物理实验报告2_用示波器测动态磁滞回线

实验名称：用示波器测动态磁滞回线
实验目的： a ．研究铁磁材料的动态磁滞回线
b ．了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；
c ．利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度s B 、剩磁r B 、矫顽力c H 的值。

实验仪器： V252双踪示波器、自耦变压器、隔离变压器、互感器毫安表、电容等。

实验原理和方法：
铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一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，而且与以前的磁化状态有关。

如右图所示，曲线OA 表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B 随H 增加，称为磁化曲线。

当H 增加到某一值S H 时，B 的增加速度将极其缓慢。

和前段曲线相比，可看成B 不再增加，即达到磁饱和。

当磁性材料磁化后，如H 减小，B 将不沿原路返回，而是沿另外一条曲线r A 下降。

如果H 从S H 变到－S H ，再从－S H 变回S H ，B 将随H 变化而形成一条磁滞回线。

其中当H ＝ 0时，r B B =。

r B 称为剩余磁感应强度。

要使磁感应
强度为零，就必须加一反向磁场－c H ，c H 称为矫顽力。

按一般分类，矫顽力小的称为软磁材料，大的称为硬磁材料。

必须注意的是：反复磁化（S S S H H H →-→）的开始几个循环内，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。

只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质。

由以上可知，要测定材料的磁滞回线，需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度H 及其相应的磁感应强度B 。

磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性，譬如剩磁r B 、矫顽力c H 等。

因此，实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。

测量磁滞回线的基本线路图如下图所示：
将样品制成封闭的圆环，均匀地以磁化线圈1N 环绕，用直流电产生磁场使样品磁化，利用换向开关使磁化电流突然转向，样品中的B 也随之改变，通过副线圈2N 和冲击电流计G B 测出B ∆，从而能测出磁化曲线及磁制曲线（B －H 关系曲线）。

此处是用直流电源进行工作，所得到的关系曲线是静态的。

本实验用交流电代替直流电进行磁化，而且用示波器代替冲击电流计来观察和测量。

这个结果与静态的是不相同的，为了区别，称之为“动态的”。

由于静态的磁滞回线所包围的面积与磁滞损耗成正比，而实验用交流电磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比静态的要大一些。

本实验所用线路图如下图所示：
在样品的原边线圈上，取样电阻1R 与线圈1N 串联，并加以交流电压λU ，将1R 两端电压信号1U 加在示波器的X 输入端上。

在样品副边路上接以RC 线路，将电容两端由感应引起的电信号c U 加在示波器的Y 输入端上。

要是示波器的X 与Y 端放大不失真，且保持X 与Y 两输入端没有初始相位差，那么在示波器上就可以得到待测样品的磁滞回线图像。

但是必须考虑一个问题，那就是示波器的X 输入端1U 是否和磁化电流（或磁场强度H ）成正比，而示波器的Y 输入c U 又与样品的B 成正比，并且要一一对应，否则荧光屏上所得的图像将不是样品的磁滞回线。

1. 1U 与磁场强度H 成正比的问题
设样品的中心长度为L ，原边线圈（即磁化线圈）的匝数为1N ，1I 为磁化电流的大小（交流电），则有：
11
I L N H =
而
H N L
R I R U 1
1111=
= 其中，L ，1N 均为常数。

可见，1U 的确与H 成正比。

2. c U 与B 成正比的问题
首先，设副线圈匝数为2N ，样品的横截面积为A ，则根据电磁感应定律应激起的感应电动势2ε为dt
dB A
N 22-=ε 进而分析2ε加在c R 电路上的情况。

若电容器的电量为Q ，电容量为C ，很明显有
C
Q I R +
=222ε 如果与C 都选得很大时，则222I R ≈ε
dt
U d C dt dQ I C )(2== 由以上两式得：dt
U d C
R C )
(22=ε 则
dt
dB
A N dt U d C
R C 222)(==ε 经积分、整理后有C U A
N C
R B 22=
式中：
2
R，C，
2
N，A均为常数。

可见：B与
c
U成正比；只要选取
2
R与C足够大，在荧光屏上是可以得到样品的磁滞回线的。

在实践中，为了使原副边路上的电压尽可能接近正弦波形，将原边上的特意选取为一个小值电阻（Ω
≈2
1
R）；其次为了操作安全，在原边线圈上加入一个隔离变压器T以避免直接
与交流电源
λ
U相接；同时应用调压器D使电源电压大小可调（以控制磁化电流的大小），由此称为一个实际可用的实验线路，如下图所示：
待测样品S实际上是一个特制的小变压器。

为了确定回线上所反映的几个参数，如矫顽力、剩磁、饱和磁感应强度等量的大小，就必须知道示波器光点偏移一个单位实际代表了多少安/米（H）或特斯拉（B），即所谓进行标定。

（1）H值的标定
利用下图所示的线路：
利用毫安表A以读出流过
1
R的电流大小（交流电），R的作用是为了避免一开始有过大电
流流经毫安表而超过它的量程。

当A的读数为时，其峰值应为
10
2I。

此时在示波器上所呈现的横线（即X偏转）对应的磁场强度H，可用下式计算：
10
1
2I
L
N
H=
（2）B 值的标定
利用下图所示的线路：
其基本出发点是用一个已知的标准互感器M 代替待测样品，从而求出其对应的关系。

流经互感器原边的电流OM I （交流）可用毫安表A 读出，则互感器副边的输出感应电动势M ε为
dt
dI M
OM
M -=ε 此时电容器C 上两端的电压c U 根据式dt
U d C
R C )
(22=ε可得（忽略负号）： dt U d C R dt dI M
C OM )
(2= 积分，得
C
R MI U OM
C 2=
考虑到OM I 的峰值，有
OM I A
N M
B 22=
实验内容和步骤：
1.观察动态磁滞回线的全貌
a ．按“观察动态磁滞回线接线图”接线，毫安表A 置200 mA 挡，待辅导教师检查线路后再接通电源；
b ．将示波器原点调出中央，磁化电流逐渐加大到160 mA 左右，不得超过200 mA ，此时已趋向饱和。

适当调整X 轴增幅与Y 轴增幅，以观察动态磁滞回线的变化及其全貌。

2.测动态磁化曲线（即各动态磁滞回线定点的连线）及磁滞回线
a．确定核实的X与Y的增幅大小，磁化电流选定在达到磁饱和的值上（200 mA以下）；
b．退磁。

利用调压器使磁化电流从最大缓慢降为零，退磁完毕；
c. 绘制动态磁化曲线。

逐渐增大磁化电流，记录各相应的回线定点的坐标，一直增大至事先确定的磁化电流的值为止；
d．记录此时回线（接近磁饱和）各点的坐标（不少于20个点），特别注意回线的顶点、剩磁与矫顽力3个点的坐标。

3.标定H与B值
注意示波器的X与Y增幅和衰减倍数绝对不能改变，否则将失掉标定的意义。

参数及数据记录：见附表
思考题： 1．导热系数的物理意义是什么？ 答：导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一。

2．实验中采用什么方法来测量不良导体的导热系数？ 答：稳态法。

3．本实验得热电偶测温度为什么不用定标就能代入公式计算？能否不用数字电压表而用其他电表仪器来测热电偶电压值代入公式求导热系数而不影响结果？举例说明。

答：因为用直流数字电压表测得电动势)(θE ，它与所测温度θ在该实验温度范围内
可看成线性关系。

有
20
102010θθθ
-∆=-∆E E E 。

可见，直接把电动势值代入θ∆，
10θ，20θ中，不影响测量结果。