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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划不同材料的b-h曲线课题名称：磁滞曲线的测量一、实验基本概念磁滞回线的定义在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。铁磁质材料的磁化规律在强度为H的磁场中放入铁磁物质，则铁磁物质被磁化。铁磁物质的磁化规律可用磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来说明。初始磁化曲线和磁滞回线的基本概念初始磁化曲线：H?B直到饱和磁饱和现象：当HHm，Bm基本不变。磁滞回线：H从H
2、m逐渐减小，虽然B也随之减小，但并不按oa段逆向减小，而是按ab段减小，在H减为0时，B并未减为0，而是B=Br。剩磁：磁化后，当H=0，B=Br矫顽力：磁化后，要使B=0，必须施加反向磁化场，且使H=Hc磁滞回线：磁饱和后，使磁化场H从Hm到Hm的过程中，铁磁质的磁化状态沿如图的闭合曲线变化二、实验目的测量磁滞回线在不同频率下的B-H曲线三、实验电路图四、实验原理根据安培环路定律，磁环中产生的磁场H为：NIH?11式中L为磁环样品的平均磁路长度L取样电阻R1的输出电压为：UH?I1R1由式和得：H?N1LR1UH在式中，N1,L,R1为已知常数，只要测出UH，就得到磁场强度H.设磁场H在磁环
3、样品中产生的磁感应强度为B，由法拉第电磁感应定律可知，有效横截面积为S的测量线圈的磁通量=BN2S，测量线圈产生的感生电势为：d?dBE2?N2Sdtdt为了测量B，用R2C电路队感生电势E2进行积分，选择R2和C的数值使R2?1/C，为励磁电流的频率，则E2?I2R2，积分电容C的输出电压UB为：UB?UC?QC?1C?I2dt?N2SCR2?dB?N2SCR2B由式得：B?CR2SN2UB式中，N2,C,S,R2为已知常数，只要测出UB，就得到磁场感应强度B。五、实验接线磁滞回线：在信号源频率不变的情况下，可由示波器直接读出；不同频率下的B-H曲线，改变信号源频率而得；将信号源改为脉冲形式
4、的电压，观察B-H曲线实验磁性材料B-H特性的测量实验原理1.磁性材料自然界中的任何物质均有磁性，故其处于磁场中时，均或多或少地被磁化。假如用表示体积磁化强度，则，为体积磁化率。我们可根据的大小、符号及其他特性，大体上将物质磁性分成五种：1.逆磁性。此种磁性的0，即磁化强度与磁化场相反取向；值很小，约0506，且和温度无关。很多非金属如Si、S等及有机化合物类，多表现为此种磁性；2.顺磁性。其0，即磁化强度和磁化场同向；其数值也很小，约04左右，且与温度有关：多数服从居里外斯定律c，少数服从居里定律x=/T。P为顺磁居里点，在通常情况下，和磁化场无关。许多稀土和过渡族金属的盐类表现出此种磁性；
5、3.反铁磁性。这种磁性的和上述的顺磁性相似，在较高温度时服从居里外斯定律，c，不过a常为负值，并非真实的相变温度。真实的相变温度为N，在N范围内为典型的顺磁特性，而N范围内其值反而随温度的降低而减小；4.铁磁性。这是较复杂而对人类最有用的磁性之一，其既与温度、又与磁场有复杂的关系，当f时，此类物质表现出典型的顺磁性，值也较低；但在f区间，-呈复杂的关系，出现铁磁性，值与磁化场有关，其最大值因材料而异，在0005范围内。称相变点f为铁磁居里点；5.亚铁磁性。这是一种更为复杂的磁性，其宏观行为极似于铁磁性，只是此种磁性来源于物体内的大小不等但反向耦合的未抵消磁矩部分，故其M随温度的变化更复杂。以上
6、的五类磁性中，前三种为弱磁性，后两种为强磁性。2.原理介绍磁学量多数为导出量，例如电流、电压、作用力等可以直接测量，但磁通、磁感应强度等必须借助热学的、电学的、光学的物理量测量结果推算出来。常用的且方便的方法是利用电磁感应定律，从测量的电学量推算出磁学量。根据法拉第定律，一个开路线圈内的磁通发生变化时，其两端产生感应电压。如果线圈横截面积、匝数均为定值，则。对感应电压积分,则,则。对线圈两端感应电压进行积分，有许多办法和仪器。如冲击检流计、磁通计、-积分器、电压频率变换数值积分器、-有源积分器等等，近年用得比较普遍的是-有源积分器。基本的-有源积分器如图所示。考虑到运算放大器有很大的输入阻抗和
7、输入端可看成“虚地”的性质，有如下关系。1eit=Riit+ii(t)dtet=?1i(t)dt0Ci若适当选择、的数值，满足RC?1/2f，f为输入信号频率，则iite0t?若eit=?d?(t)dtei(t)R1ei(t)dt=?NSdB(t)dte0t=NSNSdBt=BRCRCRCB=e0即：3.仪器构成。图是根据法拉第感应定律用有源积分器进行-磁滞回线测量的仪器框图。其中函数发生器和功率放大器给磁化装置提供随时间变化的磁化电流，磁通变化率检测装置将感应电压et=?d?(t)dt积分器输出与磁通道成正比的信号至-记录设备的输入端。外加磁场测量装置测出与磁场对应的信号送至-记录设备的输入
8、端。于是记录到-曲线。再通过与的关系算出-曲线。反馈网络是为了控制函数发生器的扫描速度在变化剧烈区间，变化缓慢些，以便记录更精确。实验仪器电脑有源积分器线圈实验数据与处理1、实心磁铁测量实验中使用的磁铁直径，线圈匝数10。则磁铁面积S?，将实验中所得磁通量?除以nS得到磁感应强度B，单位mT。将图像平移，得到如下图像：可以得到：剩磁Br?矫顽力BHC?/m最大磁能积(HB)M?/m2、磁环测量首先测量空线圈：拟合后可以得到斜率a?；a?n?oS磁环外径=，内径=，匝数200.；则总面积S=；永磁体面积S1=B?aH?n?0HS1nS1根据公式：?aH?n?0HS1nS1处理数据，将磁通转化为磁
9、感应强度得到：*?20?B?单位分别为mWb、KA/m作图得到：很明显，在测量后半段，数据发生了漂移，但是由于考虑第二象限，影响不是很大，因此得到：剩磁Br?矫顽力BHC?/m最大磁能积(HB)M?/m思考题：如何利用B-H曲线算出内禀矫顽力？答：利用公式B?o?(H?M)，可以得到M-H曲线，得到M=0时的H值变为内禀矫顽力。用作图法求得的最大磁能积M与计算的M有何差别？答：做图法是采用近似的方法，简单快捷，而计算是精确的结果。磁性材料B-H特性的测量摘要：关键词：B-H磁滞回线剩磁Br最大磁能积m退磁曲线矫顽力BHc一、引言磁性材料，一般只具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料
10、。广义的磁性材料也包括具有实际应用价值或可能应用的反铁磁材料或其他弱磁性材料。磁性材料种类很多，磁特性参量不少。从技术应用角度出发，常关注材料的B-H特性。从B-H磁滞回线上可以方便地得到这样一些参量：剩余磁感应强度Br，其意义在于磁性材料被饱和磁化后，材料内部磁化场下降到零时，材料内所保存的磁感应强度值，通常Mr，其意义是对磁性材料反向磁化过程中，使B=0的反向磁场大小，通常BHcMHc。根据磁性材料矫顽力的大小，可将磁性材料分为三类，及软磁、半硬磁及硬磁。很多变压器铁芯，偏转线圈磁芯都是软磁材料制成的。硬磁材料都是作为磁场源来应用的。磁性材料应用十分广泛，其特性测量方法有特殊性。学习B-H
11、特性测量既有实用意义，又有方法学上的意义。二、实验原理磁学量多为导出量，例如电流、电压、作用力等可以直接测量，但磁通、磁感应强度等必须借助热学的、电学的、光学的物理量测量结果推算出来。常用的且方便的方法是利用电磁感应定律，从测量的电学量推算出磁学量。根据法拉第定律，一个开路线圈内的磁通发生变化时，其两端产生感应电压?(t)?d?(t)dt如果线圈很截面积S、匝数N均为定值，则对感应电压积分有则有?(t)?NSdB(t)dt?(t)dt?NS?tdB(t)dt1B(t)?NS?(t)dt0对线圈两端感应电压进行积分，有许多办法和仪器，用得比较普遍的是R?C有源积分器。基本的R-C有源积分器如图1
12、所示。图1有源积分器基本原理图考虑到运算放大器有很大的输入阻抗和输入端可看成“虚地”的性质，有如下关系：1?e(t)?Ri(t)?ii(t)dtii?C?e(t)?1i(t)dt0i?C?若适当选择R、C的数值，满足RC?1，f为输入信号频率，则2?fii(t)?ei(t)R1ei(t)dt?RCe0(t)?若ei(t)?(t)?d?(t)dB(t)?NS，则dtdtNSNSdB(t)?B?RCRCRCe0NSe0(t)?B?三、实验仪器图2是根据法拉第感应定律用有源积分器进行B-H磁滞回线测量的仪器框图。图2B-H回线测量仪器框图其中函数发生器和功率放大器给磁化装置提供随时间变化的磁化电流，
13、磁通变化率检测装置将感应电压e(t)?d?(t)送给积分器，积分器输出与磁通成正比的信dt号至X-Y记录仪的Y输入。外加磁场测量装置测出与磁场对应的信号送至X-Y记录仪的X输入。于是记录到-H曲线。再通过与B的关系算出B-H曲线。反馈网络是为了控制函数发生器的扫描速度在变化剧烈区间，变化缓慢些，以便记录更精确。四、硬磁材料的B-H磁滞回线测量硬磁材料矫顽力BHc高，饱和磁化场HS高。因此长江待测样品夹在电磁铁两磁极间，并尽可能使样品两端面平行光洁，与电磁铁两磁极紧密接触，以避免在样品内出现退磁场。在样品上紧密绕N匝线圈，线圈两端接入高输入阻抗的有源积分器。利用磁场的切向连续性，将特斯拉计探头紧
14、靠样品表面，测出样品的磁化场H。图3为测量装置示意图。图3硬磁材料B-H磁滞回线测量装置B-H磁滞回线的第二象限部分称退磁曲线，如图4所示。如将退磁曲线上各点的H值和B值相乘后，可发现乘积中有一个最大值，称为最大磁能积，即为M，是硬磁材料最重要的参数之一，并可近似地从作图法求得，即分别从Br和Hc作H轴与B轴的平行线交于O，则直线O-O与退磁曲线的交点P所对应的H与B值，就是达到该种硬磁材料最大磁能积的相应值。当利用硬磁材料产生恒定磁场时，就应根据实际可能，尽量将硬磁材料器件的形状设计成使该器件出于该种材料最大磁能积所对应的BM处。图4退磁曲线五、软磁材料的B-H磁滞回线测量软磁材料的Hc低，饱和磁化场HS低，一般情况将样品制成环状，作如图5的配置。在磁化线圈Ni中通过适当的交变电流使其磁化。线圈N2为检测线圈，其两端电压?(t)?d?(t)。dt图5软磁材
