磁性材料磁滯回線測(cè)定

磁性材料磁滯回線測(cè)定 實(shí)驗(yàn)背景實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)主要現(xiàn)象操作過程數(shù)據(jù)記錄及處理實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)思考題 實(shí)驗(yàn)背景 磁性材料應(yīng)用廣泛，從常用的永久磁鐵、變壓器鐵芯、錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)用的磁帶、硬盤都采用磁性材料。磁滯回線和基本磁化曲線反映了磁性材料的主要特征。通過實(shí)驗(yàn)研究這些性質(zhì)不僅能掌握用示波器觀察磁滯回線，以及基本磁化曲線的基本測(cè)繪方法，而且能從理論和實(shí)際應(yīng)用上加深對(duì)材料磁特性的認(rèn)識(shí)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥檬静ㄆ鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)磁滯回線的原理和方法；了解磁性材料的基本磁化特性；掌握磁化曲線和磁滯回線的測(cè)量方法；進(jìn)一步熟悉數(shù)字示波器的使用。 實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)鐵磁物質(zhì)中不存在磁化場(chǎng)時(shí)，H和B均為 零。隨著磁化場(chǎng)H的增加，B也隨之增加。當(dāng)H增 加到Hm時(shí),B不再增加，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Hm和Bm稱為 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖1所示。這 時(shí)再使H退回到零，B減小到Br(非零值），即鐵磁 物質(zhì)中仍然保留一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁 滯， Br稱為剩磁。這說明要消除剩磁，H必須繼 續(xù)減小，出現(xiàn)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度-Hc,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。 實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)磁場(chǎng)H按“Hm -Hc -Hm 0 Hc Hm ”變化時(shí)，B所經(jīng)歷的相應(yīng)變化是“Bm Br 0 -Bm -Br 0 Bm ”,于是得到一條閉合的BH曲線，成為飽和磁化曲線。如圖一所示。而在磁化過程中，鐵磁物質(zhì)要消 耗額外的能量，并以熱的形式從鐵磁物質(zhì) 中釋放，這種損耗成為磁滯損耗。可以證 明，磁滯損耗和磁滯回線所圍面積成正 比。 圖 1、起始磁化曲線和磁滯回線 實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于初始狀態(tài)H=0，B=0的鐵磁材料， 在交變磁場(chǎng)強(qiáng)度由弱到強(qiáng)依次進(jìn)行磁化的 過程中，可以得到面積由小到大向外擴(kuò)張 的一簇磁滯回線。如圖2所示。這些磁滯回 線定點(diǎn)的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲 線。 圖2：基本磁化曲線 實(shí)驗(yàn)方法 由于鐵磁材料磁化過程的不可逆性及具 有剩磁的特點(diǎn)，在測(cè)定磁化曲線和磁滯回 線時(shí)，必須對(duì)鐵磁材料預(yù)先進(jìn)行退磁，以 保證外加磁場(chǎng)H=0時(shí)，B=0；其次，磁化電 流在實(shí)驗(yàn)過程中只允許單調(diào)增加或減小， 不可時(shí)增時(shí)減。 注意：為了得到最佳磁滯回線圖形，R2 選擇在100k 140k之間，以避免圖形 發(fā)生畸變。 實(shí)驗(yàn)儀器 DM1型磁滯回線測(cè)試儀數(shù)字示波器計(jì)算機(jī) DM1型磁滯回線測(cè)試儀 數(shù)字示波器 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、觀察動(dòng)態(tài)磁滯回線（1）觀察面積由小到大向外擴(kuò)張的動(dòng)態(tài)變化 磁滯回線；（2）調(diào)節(jié)出飽和磁滯回線；（3）把飽和磁滯回線給打印出來，并在打印 圖上標(biāo)出H m和Bm對(duì)應(yīng)的電壓值u1和 uc,以及Br和Hc對(duì)應(yīng)的電壓值uc和u1。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、測(cè)量基本磁化曲線（1）對(duì)被測(cè)磁性材料進(jìn)行退磁；（2）對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行磁化到飽和，均勻減小磁化電流（直到磁場(chǎng)消退），及時(shí)記錄不同磁化電流所對(duì)應(yīng)磁滯回線頂點(diǎn)的坐標(biāo)值。此過程要求記錄12至14組數(shù)據(jù)。 Auto setCH1 MENU CH2 MENU DISPLAY 選擇鍵DISPLAY CURSOR 光標(biāo) 1光標(biāo) 2選擇鍵 選擇鍵 返 回 目 錄 Auto setDISPLAYCH1 MENU CH2 MENU 選擇鍵 水平位置垂直位置 伏格伏格 伏格 選擇鍵 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 接下去我們講怎么使用WaveStar軟件來把數(shù)字示波器顯示的波形采集到電腦并 打印。 選擇鍵 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二:基本磁化曲線的測(cè)量 選擇鍵 CURSOR 選擇鍵 光標(biāo) 1光標(biāo) 2 選擇鍵 DISPLAY 選擇鍵 返 回 目 錄 數(shù)據(jù)記錄（1）設(shè)計(jì)三線表記錄R1、D外、D內(nèi)、h、R2、 C、N1等給定的常數(shù)值。 數(shù)據(jù)記錄（2）設(shè)計(jì)三線表記錄Br和Hc對(duì)應(yīng)的電壓值 uc和u1 。 （3）設(shè)計(jì)三線表記錄測(cè)量基本磁化曲線的電壓值。 數(shù)據(jù)處理（1）根據(jù)公式計(jì)算出剩磁Br和矯頑力Hc的 值以及各自的不確定度、相對(duì)不確定 度；（2）根據(jù)測(cè)量基本磁化曲線所得的數(shù)據(jù)，分 別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng) 度H，在坐標(biāo)紙上繪制出基本磁化曲 線。 數(shù)據(jù)處理注意：由于我們?cè)谧龌敬呕€的測(cè)量 時(shí)，磁滯回線頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是電壓峰-峰 值，于是我們數(shù)據(jù)處理時(shí)要先求出電 壓的有效值，再代公式求出磁場(chǎng)強(qiáng)度H 和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值。 對(duì)于我們?cè)趫D上讀出剩磁Br和矯頑力 Hc對(duì)應(yīng)的電壓已是電壓的有效值。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)一、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將信號(hào)源幅度輸出旋鈕逆時(shí)針 旋到底，使輸出信號(hào)最小。防止采樣電 阻過熱。二、觀察磁滯回線，數(shù)字示波器的顯示方式 應(yīng)設(shè)為“XY顯示格式”。三、測(cè)量基本磁化曲線應(yīng)先退磁，然后單調(diào) 增加磁化電流。測(cè)量u1和uc的電壓值應(yīng) 把數(shù)字示波器的顯示方式應(yīng)設(shè)為“YT顯示 格式”。測(cè)量值應(yīng)為有效值。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)四、實(shí)驗(yàn)儀輸出與示波器之間的連接線是旋 進(jìn)和旋出的。五、選擇不同量程的“伏/格”旋鈕和“探頭”值測(cè) 量電壓時(shí)，它們的極限誤差是不同的。 思考題1.為什么測(cè)量前要退磁？2.為什么磁化電流要單調(diào)增加或單調(diào)減小而不能時(shí)增時(shí)減？3.磁滯回線包圍的面積的大小有何物理意義？4.測(cè)定鐵磁材料的磁滯回線和磁化曲線有何意義？ 結(jié) 束