鐵磁質(zhì)動(dòng)態(tài)磁滯回線的測試

鐵磁質(zhì)動(dòng)態(tài)磁滯回線的測試 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.學(xué)會(huì)如何用示波器變相地測量非電壓量的方法 2.了解用示波法測鐵磁物質(zhì)動(dòng)態(tài)磁滯回線的基本原理 3.了解磁性材料的特性 二．實(shí)驗(yàn)原理 1.鐵磁質(zhì)和磁滯 在磁場的作用下， 能發(fā)變化并能反過來影響磁場的媒質(zhì)叫做磁介質(zhì)，磁介質(zhì)按其磁特性可分為鐵磁質(zhì)和非鐵磁質(zhì) （包括順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)）。工藝技術(shù)上廣泛應(yīng)用的磁性材料主要是鐵磁性材料，鐵，鈷，鎳及其許多合金以及含鐵的氧化物（鐵氧體）都屬于鐵磁質(zhì)。磁化性能（或磁化規(guī)律）是指 M 與 B 之間的依從關(guān)系。由于 B H M U 0 也可以說磁化性能是指 M 與 H 的關(guān)系或Ｂ與Ｈ的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)易于測量Ｂ和Ｈ，所以我們用實(shí)驗(yàn)來研究Ｂ與Ｈ的關(guān)系。 （圖８－１）是一個(gè)典型的磁化曲線，表示磁化過程中磁化強(qiáng)度與磁場的變化關(guān)系。 ＯＳ表示對于未磁化的樣品施加磁場Ｈ， 隨Ｈ增加磁化強(qiáng)度不斷 增加，當(dāng)Ｈ增加到Ｈ Ｓ（稱為飽和磁場強(qiáng)度）時(shí)磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和強(qiáng) 度 M S，曲線ＯＳ稱為起始磁化曲線。這條曲線的顯著特點(diǎn)是它的非線性。達(dá)到飽和以后，再減小磁場，磁化強(qiáng)度并不是可逆地沿原始的磁化曲線下降， 而是沿著圖中ＳＲ變化， 與起始磁化曲線并不重合在Ｒ點(diǎn)磁場已減為零， 但磁化強(qiáng)度并沒有消失。 比較曲線ＯＳ段與ＳＲ段可知，雖然Ｈ減少時(shí)Ｂ也隨時(shí)減少，但是Ｂ的減少“跟不上”Ｈ的減少，這種現(xiàn)象叫做磁滯（磁性滯后） ，BR 稱為剩磁。當(dāng)磁場沿相反方向增加 -HC 到時(shí)，磁化才變?yōu)榱悖?HC 稱為矯頑力。繼續(xù)增加反向磁場到 -HS 可以使磁化強(qiáng)度將完成如圖所示的回線 SRCS’R’C’S，稱為磁滯回線，上面的磁滯回線是令 H 從飽和磁化強(qiáng)度 HS 出發(fā)得到的，實(shí) 際上，從起始磁化曲線上的任一點(diǎn)Ｍ (HM <HS)開始減少磁場強(qiáng)度，都 可得到一個(gè)磁滯回線，對同一個(gè)鐵磁質(zhì)存在無數(shù)個(gè)磁滯回線， 如圖（８ －２）所示。但是如果從起始磁化曲線上Ｈ值大于 HS 的一點(diǎn)（如圖 的Ｎ點(diǎn)）出發(fā)，減?。葧r(shí)，則磁化狀態(tài)將先沿起始磁化曲線退到 S 然后沿磁滯回線上半段到 S’，再沿反向的起始磁化曲線到 N’，再沿同一曲線退回 S’，再沿磁滯回線下半段 S’S 到 S,最后回到 N?？梢?SRCS’R’C’S 是最大的一條磁滯回線，稱為飽和磁滯回線。 當(dāng)鐵磁材料處在周期性交變磁場中， 鐵磁質(zhì)周期地磁化， 相應(yīng)的磁滯回線稱為交流磁滯回線， 它最能反映在交變磁場作用下樣品內(nèi)部的磁狀態(tài)變化過程。 磁滯回線所包圍的面積表示在鐵磁材料通過一磁化循環(huán)中所消耗的能量。叫做磁滯損耗。 （磁滯損耗與鐵磁質(zhì)中由于 渦流而出現(xiàn)的渦流損耗有所不同的起因， 合起來叫做鐵心損耗簡稱鐵損。）鐵損不但造成能量浪費(fèi)，而且使鐵習(xí)溫度升高，導(dǎo)致變壓器及電機(jī)中絕緣材料的老化，所以應(yīng)該盡量減小?？梢宰C明，磁滯損耗與磁滯回線所圍面積成正比， 因此要減少磁滯損耗就應(yīng)選用磁滯回線細(xì)窄的鐵磁質(zhì)。工程上把鐵磁質(zhì)分為軟磁材料（軟鐵）和硬磁材料（硬鐵）兩大類。軟磁材料磁滯回線細(xì)窄，矯頑力很?。挥泊挪牧锨∏∠喾矗▓D８－３）。軟磁材料適于制造變壓器和電機(jī)，硬磁材料適于制造永磁鐵。 ２.磁滯回線的測量，定標(biāo) 示波器只可采集電壓信號， 測量動(dòng)態(tài)磁滯回線時(shí)， 必須將非電壓量 H 和 B 轉(zhuǎn)換成電壓量才能顯示出來。測定鐵磁材料的磁滯回線常用的 方法如下：先把待測樣品制成環(huán)形， 利用取樣電阻和線圈的互感分別 取得正比于 H 和 B 的電壓信號，再分別送到示波器的 X 軸和 Y 軸，便可觀察到磁滯回線。具體方法如下：（１）磁場強(qiáng)度的獲取 示波器 X 軸輸入電壓為 U X I1 R1 ，所以電子束在 X 軸上的偏轉(zhuǎn)跟磁化電流 I1 成正比，根據(jù)安培環(huán)路定律： I1 N1 HL 得 U X LR1 H (8-1) N1 式中 N1 為待測樣品初級線圈匝數(shù)，Ｌ為鐵芯的平均磁路。 式（８－１）表明，在交變磁場下，任一時(shí)刻ｔ，電子束在 X 軸偏 轉(zhuǎn)這正比于磁場強(qiáng)度 H。 （２）磁感應(yīng)強(qiáng)度的獲取 鐵磁質(zhì)中的Ｂ由電磁感應(yīng)原理測量如（圖８－４）所示，由法拉 第電磁感應(yīng)定律可知，在副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 d dB DN2 dt N2 S dt 則 1 dt B N 2 S  （ 8-2） （8-3） 式中 N 2 為樣品次級線圈的匝數(shù)； S 為樣品鐵芯截面積。 由式（８－３）可知，只有對 積分才能得到 B 值，為此我們采 用 RC 積分器處理后送入軸代表Ｂ . 所以有 U y U C B (8-4) 即電子束在 Y 軸偏轉(zhuǎn)正比于磁場強(qiáng)度Ｂ。 （3）對示波器 X.Y 軸分別進(jìn)行定標(biāo) H.B 為了從熒光屏上記下磁滯回線的值，求得他們的實(shí)際值，必須對示 波器的 X.Y 軸分別按定標(biāo) H.B。 對 x 軸由式可得 H N1U X (8-5) LR1 對 Y 軸，用標(biāo)準(zhǔn)互感器 M 取代被測樣品。保持 R1， R1 和 C 不變， 調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使示波器的垂直線段等于（圖 8-4）中+BS 和-BS 到的高 度?；ジ衅鞲边叺母袘?yīng)電動(dòng)勢為 M di dt 積分得 dt M di Mi  （ 8-6）（8-7） 將式（ 8-7）代入得 B(t ) 對 BS 則有  Mi (t ) N 2S BS MI 1m 2MI 1 N2S N2 S (8-9) 對回線的任一點(diǎn)的 B 的標(biāo)定也是同樣的道理。 三．實(shí)驗(yàn)儀器和用具 交流磁滯回線測試儀、可調(diào)隔離變壓器、示波器、標(biāo)準(zhǔn)互感器、交流電流表 四．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.顯示和觀察交流磁滯回線，交流退磁。 調(diào)好示波器，使光點(diǎn)調(diào)至熒光屏中心，調(diào)節(jié)示波器兩通道的 Y 衰減的微調(diào)至校準(zhǔn)位置，逐漸增大磁化電流，使磁滯回線上的 B 值能達(dá)到飽和。然后逐漸減少電流至零，這樣實(shí)現(xiàn)交流退磁2.測定飽和磁滯回線。 （ 1）測定若干 B、H 的值，并列表記錄。 （ 2）對 X、 Y 軸定標(biāo) 對 X 軸定標(biāo)：根據(jù) X 軸坐標(biāo)軸分度值 SX, 直接計(jì)算 H 軸的分度值 SH,即將 SX 代入，即得 SH N1 SX LR1 對 Y 軸定標(biāo)：用標(biāo)準(zhǔn)互感器 M 取代被測樣品。記錄下此時(shí)對應(yīng)的初級線圈回路的電流 I’，在調(diào)節(jié)調(diào)壓器，測得幾組，根據(jù)公式計(jì)算每組對應(yīng)的 B’值，從而求得 SB,再取幾組平均得 B 軸度值。 2.測繪交流基本磁化曲線 列表測量大小不同的各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn)，然后作圖連成光滑的曲 線。 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如下： 序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 X/ 格 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.20 1.4 0.70 0.90 1.30 1.10 Y/ 格 0.00 0.60 1.40 1.62 1.78 1.83 2.0 1.65 1.71 1.90 1.81 根據(jù)數(shù)據(jù)得出的圖象： F=92.2Hz CH1=20mv CH2=10V R1=10Ω R 2 =30KΩ C=1uF （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如下： X/ 格 Y/ 格 1.4 2 2 1.3 1.95 1.98 1.2 0.9 0.7 0.6 1.61 1.60 0.4 1.45 1.20 0.3 1.4 1.0 0.2 1.4 -1.0 0.1 1.3 -1.2 0 -1.4 -0.4 -0.2 -1.4 -1 -0.3 -1.31 -1.33 -0.4 -1.31 -1.33 -0.6 -1.79 -1.8 根 據(jù) 測 得 的 數(shù) 據(jù) 畫 出 圖 形 為 X/ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2 2.5 3 4 5 格 H 0 0.24 0.48 0.72 0.96 1.21 1.79 2.41 2.98 3.57 4.76 5.95 Y格 0 0.02 0.04 0.07 0.12 0.2 0.6 0.9 1.2 1.4 1.6 1.8 B 0 0.38 0.75 1.32 1.91 3.77 0.14 16.95 22.58 26.36 30.12 33.82 （ 3）根據(jù)公式六、總結(jié)：  H N1 SX X B R2 CSY Y 計(jì)算得相關(guān)數(shù)據(jù) LR1 N 2 S 1． 由于讀數(shù)上的誤差畫出來的圖形和實(shí)際的圖形存在著較大 的誤差，圖形的吻合度不高。 2．實(shí)驗(yàn)的時(shí)候要注意示波器的狀態(tài)，圖形的合成的操作需要留 意。 3．實(shí)驗(yàn)過程圖形的出現(xiàn)需要耐心，并且在讀數(shù)的時(shí)候，需要細(xì) 心的讀數(shù)。