8+《测磁滞回线》——用示波器观测动态磁滞回线讲义(教705).doc

用示波器观测动态磁滞回线 【实验简介】 磁性材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器的铁芯到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料是最常见和最常用的磁性材料。它分为硬磁和软磁两大类，其根本区别在于矫顽力的大小不同。硬磁材料的剩磁和矫顽力大，因而磁化后，其磁感应强度可长久保持，适宜做永久磁铁。软磁材料的矫顽力小，但磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故广泛用于电机、变压器、电器和仪表制造等工业部门。磁滞回线和磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征。本实验将采用动态法测量磁滞回线。 【实验目的】 1. 掌握利用示波器测量铁磁材料动态磁滞回线的方法； 2. 了解铁磁性材料的动态磁化特性； 3. 了解磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对饱和磁化强度、剩余磁化强度、矫顽力等物理量的理解。 【实验仪器与用具】 磁特性综合测量实验仪（包括正弦波信号源，待测样品及绕组，积分电路所用的电阻和电容）。双踪示波器，直流电源，电感，数字多用表。 磁特性综合测量实验仪主要技术指标如下： 样品1：锰锌铁氧体，圆形罗兰环，磁滞损耗较小。平均磁路长度=0.130 m，铁芯实验样品截面积=1.24×10-4 m2，线圈匝数：=150匝，=150匝；=150匝。 样品2：EI型硅钢片，磁滞损耗较大。平均磁路长度=0.075 m，铁芯实验样品截面积=1.20×10-4 m2，线圈匝数：=150匝，=150匝；=150匝。 信号源的频率在20～200 Hz间可调；可调标准电阻、均为无感交流电阻，的调节范围为0.1～11 Ω；的调节范围为1～110 kΩ。标准电容有0.1 μF～11 μF可选。 【实验原理】 1．铁磁材料的磁化特性 把物体放在外磁场中，物体就会被磁化。其内部产生磁场。设其内部磁化强度为，磁感应强度为，可以定义磁化率和相对磁导率表示物质被磁化的难易程度： 其中，是真空磁导率（）。由于，因此。物质的磁性按磁化率可以分为抗磁性、顺磁性和铁磁性三种。抗磁性物质的磁化率为负值，通常在的量级，且几乎不随温度变化；顺磁性物质的磁化率通常为之间，且随温度线性增大 ；而铁磁性物质的磁化率通常大于1，且随温度增高而变小。铁磁性材料主要是铁、钴、镍及他们的合金和氧化物，以及稀土与过渡族元素组成的合金等。由于铁磁材料的磁导率很高，常被用作电感、电磁铁、变压器的铁芯材料，以增大线圈中的磁通量。 除了磁导率高以外，铁磁材料还具有特殊的磁化规律。对于一个处于磁中性状态（，且）的铁磁材料加上由小变大的磁场进行磁化时，磁感应强度随的变化曲线称为起始磁化曲线，它大致分为三个阶段：（1）可逆磁化阶段，当很小时，随变化可逆，见图1中的OA段，若减小，会沿AO返回至原点；（2）不可逆磁化阶段，见图1中AS段，若减小，不会沿SA返回（比如当磁场从D点的减小到，再从增大到，轨迹会是图中点线所示的回线样式）；（3）饱和磁化阶段，见图1中SC段，在S点材料已经被磁化至饱和状态，继续增大，磁化强度不再增大，由于，会随线形增大，但增量极小。图中和表示刚刚达到饱和值时的和的值，分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度。 如果将铁磁材料磁化到饱和状态（图1中S点）后再减小磁场，那么磁感应强度会随减小而减小，但并不沿起始磁化曲线SAO减小，而是沿着SP这条更缓慢的曲线减小。当减小到0时，并不为0，称为矫顽力。当反向磁场达到，铁磁材料达到反向饱和磁化状态。而若从反向饱和值变到0，再增大至正向饱和值时，会沿曲线返回至正向饱和值。曲线与以原点O成中心对称，它们形成的闭合曲线叫做饱和磁滞回线。饱和磁滞回线反映了磁化场由变到再变回到往复一周的变化过程中，随的往复变化情况。 图1 铁磁材料的起始磁化曲线和饱和磁滞回线示意图 由于铁磁材料加上磁场后产生的不仅与有关，也与磁化历史有关，所以在研究铁磁材料的起始磁化性质时，通常先对铁磁材料进行退磁处理，使之达到磁中性状态，一种较为简便易行的方法是交流退磁。具体做法是，对材料加交变磁化场，先用大幅度励磁电流使它饱和磁化，再在不断改变磁场方向的过程中逐渐减小励磁电流幅度至0使它退磁。 如果磁场在任意[，]范围内作循环变化，那么也会做循环变化，形成一个闭合的磁滞回线。磁滞回线的面积对应于循环磁化一周所发生的能量损耗。对材料进行准静态磁化时，损耗来自于磁滞损耗。对材料进行交流动态磁化时，除了有磁滞损耗外，还会有涡流损耗和剩余损耗。一般由金属和合金所组成的金属磁性材料电阻率低，在高频磁化时其涡流损耗大，而由金属氧化物组成的铁氧体磁性材料电阻率高，高频条件下其涡流损耗很小。 动态磁滞回线形状与磁化场频率和幅度都有关。在同一频率下，交变磁场幅度不同时，动态磁滞回线也会不同。将磁场幅值从0增到，这些动态磁滞回线的顶点（，）的连线称为动态磁化曲线（见图2）。在这条线上