表示，当磁场按HmT Of Hl - HmHe Hm次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDSRD变化，这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L去磁L反向磁化L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。2 .基本磁化曲线应该说明，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

4、2-2所示，这些磁滞回线顶点A、B气、A3、，的连线为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率二一，因B与HH非线性，故铁磁材料的-I不是常数而是随H而变化（如图2-3所示）。铁磁材料的相对磁 导率可高 达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。图2-3铁磁材料与H关系曲线图2-4不同铁磁材料的磁滞回线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 2-4为常见的两种 典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、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。而硬磁材料的磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁 体。3利用示波器观测磁

5、滞回线的原理SAMPLE图2-5原理电路图利用示波器观测磁滞回线的原理电路如图2-5所示。待测样品为EI型矽钢片，其上均匀地绕以磁化线圈N及副线圈n。交流电压u加在磁化线圈上，线路中串联了一取样电阻是。将Ri两端的电压Uh加到示波器的X输入端上（对DC4322B示波器为通道I）。副线圈n与电阻R?和电容C串联成一回路。电容C两端 的电 压&加到示波器的Y输入端上（对DC4322B示波器为通道H）。下面我们来说明为什么这样的电 路能够显示和测量磁滞回线。Uh （X输入）与磁场强度H成正比设矩形样品的平均周长为,磁化线圈的匝数为磁化电流为ii （注意这是交流电流的瞬时值），根据安培环路定律有 Hl

6、 =Ni”即i=Hl/N。而Uh=RJ 1,所以可得（2-1）Rl1N式中、l和N皆为常数，可见Uh与H成正比。 品中的磁场强度成正比。它表明示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小与样Ub （ Y输入）在一定条件下与磁感强度设样品的截面积为S,根据电磁感应定律，在匝数为dB2 = 一nS dtB成正比n的副线圈中感应电动势应为（2-2）若副边回路中的电流为i2,且电容C上的电量为q,则应有q（2-3）在上式中已考虑到副线圈匝数n较少，因而自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时，有意将R2与C都选成足够大，使电容C上的电压降UB=q/C比起电阻上的电压降R2小到可以 忽略不计。于是式（2-3）可以近

7、似地改写成(2-4)dq将关系式i C2 dtdU七代入式（2-4）得dt 5也(2-5)将上式与式（2-2）比较dt不考虑其负号（在交流电中负号相当于相位差为土时应有dB dUnS = RC dt 2 dt将等式两边对时间积分时，由于B和Ub都是交变的，积分常数为0。整理后得(2-6)UbnS B RC2至此，可以看出，在磁化电流变化的一周期内，示波器的光点描绘出一条完整的磁滞回线。以后每个周期都重复此过程，结果在示波器的荧光屏上看到一稳定的磁滞回线图形。如将Uh和Ub加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度Bm、剩磁Br、矫顽力He、磁滞损耗（BH）以及磁导率等参数。U脚图2-6实

8、际测量中的示意线路图实际测量中的示意线路如图2-6所示。为了使上的电压降Uh与流过的电流1,二者的瞬时值成正比（相位相同），必须是无感或电感极小的电阻。其次为了操作安全和调节方便，在 线路中采用了一个隔离降压变压器B,以避免后面的电路元件与220 V市电直接相连。调压变压器用来调节输入电压 u以控制磁化电流i,的大小。【实验仪器】TH - MHC型磁滞回线实验仪与磁滞回线测试仪、示波器。【实验内容及步骤】1电路连接：选样品 1按图2-9在实验仪上所给的电路图连接线路，并令Rj=2.5Q ,“ U选择”置于0位。Uh和& （即U,和&）分别接示波器的“ X输入”和“丫输入”，“插 孔上”为公共端

9、。2样器退磁：开启实验仪电源，对试样进行退磁，即顺时针方向转动“ U选择”旋钮，令U从0增至3然后逆时针方向转动旋钮，将U从最大值降为0,其目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即B=H=0,如图2-7所示。3观察磁滞回线：开启示波器电源，令光点位于坐标网格中心，令U=i.5V，并分别调节示波器x和y轴的灵敏度，使显示屏上出现图形大小合适的磁滞回线（若图形顶部出现编织状的 小环，如图2-8所示，这时可降低励磁电压U予以消除）。图2-7退磁示意图图2-8 Uh和B的相位差等因素引起的畸变4 .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，将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基 本磁化曲线。5.观察、比较样品1和样品2的磁化性能；判定两样品的软、硬磁性。（U=1.5 V或U=2.0 V ,同=2.5 Q）6测绘 H -曲线：仔细阅读测试仪的使用说明（见参考资料），接通实验仪和测试仪之间的连线。开启电源，对样品进行退磁后，依次测定U=0.5 , 1.0” 3.0V时的十组Hm和Bm值，作H -曲线。7 .令U=1.5V , R=2.5 Q测定样品1的Bm B