1、1实验三 动态磁滞回线的测试一、实验目的1、观察磁滞现象，加深对铁磁材料主要物理量（如矫顽力、剩磁和磁导率等）的理解。2、根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度 BM、剩余磁感应强度 Br和矫顽力 Hc。3、学会在示波器上标定 H 和 B 的方法。二、实验仪器DM-1 型动态磁滞回线实验仪，双踪示波器三、实验原理利用示波器测动态磁滞回线的原理电路图 1 如下：图 1 动态磁滞回线实验原理图图 2 磁滞回线图磁滞是铁磁物质在磁化和去磁过程中,磁感应强度不仅依赖于外磁场强度,而且还依赖于它的原先磁化程度的现象。用图形表示铁磁物质磁滞现象的曲线称为磁滞回线,它可通过实验测得。当磁化场 H 逐渐增加
2、时,磁感应强度 B 将沿 OM 增加,OM 称为起始磁化曲线,如果将磁化场 H 减小,B 并不沿原来的曲线减小,而是沿 MR 曲线下降,即使磁化场 H 为零时,它仍abHBrccHr-BeMmmmm2保留一定的 B,(如图 2 中 R 点),0R 表示当磁场为零时的磁感应强度,称为剩余磁感应强度。当反向磁化场达到某一值,磁感应强度变为零时,所必须加的外磁场 Hc，称为矫顽力。rB当反向磁场继续增加,反向磁感应强度很快达到饱和(如图中 点),最后逐渐减小反向磁M场时,磁感应强度又逐渐减小,这样多次重复改变磁化场强度，磁感应强度 B 将形成一闭合曲线,即磁滞回线。由于铁磁物质处在周期性交变磁场中,
3、铁磁物质周期地被磁化,相应的磁滞回线称为交流磁滞回线,它最能反映在交变磁场作用下样品内部的磁状态变化过程。磁滞回线所包围的面积表示在铁磁物质通过一磁化循环中所消耗的能量,叫做磁滞损耗,在交流电器中必须尽量减小磁滞损耗。从铁磁物质的性质和使用方面来说,它主要按矫顽力的大小分为软磁材料和硬磁材料两大类。软磁材料矫顽力小,这意味着磁滞回线狭长,它所包围的“面积”小,从而在交变磁场中磁滞损耗小,因此适用于电子设备中的各种电感元件、变压器、镇流器中的铁芯等。硬磁材料的特点是矫顽力大,剩磁 Br 也大,这种材料的磁滞回线“肥胖”,磁滞特性非常显著,制成永久磁铁应用于各种电表、扬声器、录音机等。H、B 值的
4、获得：用示波法测量磁滞回线必须使示波器的水平(X 轴)输入电压正比于被测样品中的 H,使垂直(Y 轴)输入电压正比于样品中的 B,并保持 B(H)为样品中的原有函数关系,这样才能在示波器的荧光屏上如实地显示出样品的磁滞回线。图 3 H 定标原理图由 H 定标电路图 3：电阻 R1的电压 UR1正比于 H。即：（1）1LNR式中 为磁化电路中的串联电阻,亦称取样电阻。1R3图 4 B 定标原理图由 B 定标电路图 4：电容电压 Uc 正比于 B 。即：(2)CUSNR2上式说明电容器上的电压 Uc 与 B 成正比,故将电容两端电压作为 Y 轴的输入电压,此电压正比于样品中的 B,将 R1两端电压
5、作为 X 轴的输入电压,此电压正比于样品中的 H,这样在荧光屏上显示的图形就能真实反映被测样品的磁滞回线。加大磁化磁场使铁磁材料达到饱和,即增大磁化场时磁滞回线的面积基本不增加,只是回线端点向外扩展而已,此时的磁滞回线称为饱和磁滞回线。四、实验内容1、按图 5 连接电路，打开示波器和磁滞回线组合仪的电源开关，初步调出磁滞回线。图 5 动态磁滞回线电路连接42、调节示波器的 Y 和 X 增益（V/cm）旋钮，使磁滞回线具有适当大小，保证饱和磁滞回线不超过示波器的标尺范围，然后准确读出和记下H m、B m、H c、B r各点的值（此时这些量以示波器上的 X、Y 坐标值表示）和示波器 Y 和 X 增
6、益（V/cm）的值。Hm= (格) H c= (格)Bm= (格) B r= (格)3、定标 H 和 B：在严格保持示波器的 Y 和 X 增益不变的条件下，进行 H、B 的定标。1）H 的标定：按图 6 连线，数字电流/电压表旁的子开关拨向 mA 档，调节幅度调节旋钮，在示波器上显示一水平直线，分别记录数字电流表上的读数。X/格 0 1.2 2.0 2.4 3.2 4.0Ix/mA图 6 H 定标的实验电路连接用最小二乘法拟合，得示波器 X 轴的灵敏度 Sx。2）B 的标定：按图 7 连接线路。数字电流/电压表旁的子开关拨向 mV 档，调节幅度调节旋钮，在示波器上显示一垂直直线，分别记录数字电
7、压表上的读数。Y/格 0 1.2 2.0 2.4 3.2 4.0Uy/mA5图 7 B 定标的实验电路连接用最小二乘法拟合，得示波器 Y 轴的灵敏度 Sy。五、数据处理1 参数：被测样品的平均周长 L = 0.141m，被测样品的截面积 S = 9.1*10-5m2，螺绕环原线圈与次级线圈的匝数 N 1=N2=86，电阻 R1=10，R 2=100103 ，电容 C2 =1.0106 F。2 H 与 B 的计算公式（注意各量都在 SI 制下）： )4()(21 NYBXS由 H 和 B 定标出的灵敏度 Sx与 Sy按公式（3） 、 （4）计算在磁滞回线上所测的Hm、B m、H c、B r值（X、Y 为H m、B m、H c、B r所对应的格数）：Hm= （A/m） H c= （A/m）Bm= （T） B r= （T）3、 由在磁滞回线上所测的H m、B m、H c、B r的值和对示波器的 X 轴、Y 轴进行的 H和 B 值的定标在实验报告的坐标纸上作出铁磁物质动态磁滞回线。六、思考题1、全部完成 B-H 曲线的测量以前，为什么不能变动示波器面板上的 X，Y 轴的增幅旋钮？2、简要说明铁磁材料磁滞回线的主要特性。6
