试验16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】

、铁磁材料的磁滞性质

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AC A曲线到达A，形成一个闭合曲线称为磁滞回线”，其中

H

图16-1磁滞回线示意图

个反向磁场—He, 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N2,（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，R为取样电阻，其两端电压U i加到示波器的X轴输入端上。副线圈N2与电阻R2及电容C串联成一闭合回路，电容C两端的电压U c力口到示波器的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 =Ni

L

H 二0 时，B

=Br ,

B r称为剩余磁感应强度”。要使磁感应强度为零，就必须一

HL = N1i

而：

U x "R i

所以

(16-1)

Ni

由于R,L, N i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. U c (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：

“ d①“小

；2 - -N2N2S (16-2)

2 2 dt 2 dt

此外，在副线圈中的电流为i2且电容C上的电量为q时，又有：

；2=R2i2 ' —(16-3)

C

上式中，考虑到副线圈N2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(U c = 9 )比起电阻上的

C

电压降R2i2小到可以忽略不计。为此，上式可写成：

二 2 二只2： 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—

二)时，且考虑到i2二屯二d(UcC)二C如，可得：

dt dt dt

dB du c

N2S =R2i2=R2C (16-5)

dt dt

两边积分得u C 和B 间的瞬时关系:

(16-6)

由于N 2, s , R 2, 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u y

（即u C ）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，首先记录下土Hs 及土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 u x 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R ,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

土Hs 间的水平距离相等，

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