鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的觀測和研究的實驗報告_3

1、鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的觀測和研究的實驗報告鐵磁材料動態(tài)磁滯回線的觀測和研究的實驗報告鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線【實驗目的】1認識鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律比較兩種典型的鐵磁物質(zhì)的動態(tài)磁化特性。2測定樣品的基本磁化曲線作h 曲線。3測定樣品的hc、br、bm和hm?6?1bm等參數(shù)。4測繪樣品的磁滯回線?！緦嶒炘怼?起始磁化曲線和磁滯回線鐵磁物質(zhì)是一種性能特異用途廣泛的材料。鐵、鈷、鎳及其眾多合金以及含鐵的氧化物鐵氧體均屬鐵磁物質(zhì)。其特征是在外磁場作用下能被強烈磁化故磁導率很高。另一特征是磁滯即磁化場作用停止后鐵磁質(zhì)仍保留磁化狀態(tài)圖2-1為鐵磁物質(zhì)的磁感應強度b與磁化場強度h之間的關(guān)系曲線。圖2

2、-1 鐵磁質(zhì)起始磁化曲線和磁滯回線圖2-2 同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖中的原點o表示磁化之前鐵磁物質(zhì)處于磁中性狀態(tài)即bh0當磁場h從零開始增加時磁感應強度b隨之緩慢上升如線段oa所示繼之b隨h迅速增長如ab所示其后b的增長又趨緩慢并當h增至hm時b到達飽和值bmoabs稱為起始磁化曲線。圖2-1表明當磁場從hm逐漸減小至零磁感應強度b并不沿起始磁化曲線恢復到“o”點而是沿另一條新的曲線sr下降比較線段os和sr可知h減少b相應也減小但b 的變化滯后于h的變化這現(xiàn)象稱為磁滯磁滯的明顯特征是當h0時b 不為零而保留剩磁br。當磁場反向從0逐漸變至hc時磁感應強度b消失說明要消除剩磁必須施加反向磁

3、場hc稱為矯頑力它的大小反映鐵磁材料保持剩磁狀態(tài)的能力線段rd稱為退磁曲線。圖2-1還表示當磁場按hm0hc-hm0hchm次序變化相應的磁感應強度b則沿閉合曲線srdsrds變化這閉合曲線稱為磁滯回線。 所以當鐵磁材料處于交變磁場中時如變壓器中的鐵心將沿磁滯回線反復被磁化去磁反向磁化反向去磁。在此過程中要消耗額外的能量并以熱的形式從鐵磁材料中釋放這種損耗稱為磁滯損耗可以證明磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比。2基本磁化曲線應該說明當初始態(tài)為hb0的鐵磁材料在交變磁場強度由弱到強依次進行磁化可以得到面積由小到大向外擴張的一簇磁滯回線如圖2-2所示這些磁滯回線頂點a1、a2、a3、的連線為鐵磁材料

4、的基本磁化曲線由此可近似確定其磁導率因b與h非線性故鐵磁材料的不是常數(shù)而是隨h而變化如圖2-3所示。鐵磁材料的相對磁導率可高達數(shù)千乃至數(shù)萬這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。圖2-3 鐵磁材料與h 關(guān)系曲線圖2-4 不同鐵磁材料的磁滯回線可以說磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類和選用的主要依據(jù)圖2-4為常見的兩種典型的磁滯回線其中軟磁材料的磁滯回線狹長、矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小是制造變壓器、電機、和交流磁鐵的主要材料。而硬磁材料的磁滯回線較寬矯頑力大剩磁強可用來制造永磁體。3利用示波器觀測磁滯回線的原理圖2-5 原理電路圖利用示波器觀測磁滯回線的原理電路如圖2-5所示。待測樣品為ei型矽鋼片

5、其上均勻地繞以磁化線圈n及副線圈n。交流電壓u加在磁化線圈上線路中串聯(lián)了一取樣電阻r1。將r1兩端的電壓uh加到示波器的x輸入端上對dc4322b 示波器為通道。副線圈n與電阻r2和電容c串聯(lián)成一回路。電容c兩端的電壓ub加到示波器的y輸入端上對dc4322b示波器為通道。下面我們來說明為什么這樣的電路能夠顯示和測量磁滯回線。 uhx輸入與磁場強度h成正比設(shè)矩形樣品的平均周長為l磁化線圈的匝數(shù)為n磁化電流為i1注意這是交流電流的瞬時值根據(jù)安培環(huán)路定律有hlni1即i1hl/n。而uhr1i1所以可得2-1 式中r1、l 和n皆為常數(shù)可見uh與h成正比。它表明示波器熒光屏上電子束水平偏轉(zhuǎn)的大小與

6、樣品中的磁場強度成正比。 uby輸入在一定條件下與磁感強度b成正比設(shè)樣品的截面積為s根據(jù)電磁感應定律在匝數(shù)為n的副線圈中感應電動勢應為2-2 若副邊回路中的電流為i2且電容c上的電量為q則應有2-3 在上式中已考慮到副線圈匝數(shù)n 較少因而自感電動勢可忽略不計。在選定線路參數(shù)時有意將r2與c 都選成足夠大使電容c上的電壓降ubq/c比起電阻上的電壓降r2i2小到可以忽略不計。于是式2-3可以近似地改寫成2-4 將關(guān)系式代入式2-4得2-5 將上式與式2-2比較不考慮其負號在交流電中負號相當于相位差為時應有將等式兩邊對時間積分時由于b和ub都是交變的積分常數(shù)為0。整理后得2-6 至此可以看出在磁化

7、電流變化的一周期內(nèi)示波器的光點描繪出一條完整的磁滯回線。以后每個周期都重復此過程結(jié)果在示波器的熒光屏上看到一穩(wěn)定的磁滯回線圖形。如將uh和ub加到測試儀的信號輸入端可測定樣品的飽和磁感應強度bm、剩磁br、矯頑力hc、磁滯損耗bh以及磁導率等參數(shù)。圖2-6 實際測量中的示意線路圖實際測量中的示意線路如圖2-6所示。為了使r1上的電壓降uh與流過的電流i1二者的瞬時值成正比相位相同r1必須是無感或電感極小的電阻。其次為了操作安全和調(diào)節(jié)方便在線路中采用了一個隔離降壓變壓器b以避免后面的電路元件與 220 v市電直接相連。調(diào)壓變壓器用來調(diào)節(jié)輸入電壓u以控制磁化電流i1的大小?！緦嶒瀮x器】thmhc型

8、磁滯回線實驗儀與磁滯回線測試儀、示波器?！緦嶒瀮?nèi)容及步驟】1電路連接選樣品1按圖2-9在實驗儀上所給的電路圖連接線路并令r12.5“u選擇”置于0位。uh和ub即u1和u2分別接示波器的“x輸入”和“y輸入”“插孔”為公共端。2樣器退磁開啟實驗儀電源對試樣進行退磁即順時針方向轉(zhuǎn)動“u選擇”旋鈕令u從0增至3v然后逆時針方向轉(zhuǎn)動旋鈕將u 從最大值降為0其目的是消除剩磁確保樣品處于磁中性狀態(tài)即bh0如圖2-7所示。3觀察磁滯回線開啟示波器電源令光點位于坐標網(wǎng)格中心令u1.5v并分別調(diào)節(jié)示波器x和y軸的靈敏度使顯示屏上出現(xiàn)圖形大小合適的磁滯回線若圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)如圖2-8所示這時可降低勵磁電

9、壓u予以消除。圖2-7 退磁示意圖圖2-8 uh和b的相位差等因素引起的畸變4觀察基本磁化曲線按步驟2對樣品進行退磁從u0開始逐檔提高勵磁電壓將在顯示屏上得到面積由小到大一個套一個的一簇磁滯回線。這些磁滯回線頂點的連線就是樣品的基本磁化曲線。5觀察、比較樣品1和樣品2的磁化性能判定兩樣品的軟、硬磁性。u1.5 v或u2.0 vr12.5 6測繪h 曲線仔細閱讀測試儀的使用說明見參考資料接通實驗儀和測試儀之間的連線。開啟電源對樣品進行退磁后依次測定u0.51.03.0v時的十組hm和bm值作h 曲線。7令u1.5vr12.5測定樣品1的bm、br、hc和bh等參數(shù)。8取步驟7中的h和其相應的b值用坐標紙繪制bh 曲線如何取數(shù)取多少組數(shù)據(jù)自行考慮并估算曲線所圍面積?！緮?shù)據(jù) 處理】表2-1 基本磁化曲線與h 曲線uv hm103安/米bm10特斯拉b/h亨利/米0.5 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 表2-2 bh曲線u1.5 vr12.5