磁滞回线的测量实验报告.docx
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磁滞回线的测量实验报告
实验名称：
用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线
姓名学号班级
桌号教室基础教学楼1101
实验日期2016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→-H1→H1→-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B—H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：
1提供使样品磁化的可调强度的磁场（磁化场）
②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
③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：
I1
R1两端电压U1为：
U1=I1R1=
H
（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ε来测定。
根据电磁感应定律：
即：
ε=-
）
B=-
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ε=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R2
则电容两端的电压Uc为：
Uc=
（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
①将“动态法磁滞回线实验仪”频率输出调节为100Hz，幅度值适中；
②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
③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HS
1、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=1.24×10-4m2，N1=100T，N2=100TC=1.0×10-6F）
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
X/格
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0
-1.00
-2.00
-3.00
-4.00
-5.00
H/（A/m）
Y1/格
Y2/格
B1/mT
B2/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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
X/格
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0
-1.00
-2.00
-3.00
-400
-5.00
H/（A/m）
Y1/格
Y2/格
B1/mT
B2/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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
X/格
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
H/（A/m）
Y/格
B/mT
样品1基本磁化曲线
五、预习题
写出下列物理量的定义：
①饱和磁感应强度
②饱和磁场强度
③矫顽力
④剩磁
⑤磁滞回线
⑥磁化曲线
⑦基本磁化曲线
六、课后题
1、如果示波器上显示的磁滞回线是饱和磁滞回线，当调节X、Y电压灵敏度时，磁滞回线形状是否改变？
饱和磁感应强度BS、饱和磁场强度HS、矫顽力、磁化曲线数值是否改变？
2、为什么测量基本磁化曲线时需要退磁？
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