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，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：

11I L

N H = 而 H N L R I R U 11111=

= 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=