铁磁材料磁滞回线和磁化曲线的测量_百度文库

实验6-22 铁磁材料磁滞回线和磁化曲线的测量

在交通、通讯、航天、自动化仪表等领域中，大量应用各种特性的铁磁材料。常用的铁磁材料多数是铁和其它金属元素或非金属元素组成的合金以及某些包含铁的氧化物（铁氧体）。铁磁材料的主要特性是磁导率μ非常高，在同样的磁场强度下铁磁材料中磁感应强度要比真空或弱磁材料中的大几百至上万倍。

磁滞回线和磁化曲线表征了磁性材料的基本磁化规律，反映了磁性材料的基本磁参数，对铁磁材料的应用和研制具有重要意义。本实验利用交变励磁电流产生磁化场对不同性能的铁磁材料进行磁化，通过单片机采集实验数据，测绘磁滞回线和磁化曲线，研究铁磁材料的磁化性质。

实验目的

1、了解用示波器显示和观察动态磁滞回线的原理和方法。

2、掌握测绘铁磁材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的原理和方法，加深对铁磁材料磁化规律的理解。

3、学会根据磁滞回线确定矫顽力Hc 、剩余磁感应强度Br 、饱和磁感应强度Bm 、磁滞损耗][BH 等磁化参数。

4、学习测量磁性材料磁导率μ的一种方法，并测绘铁磁材料的μ—H 曲线，了解铁磁材料的主要特性。

实验仪器

TH —MHC 型磁滞回线实验仪，智能磁滞回线测试仪，双踪示波器等。

实验原理

1、铁磁材料的磁化特性及磁导率 1）初始磁化曲线和磁滞回线

研究铁磁材料的磁化规律，一般是通过测量磁

化场的磁场强度H 与磁感应强度B 之间的关系来进

行的。铁磁材料的磁化过程非常复杂，B 与H 之间

的关系如图1所示。当铁磁材料从未磁化状态（H=0

且B=0）开始磁化时，

B 随H 的增加而非线性增加。当H 增大到一定值Hm 后，B 增加十分缓慢或基

本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称为磁饱和。达到磁饱和时的Hm 和Bm 分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度（对应图1中Q 点）。B ~H 曲线

OabQ 称为初始磁化曲线。当使H 从Q 点减小时，B 也随之减小，但不沿原曲线返回，而是沿另一曲线QRD 下降。当H 逐步较小至0时，B 不为0，而是Br ，说明铁磁材料中仍然保留一定的磁性，这种现象称为磁滞效应；Br 称为剩余磁感应强度，简称剩磁。要消除剩磁，必须加一反向的磁场，直到反向磁场强度H ＝Hc -，B 才恢复为0，Hc 称为矫顽力。继续反向增加H ，曲线达到反向饱和（Q' 点），对应的饱和磁场强度为Hm -，饱和磁感应强度为Bm -。再正向增大H ，曲线回到起点Q 。从铁磁材料的磁化过程可知，当磁化场H 按Hm →0→Hc -→Hm -→0→Hc →Hm 依次变化时，B 所经历的相应变化依次为Bm →Br →0→－Bm →－Br →0→Bm ，这一过程形成的闭合B ~H 曲线称为磁滞回线。采用直流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁滞回线称为静态（直流）磁滞回线；采用交变励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁滞回线称为动态（交流）磁滞回线。

图1 初始磁化曲线和磁滞回线 Q' Q

2）磁滞损耗

当铁磁材料沿着磁滞回线经历磁化→去磁→

反向磁化→反向去磁的循环过程中，由于磁滞效应，要消耗额外的能量，并且以热量的形式耗散掉。这部分因磁滞效应而消耗的能量，叫做磁滞损耗][BH 。一个循环过程中单位体积磁性材料的磁滞损耗正比于磁滞回线所围的面积。在交流电路中磁滞损耗是十分有害的，必须尽量减小。要减小磁滞损耗就应选择磁滞回线狭长、包围面积小的铁磁材料。如图2所示，工程上把磁滞回线

细而窄、矫顽力很小[Hc ~1安培/米（10-2奥斯特）]的铁磁材料称为软磁材料；把磁滞回线宽、矫顽

力大[Hc ~104—106安培/米（102—104奥斯特）]的铁磁材料称为硬磁材料。软磁材料适合做继电器、变压器、镇流器、电动机和发电机的铁芯。硬磁材料则适合于制造许多电器设备（如电表、扬声器、电话机、录音机）中的永磁体。

3）基本磁化曲线和磁导率

未磁化状态的铁磁材料，在交变磁化场作用下由弱

到强依次进行磁化的过程中，可以测出面积由小到大的

一簇磁滞回线，如图3所示。这些磁滞回线顶点的连线

叫做铁磁材料的基本磁化曲线。

根据基本磁化曲线可以近似确定铁磁材料的磁导

率μ。从基本磁化曲线上一点到原点O 连线的斜率定义为该磁化状态下的磁导率H

B =μ。由于磁化曲线不是线性的，当H 由0开始增加时，μ也逐步增加，然

后达到一最大值。当H 再增加时，由于磁感应强度达

到饱和，μ开始急剧减小。μ随H 的变化曲线如图4所示。磁导率μ非常高是铁磁材料的主要特性，也是铁磁材料用途广泛的主要原因之一。

2、动态磁滞回线的测量方法

实验中用交变励磁电流产生磁化场对

不同性能的铁磁材料进行磁化，测绘动态磁

滞回线和基本磁化曲线。如图5所示，待测

铁磁材料样品做成“曰”型，N 为励磁线

圈，n 是为测量磁感应强度B 而设置的探

测线圈。动态磁滞回线测量电路原理图如图6所示，1R 为测量励磁电流的取样电阻，2R 、2

C 组成测量磁感应强度B 的积分电路。

图5 待测铁磁材料样品示意图图2 不同铁磁材料的磁滞回线图3 一簇磁滞回线

图4 基本磁化曲线与μ～H 曲线

1）磁场强度H 的测量

设通过N 匝励磁线圈的交流励磁电流为i ，L 为样品的平均磁路长度，根据安培环路定律，样品中的磁场强度L i N H ⋅=。因为1

1R U i =，U 1为R 1的端电压，所以有 11U R L N H ⋅=

（1）上式说明，根据已知的N 、L 、1R ，只要测出1U ，即可确定H 。

如果1U 接入示波器的X 输入，则示波器荧光屏上电子束水平偏转的大小与样品中的磁场强度H 成正比。

2）磁感应强度B 的测量