用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线-实验报告

PAGEPAGE4用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性。BHaBBsca'b'HHmoBrHc图1起始磁化曲线和磁滞回线软磁材料的矫顽力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。磁滞回线是反映BHaBBsca'b'HHmoBrHc图1起始磁化曲线和磁滞回线【关键词】磁滞回线示波器电容电阻BmHmBrH【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X输入端和Y输入端在屏幕上显示的图形以及相关数据，来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。【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HD、Br、BS和（Hm·Bm）等参数。3.测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。【实验仪器】电阻箱(两个),电容(3-5微法)，数字万用表，示波器，交流电源，互感器。【实验原理】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＝O，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HS时，B到达饱和值BS，oabs称为起始磁化曲线。图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“O”点，而是沿另一条新的曲线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＝O时，B不为零，而保留剩磁Br。当磁场反向从O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1还表明，当磁场按HS→O→HD→-HS→O→HD´→HS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线变化，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→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。图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图3铁磁材料µ图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图3铁磁材料µ与H并系曲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。观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。待测样品为EI型矽钢片，N为励磁绕组，n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N的交流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁化场强L为样品的平均磁路∵（1）(1)式中的N1、L、均为已知常数，所以由可确定H。在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和电路给定的，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8.0592.0595.0592.0212.5214.0212.0593.0212.83183.673.449.0670.0672.0672.0237.0234.5232.5671.33234.33208.183.2410.0758.0752.0760.0253.5257.0257.0756.67255.83235.594.2011.0826.0821.0820.0263.0264.5266.0822.33264.50256.5102.6利用上表，根据hm与bm等数据求出Hmi与Bmi，如下：Hmi=N1hmi/LR1Bmi=R2C2bmi/N2S其中:N1=180,N2=65,L=50mmU（V）hm(mV)bm(mV)Hm（A/m）Bm（T）4.0300.83103.50433.200.20545.0370.17133.57533.040.26516.0441.83165.67636.240.32887.0522.33192.33752.160.38178.0593.0212.83853.920.42249.0671.33234.33966.720.465110.0756.67255.831089.600.507711.0822.33264.501184.160.5249当路端电压为11.0V时,磁滞回线包围的面积不再增大,达到饱和磁滞回线.如下图，此时：参数hm(mV)bm(mV)hc(mV)br(mV)Hm(A/m)Bm(T)Hc(A/m)Bc(T)数据822.33264.50495.0214.01184.160.5249712.80.4247【误差分析及改进】实验中误差的来源主要是一：线圈本身有内阻，使得数据处理过程中对R1的处理偏小，使最终计算出的Hm偏大；二对线圈匝数和线圈横截面积的估算，由于实验仪器参数的缺失，利用估算出的数据进行数据处理会有一定的偏差。改进方法：可以利用低电阻测量阻值的方法，利用开尔文电桥法通直流电源然后测量线圈的确切阻值，从而利用线圈估算线圈匝数的时候也可以精确一些。【实验过程中现象的讨论及应注意的问题】在实验过程中注意到：eq\o\ac(○,1)随着电源频率的增加，磁滞回线逐渐变化，最终当电源频率超过1kz时，磁滞回线会变成椭圆，这表明铁磁介质的磁化特性随着磁化信号频率的变化而变化。eq\o\ac(○,2)随着R2的增大，磁滞回线的面积也随之增大，这是因为Bmi=R2C2bmi/N2S，Bm与R2成正比；eq\o\ac(○,3)随着R1的增大，磁滞回线额大面积反而减小，这是因为Hmi=N1hmi/LR1，Hm与R