用示波器觀察鐵磁材料的動態(tài)磁滯回線-實(shí)驗(yàn)報告

PAGEPAGE4用示波器觀察鐵磁材料動態(tài)磁滯回線【摘要】鐵磁材料按特性分硬磁和軟磁兩大類，鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線，反映該材料的重要特性。BHaBBsca'b'HHmoBrHc圖1起始磁化曲線和磁滯回線軟磁材料的矯頑力Hc小于100A/m，常用做電機(jī)、電力變壓器的鐵芯和電子儀器中各種頻率小型變壓器的鐵芯。磁滯回線是反映BHaBBsca'b'HHmoBrHc圖1起始磁化曲線和磁滯回線【關(guān)鍵詞】磁滯回線示波器電容電阻BmHmBrH【引言】鐵磁物質(zhì)的磁滯回線能夠反映該物質(zhì)的很多重要性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)主要運(yùn)用示波器的X輸入端和Y輸入端在屏幕上顯示的圖形以及相關(guān)數(shù)據(jù)，來分析形象磁滯回線的一些因素,并根據(jù)數(shù)據(jù)的處理得出動態(tài)磁滯回線的大致圖線?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.認(rèn)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HD、Br、BS和（Hm·Bm）等參數(shù)。3.測繪樣品的磁滯回線，估算其磁滯損耗?！緦?shí)驗(yàn)儀器】電阻箱(兩個),電容(3-5微法)，數(shù)字萬用表，示波器，交流電源，互感器?！緦?shí)驗(yàn)原理】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(qiáng)烈磁化，故磁導(dǎo)率μ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1為鐵磁物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁化場強(qiáng)度H之間的關(guān)系曲線。圖中的原點(diǎn)O表示磁化之前鐵磁物質(zhì)處于磁中性狀態(tài)，即B＝H＝O，當(dāng)磁場H從零開始增加時，磁感應(yīng)強(qiáng)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(dāng)H增至HS時，B到達(dá)飽和值BS，oabs稱為起始磁化曲線。圖1表明，當(dāng)磁場從HS逐漸減小至零，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不沿起始磁化曲線恢復(fù)到“O”點(diǎn)，而是沿另一條新的曲線SR下降，比較線段OS和SR可知，H減小B相應(yīng)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(dāng)H＝O時，B不為零，而保留剩磁Br。當(dāng)磁場反向從O逐漸變至－HD時，磁感應(yīng)強(qiáng)度B消失，說明要消除剩磁，必須施加反向磁場，HD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1還表明，當(dāng)磁場按HS→O→HD→-HS→O→HD′→HS次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B則沿閉合曲線變化，這閉合曲線稱為磁滯回線。所以，當(dāng)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(fù)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。圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖1鐵磁質(zhì)起始磁化曲線和磁滯回線圖3鐵磁材料μ圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖1鐵磁質(zhì)起始磁化曲線和磁滯回線圖3鐵磁材料μ與H并系曲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(jī)、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(qiáng)，可用來制造永磁體。觀察和測量磁滯回線和基本磁化曲線的線路如圖五所示。待測樣品為EI型矽鋼片，N為勵磁繞組，n為用來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B而設(shè)置的繞組。R1為勵磁電流取樣電阻，設(shè)通過N的交流勵磁電流為i，根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場強(qiáng)L為樣品的平均磁路∵（1）(1)式中的N1、L、均為已知常數(shù)，所以由可確定H。在交變磁場下，樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度瞬時值B是測量繞組n和電路給定的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，由于樣品中的磁通φ的變化，在測量線圈中產(chǎn)生的感生電動勢的大小為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，根據(jù)hm與bm等數(shù)據(jù)求出Hmi與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當(dāng)路端電壓為11.0V時,磁滯回線包圍的面積不再增大,達(dá)到飽和磁滯回線.如下圖，此時：參數(shù)hm(mV)bm(mV)hc(mV)br(mV)Hm(A/m)Bm(T)Hc(A/m)Bc(T)數(shù)據(jù)822.33264.50495.0214.01184.160.5249712.80.4247【誤差分析及改進(jìn)】實(shí)驗(yàn)中誤差的來源主要是一：線圈本身有內(nèi)阻，使得數(shù)據(jù)處理過程中對R1的處理偏小，使最終計(jì)算出的Hm偏大；二對線圈匝數(shù)和線圈橫截面積的估算，由于實(shí)驗(yàn)儀器參數(shù)的缺失，利用估算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理會有一定的偏差。改進(jìn)方法：可以利用低電阻測量阻值的方法，利用開爾文電橋法通直流電源然后測量線圈的確切阻值，從而利用線圈估算線圈匝數(shù)的時候也可以精確一些?！緦?shí)驗(yàn)過程中現(xiàn)象的討論及應(yīng)注意的問題】在實(shí)驗(yàn)過程中注意到：eq\o\ac(○,1)隨著電源頻率的增加，磁滯回線逐漸變化，最終當(dāng)電源頻率超過1kz時，磁滯回線會變成橢圓，這表明鐵磁介質(zhì)的磁化特性隨著磁化信號頻率的變化而變化。eq\o\ac(○,2)隨著R2的增大，磁滯回線的面積也隨之增大，這是因?yàn)锽mi=R2C2bmi/N2S，Bm與R2成正比；eq\o\ac(○,3)隨著R1的增大，磁滯回線額大面積反而減小，這是因?yàn)镠mi=N1hmi/LR1，Hm與R