实验C 磁化曲线和磁滞回线测量大字讲稿word资料13页.docx

1、实验C 磁化曲线和磁滞回线测量大字讲稿word资料13页实验C 磁化曲线和磁滞回线测量 其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。不记住那些基础知识,怎么会向高层次进军?尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。这样,就会在有限的时间、空间里给学生的脑海里注入无限的内容。日积月累,积少成多,从而收到水滴石穿,绳锯木断的功效。 磁性材料应用广泛，扬声器永久磁铁、变压器铁芯、计算机磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料分为硬

2、磁和软磁两大类。硬磁材料的剩磁Br和矫顽力Hc大（102 2104 A/m），可做永久磁铁。软磁材料的剩磁Br和矫顽力Hc小（102 A/m以下），容易磁化和去磁，广泛用于电机和仪表制造业。磁化曲线和磁滞回线是磁材料的重要特性，是变压器等设备设计的重要依据。与当今“教师”一称最接近的“老师”概念，最早也要追溯至宋元时期。金代元好问示侄孙伯安诗云：“伯安入小学，颖悟非凡貌，属句有夙性，说字惊老师。”于是看，宋元时期小学教师被称为“老师”有案可稽。清代称主考官也为“老师”，而一般学堂里的先生则称为“教师”或“教习”。可见，“教师”一说是比较晚的事了。如今体会，“教师”的含义比之“老师”一说，具有资

3、历和学识程度上较低一些的差别。辛亥革命后，教师与其他官员一样依法令任命，故又称“教师”为“教员”。 磁滞回线测量可分静态法和动态法。静态法是用直流来磁化材料，得到的BH曲线称为静态磁滞回线。动态法是用交变来磁化材料，得到的BH曲线称为动态磁滞回线。静态磁滞回线只与磁化磁场的大小有关，磁样品中只有磁滞损耗；而动态磁滞回线不仅与磁化磁场的大小有关，还与磁化场的频率有关，磁样品中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗。因此，同一磁材料在相同大小磁化场下，动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大。单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话

4、空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。 本实验采用动态法测量软磁样品的动态磁滞回线和磁化曲线，测量曲线可连续或逐点显示在LCD（液晶）屏上，直观、简便、物理过程清晰。【实验目的】1.了解磁滞回线和磁化曲线概念，加深对磁材料矫顽力、剩磁等参数的理解。2.掌握磁材料磁化曲线和磁滞回线的测量方法，确定Bs、Br和Hc等参数。3.探讨励磁电流频率对动态磁滞回线的影响。【预备问题】1.为什么测磁化曲线先要退磁？

5、2.为什么测量磁化曲线要进行磁锻炼？3.为什么动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大？补充资料：P2页由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对铁磁材料预先进行退磁，以保证外加磁场H0时，B0；其次，磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减小，不可时增时减。退磁方法，从理论上分析，要消除剩磁B，只要通一反向电流，使外加磁场正好等于铁磁材料的矫顽磁力就行了，实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因此无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启示，如果使铁磁材料磁化达到饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐减小磁化电流，以至于零。那么该材料磁化过

6、程是一连串逐渐缩小而最终趋向原点的环状曲线，如图1所示，当H减小到零时，B亦同时降到零，达到完全退磁。可见，在进行测量时，一般要先退磁，再进行“磁锻炼”，然后进行正式测量。P2页 为了稳定闭合的磁滞回线，磁材料的每个磁化状态都要反复磁化，这种反复磁化的过程称为磁锻炼。由于动态法测量磁化曲线采用交变电流，每个磁化状态都经过充分反复磁化的过程的磁锻炼，才可得到稳定闭合的磁滞回线。P1页 静态的磁滞回线所包围的面积大小与磁滞损耗成正比，而实验中用交流磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比静态的要大一些。【实验仪器】FC10-II型智能磁滞回线实验仪。【

7、实验原理】1.铁磁材料的磁化规律 (1) 初始磁化曲线 图2 磁滞回线在强度为H的磁场中放入铁磁物质，则铁磁物质被磁化，其磁感应强度B与H的关系为：B = H，为磁导率。对于铁磁物质，不是常数，而是H的函数。如图1所示，当铁磁材料从H=0开始磁化时，B随H逐步增大，当H增加到Hs时，B趋于饱和值Bs，Hs称为饱和磁场强度。从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线OS，称为初始磁化曲线。(2) 磁滞回线 如图2所示，当磁材料达到饱和磁化Bs后，如果将H减小，B也减小，但沿与OS不同的路径ab返回。当H=0时，B=Br，到达b点，Br称为剩磁。欲使B=0，必须加反向磁场，当H=-Hc，B=0（完全退磁），

8、到达c点，bc段曲线称为退磁曲线，Hc称为矫顽力。如果反向磁场继续增大，磁性材料将反向磁化。当H=-HS时，磁化达到反向饱和，B=-Bs，到达d点。此后若减小反向磁场使H=0，则B= -Br，到达e点；当H=Hc时，B=0，到达f点；再次当H=Hs时，B=Bs，回到正向饱和状态a点。经历这样一个循环后形成的闭合曲线abcdefa称为磁滞回线。HS、BS、Br、Hc是磁滞回线的特征参数。剩磁r反映介质记忆能力的大小，矫顽力Hc反映铁磁材料是硬磁还是软磁。磁性材料的磁化特性不仅与材料自身的性质有关，还与材料形状、磁化场频率及波形有关。 图4 退磁过程由于磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在

9、实验过程中磁化电流只允许单调地增加或减少，不能时增时减。当从初始状态H =0、B =0开始周期性地改变H的大小和方向时，可以得到面积由大到小的磁滞回线簇，如图3所示。图3的原点0和各磁滞回线的顶点a1,a2,a3,，a所连成的曲线,就是初始磁化曲线。在测定初始磁化曲线时，首先必须将磁材料充分退磁，以保证每次都是从原始状态（H =0，B =0）开始。退磁方法为：先用大磁化电流让铁磁材料饱和磁化，然后缓慢减小交变电流，利用逐渐衰减的交变电流对磁材料反复磁化，最后将电流调为零，重复23次即可完全退磁。退磁回线是一串面积逐渐缩小而最终趋于原点0的环状曲线，如图4所示。为了得到稳定闭合的磁滞回线，磁材料

10、的每个磁化状态都要反复磁化，这种反复磁化的过程称为磁锻炼。由于动态法测量磁化曲线采用交变电流，每个状态都经过充分的磁锻炼，所以可随时测得稳定闭合的磁滞回线。2.实验原理 如图5所示，待测样品为磁环，磁环的励磁线圈匝数为N1，测量磁环磁感应强度B的测量线圈匝数为N2。R1为励磁电流的取样电阻，R2为积分电阻，C为积分电容。在线圈N1中通入磁化电流I1，根据安培环路定律，磁环中产生的磁场H为： （1）式中L为磁环样品的平均磁路长度。取样电阻R1的输出电压为： （2）由式（1）和式（2）得： （3）在式（3）中，N1、L、R1为已知常数，只要测出UH，就得到磁场强度H。设磁场H在磁环样品中产生的磁感

11、应强度为B，由电磁感应原理可知，有效横截面积为S2的测量线圈的磁通量=BN2S2，测量线圈产生的感生电势为： （4）为了测量B，用R2C电路对感生电势E2进行积分，选择R2和C的数值使R21/C，为励磁电流的圆频率（ 即角频率2f ），则E2 I2 R2，积分电容C的输出电压UB为： （5）由式（5）得： （6） 式（6）中，N2、C、S、R2为已知常数，只要测出UB，就得到磁场感应强度B。【实验内容与步骤】图6是FC10-II型智能磁滞回线实验仪，包括样品测试箱（有红色和蓝色两个磁环样品）和LCD智能测试仪两个部分，LCD显示屏可代替示波器直接显示测量曲线和剩磁、矫顽力等数据，实验数据及输入

12、参数可保存和随时调用。其详细使用方法见附录1。1.选择测试箱的磁样品（红色或蓝色磁环）。红色磁环为软磁材料，蓝色磁环为硬磁材料，它们的几何参数相同：截面S=124mm2，平均磁路长度L=130mm，N1 =N2 =100匝。图6 FC10-II 型智能磁滞回线试验仪 5. 5R1R2CN1N2LS按图6连线：将测试箱信号源的输出端连到磁样品的励磁线圈输入端，将磁样品测量线圈的输出端连到RC积分电路的输入端，将测试箱UH和UB的输出端分别接到LCD智能测试仪的UH (X)和UB (Y)的输入端，并将它们的接地端相连。2.选取测试箱元件参数。取样电阻R1=5.5 ，积分电阻R2=30K，积分电容C

13、 = 3.0F，保证R21/C。注意：R2不能小于10 K，C不能小于1.0F，否则磁滞回线会畸变。3.观察磁滞回线簇和初始磁化曲线 （1）接通实验仪电源，选取励磁信号源的幅度和频率。励磁信号源为正弦波，频率在20200Hz连续可调，并由4位数码管显示，幅度可用波段开关分档可调。选取正弦信号的频率（如50Hz），幅度波段开关放合适位置（如档）。（2）用LCD智能测试仪观测磁滞回线簇和初始磁化曲线 打开LCD智能测试仪的电源后，LCD显示初始界面，屏幕右下角显示“F S ”字符，表示目前可以响应“S/预置”键和“F/采样间隔”键，其他按键目前暂不能响应。说明：按键上的“数字”或“字母”代表该键编

14、号，按键上的“汉字或+1/-1”代表该键的功能。 按“S/预置”键：通过“ 0/+1”“1/-1”，“2/左移”，“3/右移”键来设置“取样电阻R1、积分电阻R2、积分电容C”参数，以便微电脑可以根据实验数据计算B或H值，描绘磁滞回线或磁化曲线。磁样品的“L、横截面积S、励磁线圈匝数N1、测量线圈匝数N2”已经预置好，不要修改。参数设置好后，按“D/确定”键，保存设置参数。此时LCD上显示B-H直角坐标轴。按“5/回线簇”键：自动测量并显示一条与励磁正弦信号幅度相对应的磁滞回线。依次将励磁正弦信号的幅度波段开关调至档、档，则自动测量并显示面积逐次增大的其他磁滞回线，得到磁滞回线簇（共测6条磁滞

15、回线），将原点0与各磁滞回线的顶点a1,a2,a3,，a相连,得到初始磁化曲线。观察并记录这些磁滞回线的形状与特征，以便与后面逐点测量的磁滞回线比较。4.逐点测量初始磁化曲线 （1）将励磁正弦信号的频率调为50Hz，幅度波段开关调至0档，从退磁状态开始测量。（2）按“D/确定”键，结束当前操作。（3）按“4/起始磁化曲线”键：测量并显示与励磁正弦信号幅度相对应的起始磁化曲线的一个点及B、H值，将B、H值记录到数据表1（自拟）；然后将励磁正弦信号的幅度波段开关调至档，按“4/起始磁化曲线”键，则显示磁化曲线的第2个点和B、H值，记录B、H值；依次方法逐步增大励磁正弦信号幅度直到磁化曲线饱和，从而得到起始磁化曲线。将所有点的B、H值记录到数据表1。画出LCD屏上的初始磁化曲线，以作数据处理时参考。注意：如果漏记了前面某个测量点的B、H值，可以按“7/逐点查询”键来查询。每按1次该键，从磁滞回线右上角开始按选择的步长和逆时针方向，LCD屏上用“加亮”方式显示该点，并显示该点的B和H值。（4）将励磁正弦信号的频率调为100Hz，重复上述操作，再测另一条初始磁化曲线，与50Hz初始磁化曲线进行比较。表1 （硬磁材料）初始磁化曲线的测量数据表50HzH（3.75103A/m）0B（10-5T）75Hz