实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定本实验中用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测得的 B H 曲线称为“动态磁滞回线”测量磁性材料动态磁滞回线的方法较多， 用示波器法测量动态磁滞回线的方法具有直观、方便、迅速以及能够在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测量的独特优点实验目的 】1．利用动态法测量磁性材料的磁化曲线和磁滞回线；2．了解磁性材料的基本特性；3．了解磁性材料的退磁以及磁锻炼的方法实验仪器】CZ-2 磁滞回线装置，可隔离变压器，万用表，标准互感器，电键等【实验原理】一、铁磁材料的磁滞性质图 16-1 磁滞回线示意图铁磁材料除了具有高的磁导率外， 另一个重要的特点就是磁滞 当材料磁化时，磁感应强度 B 不仅与当时的磁场强度 H 有关，而且决定于磁化的历史情况，如图16-1 所示当 H 增加到某一值 H s 时， B 几乎不再增加，说明磁化已达饱和材料磁化后， 如使 H 减小， B 将不沿原路返回， 而是沿另一条曲线 ACA 下降 当 H 从H s 增加时，将沿 A C A 曲线到达 A ，形成一个闭合曲线称为 “磁滞回线 ”，其中－77－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定H 0 时， B Br ， Br 称为 “剩余磁感应强度 ”。
要使磁感应强度为零，就必须一个反向磁场 H c ， H c 称为 “矫顽力”此曲线和原点中心对称， 不同的 I 值即不同外磁场值所对应的回线大小也不同 在磁测量中， 进行反复磁化过程的操作称为 “磁锻炼 ”，所得到的一系列振幅不同的磁滞回线端点轨迹的连线， 称为 “基本磁化曲线 ”，如图 16-1 中曲线 OA 各种铁磁材料有不同的磁滞回线，主要区别在于矫顽力的大小，矫顽力大的称为硬磁材料，矫顽力小的称为软磁材料由于铁磁材料的磁滞性质，磁性材料所处的某一状态必然和它的历史有关为了使样品的磁特性能重复出现，也就是指所测得的基本磁化曲线都是由原始状态（ H 0 ， B 0 ）开始，在测量前必须进行退磁，以消除样品中的剩余磁性二、示波器测量磁滞回线的原理如图 16-2，为测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路图将样品制备成闭合的方形（或环行） ，然后均匀地绕以磁化线圈 N1 以及副线圈 N 2 ，（如果是环行样品绕制，则叫罗兰环） 图 16-2 测量铁磁材料动态磁滞回线的原理电路交流电压 u 加在磁化线圈上， R1 为取样电阻，其两端电压 u1加到示波器的 x 轴输入端上副线圈 N 2 与电阻 R2 及电容 C 串联成一闭合回路，电容 C 两端的电压 uC 加到示波器的 y 轴输入端上。
1． u x （ X 轴输入电压）正比于铁磁样品内的磁场强度 H设样品的平均周长为 L ，磁化电流为 i （瞬时值），根据安培环路定理有：H dl NiL－78－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定HL N1i而：u xiR1所以uxR1L H（ 16-1）N1由于 R1 , L, N1 均为常数，因此，该式清楚表明示，任意t 时刻示波器荧光屏上电子束水平偏转位移的大小（ x u x ）与样品中的磁场强度 H 成正比2． uC （示波器 Y 轴输入电压）在一定条件下正比于样品中的磁感强度B图 16-2 所示，设样品的横截面积为S，根据电磁感应定律，在匝数为N2 的副线圈中，感应电动势为：2N 2dN 2 S dB（ 16-2 ）dtdt此外，在副线圈中的电流为i 2 且电容 C 上的电量为 q 时，又有：2R2i2q（ 16-3 ）C上式中，考虑到副线圈 N 2 较少，因而自感电动势未加以考虑同时， R2 与 C 都做成足够大，使电容C 上的电压降（ uCq）比起电阻上的C电压降 R2i 2 小到可以忽略不计为此，上式可写成：2R2i 2（ 16-4 ）结合（ 16-2）、（ 16-10 ）两式，不考虑（ 16-2）中的负号（在交流电中负号相当于相位差为）时，且考虑到dqd (uC C )duC，可得：i 2dtCdtdtdBR2 i2 R2CduC（ 16-5 ）N 2 Sdtdt－79－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定两边积分得 uC 和 B 间的瞬时关系：uCN 2 S（ 16-6 ）BR2 C由于 N 2，S，R2，C 等皆为常数， 所以，上式清楚地表明了输入到示波器Y 轴上的电压 uy (即 uC ) 正比于样品中的磁感强度B 。
由此可见，在磁化电流变化的一周内，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，并在以后每个周期都重复此过程，这样，在示波器的荧光屏上将会看到一个稳定的磁滞回线图象3．测量标定本实验不仅要求能用示波器显示出待测材料的动态磁滞回线，而且能使用示波器定量观察和分析磁滞回线 因此，在实验中还需要确定示波器荧光屏上 x 轴（即 H轴）的每一小格实际格代表多少磁场强度， y 轴（即 B 轴）的每一小格实际代表多少磁感应强度，这就是测量定标问题对于显示在荧光屏上的磁滞回线如图 16-1 所示，首先记录下 ±Hs 及 ±Bs 点的位置 ,然后在保持示波器增益不变的条件下来进行标定 1） x 轴（即 H 轴）标定x 轴标定操作的目的是标定 H 具体而言就是确定示波器荧光屏上 x 轴（即 H轴）的每一小格实际代表多少磁场强度 由（16-1）式可见， 若设法测出光点沿 x 轴偏转的大小与电压 ux 的关系，就可确定 H 具体标定 H 的线路如图 16-3图 16-3 x 轴标定电路即将图 16-2 线路中样品的副边短接 ,保持 R1 数值不变 ,并接入电流表合上开关K ，调节可隔离变压器，使显示在荧光屏上水平线段恰与 ±Hs 间的水平距离相等，－80－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定若这时电流表读数为 I1 (电流表用交流档，指示的是正弦波的有效值 ), 其峰值I 1m =2I1 ，根据安培环路定律：HsI1m N12I 1N1(单位：安匝 /米 )LL式中 I1单位是安培 , L 单位用米。
如果荧光屏上水平方向点H S 和H S 间的距离为a div ，则水平轴上每一div 所代表的磁场强度为：H 0H S 22N 1 I 1 （单位：安 匝 米 -1 div 1 ）aLa2（ 2） y 轴（ B 轴）标定y 轴标定操作的目的是标定B ，具体而言就是确定y 轴（ B 轴）的每一小格实际代表多少磁感应强度具体标定B 的线路如下图 16-4图 16-4 y 轴标定电路图图中用 “标准互感器 M ”（其互感系数为 M ）取代被测样品， 其中 R1 , R2 , C 均保持原先的数值合上开关，调节可隔离变压器，使荧光屏上的竖直线段的长度等于图 16-1 中的 BS 到 BS 间的距离设流经互感器原边的电流的瞬时值为 i0 ，则互感器副边中的互感电动势 0 为di 00 Mdt－81－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定类似于（ 16-1）到（ 16-6）式，Mdi 0i 2 R2qR2CduCdBdti 2 R2dtN 2 SCdt上式两边积分得M i0BN 2 S结合（ 16-6）式，有2M i0BN2S由于初级回路中电流表指示的为 i 0 的有效值 I 0 ，所以对应于 B 的有效值 B有为：B有对应磁感应强度最大值为：M I 0N 2 SBmaxM I max2MI 0 特斯拉N 2 SN 2 S示波器荧光屏上显示的 BS 就是这个最大值，即：BSM I max2MI 0N 2 SN 2 S如果荧光屏上BS 和BS 间的距离为b div ，则 y 轴每一 div 所代表的磁感应强度的大小为：B0BS2 2MI 0 （单位：特斯拉div 1 ）。
bN 2 Sb2【实验步骤与要求】一、测定磁滞回线1．按图 16-2 连接电路2．对样品进行交流退磁：先调节可隔离变压器至 80V ，然后逐渐减小电压至零－82－实验十六 铁磁质的磁化曲线和磁滞回线的测定3．重新升压到 80V ，保持示波器增益不变，记下 H S ， BS ， H C ， Br 各点坐标值，用 div 表示磁滞回线居中 ）；填下表 16-1 ，并在报告中画出示意图表 16-1参H SH SH CH CBSBSBrBr量坐标x1x2x3x4y1y2y3y4div注意： 磁滞回线应尽量大些，以减小荧光屏读数相对误差4．从 80V 开始，分为 8 次逐步减小输出电压（直到 0V ），使磁滞回线由大变小分别读记每条磁滞回线顶点的坐标，描在坐标纸上，并将所描各点连成曲线，就得到基本磁化曲线二、 x 轴（即 H 轴）标定1．按图 16-3 连线，且记下以下技术参数：初级线圈N11200 匝；次级线圈N 2120 匝；标准互感器M 0.1H ；平均磁路 L0.246。