磁滞回线测量.docx
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磁滞回线测量.docx
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磁滞回线测量
物理实验报告
实验名称:
动态磁滞回线的测量
学院:
x'x'x学院专业班级:
xxx
学号:
x'x'x学生姓名:
xxx
实验成绩
一、选择题
1、当材料磁化的时候,磁感应强度B和磁场强度H之间的关系因为磁滞的原因,B和H并不是一一对应的关系。
但是当H足够大的时候,H继续增大,B几乎不变此时用Bs表示,称为(A)。
A.饱和的磁感应强度B.剩余磁感应强度C.测量磁感应强度
2、当磁化饱和之后,若去掉磁场,材料仍保留一定的磁性,此时用Br表示,称为(B)。
A.饱和的磁感应强度B.剩余磁感应强度C.测量磁感应强度
3、加足够反向磁场,材料才完全退磁,使材料完全退磁所需的反向磁场,用
Hc表示,称为(A)。
A.矫顽力B.临界磁场强度C.磁导率
4、不断地(B)增加磁场,磁化曲线成为一闭合曲线,这个闭合曲线称为磁滞回线。
A.正向B.反向C.正向或反向交替
5、示波器测量磁滞回线的原理中,Ux(x轴输入)与磁场强度H成(A),Uy(y轴输入)与磁感应强度B成()。
A.正比;正比B.反比;反比C.正比;反比
二、判断题
1、静态测量的损耗较动态测量要大。
(V)
2、测量动态磁滞回线的时候,铁磁材料中不仅有磁滞损耗,还有电流和磁场的变化造成的涡流电流产生的损耗。
(V)
3、磁滞回线的形状和大小只与铁磁材料的种类有关。
(X)
4、当正向磁场持续增加,铁磁质的磁化可达到反向饱和。
反向磁场减小到零,同样出现剩磁现象。
(V)
5、软磁材料的磁滞回线窄,矫顽磁力小(一般小于120安/米),但它的磁导率和饱和磁感应强度大,容易磁化和去磁,故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
原始数据记录成绩:
1.测饱和磁滞回线
80V的电流=0.62A。
电源电压V=80V.记录饱和磁滞回线的Hm、Bm、He、Br:
测量量
Hm
Bm
He
Br
-He
-Br
-Hm
-Bm
示波器对应的格数
13.0
11.0
4.9
7.3
4.9
7.3
13.0
11.0
2.测量基本磁化曲线
记录示波器CH1和CH2的增益分别为:
50mV和0.1V;
调节电源电压,使磁化电流从零逐渐增大,记录对应的磁滞回线顶点坐标值Bm
和Hm:
电压
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ux(小格)
2.5
4.0
4.5
5.0
6.5
8.0
10.0
13.0
16.0
20.0
Uy(小格)
1.0
3.3
4.0
5.5
7.0
8.5
10.0
11.0
11.5
12.5
Hm(A/m)
15.92
25.47
28.65
31.80
41.38
50.93
63.66
82.76
101.86
127.33
Bm(T)
0.011
0.036
0.044
0.061
0.077
0.094
0.111
0.122
0.127
0.138
相对磁导率r
690.95
1413.4
3
1535.7
8
1918.24
1860.80
1845.67
1743.64
1474.14
1246.81
1083.80
其中,用到的公式:
格数*增益=电压;H罟;B需;专
已知参数:
N1600;l47.123cm;N275;S1.3273cm2
R0500R2;R211k;C1F
实验报告正文成绩:
一、实验简介
工程技术中有许多仪器设备,大的如发电机和变压器,小的如手表铁心和录音磁头等,
都要用到铁磁材料。
铁磁材料分为硬磁和软磁两类。
硬磁材料的磁滞回线宽,剩磁和矫顽磁
力较大(120-20000安/米,甚至更高),因而磁化后,它的磁感应强度能保持,适宜制作永久磁铁。
软磁材料的磁滞回线窄,矫顽磁力小(一般小于120安/米),但它的磁导率和饱和磁感应强度大,容易磁化和去磁,故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
而铁磁材料的磁化曲线
和磁滞回线是该材料的重要特性。
实验中用交流电对材料样品进行磁化,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方法较多,用示波器法测动态磁滞回线的方
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,所以在实验中被广泛利用。
本实验要求掌握铁磁材料磁滞回线的概念和用示波器测量动态磁滞回线的
原理和方法,从而在理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
二、实验目的
了解示波器测量动态磁滞回线的原理和方法
了解磁性材料的基本磁化特征
掌握磁化曲线和磁滞回线的测量方法
进一步熟悉模拟示波器的使用
三、实验原理
1.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1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的增加而增加,称为磁化曲线。
当H增加到某一值Hs时,B几乎不再增加,说明磁化已达到饱和。
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A'CA下降。
当H从-Hs增加时,B将沿A'
C'A曲线到达A,形成一闭合曲线称为磁滞回线,其中H=0时,|B|=Br,Br称为剩余磁感
应强度。
要使磁感应强度B为零,就必须加一反向磁场-He,Hc称为矫顽力。
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特性,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。
6
圈1羅祸帆线
2.示波器测量磁滞回线的原理
图2所示为示波器测动态磁滞回线的原理电路。
将样品制成闭合的环形,然后均匀地绕以磁化线圈N1及副线圈N2,即所谓的罗兰环。
交流电压u加在磁化线圈上,R1为取样电阻,其两端的电压N1加到示波器的x轴输入端上。
副线圈N2与电阻N2和电容串联成一回路。
电容C两端的电压u加到示波器的y输入端上。
图;!
用示液器测动态龜罔回线的
(1)Ux(x轴输入)与磁场强度H成正比
若样品的品均周长为I,磁化线圈的匝数为N1,磁化电流为i1(瞬时值),根据
安培环路定理,刼二A/山,仙耳-汀听以
由于式中R1、I和N1皆为常数,因此,该式清楚地表明示波器荧光屏上电子束水平偏
转的大小(U1)与样品中的磁场强度(H)成正比。
(2)Uc(y轴输入)在一定条件下与磁感应强度B成正比设样品的截面积为S,根据电磁感
应定律,在匝数为N2的副线圈中,感应电动势应为
e2=-n2s—
亠dt
(2)
此外,在副线圈回路中的电流为i2且电容C上的电量为q时,又有
考虑到副线圈匝数N2较小,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(Uc=q/C)比起电阻上的电压降R2、i2小到可以忽略不计。
于是式
(3)可以近似的改写为
—R班2
将关系式一=字=©学代入式⑷,得
urdi
e2=r2c
丿£dt
将上式与式⑵比较,不考虑其负号(在交流电中负号相当于相位差±n)应有
(4)
dBrfu,.
将两式两边对时间积分,由于B和Uc都是交变的,故积分常数为0。
整理后得
由于N2、S、R2和C皆为常数,因此该式表明了示波器的荧光屏上竖直方向偏转的大
小(Uc)与磁感强度(B)成正比。
由此可见,在磁化电流变化的一周期内,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看到一稳定的磁滞回线图线。
(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,
而且要能使用示波器定量
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,y轴(即B轴)的每一小格实际代表多少磁感应强度,这就是测量标
定问题。
1)x轴(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x轴(即H轴)的每一一
小格实际代表多少磁场强度。
由式
(1)可见,若设法测出光点沿x轴偏转的大小与电压u1的关系,就可确定H。
具体标定H的线路图如图4所示。
其中交流电表A用于测量uO(请注意A的指示是iO的有效值10)。
调节I0使荧光屏上水平线长度为Mx格,它对应于u1且为
峰峰值,即2^210,因此,每一小格所代表的u1的值为2^210/Mx,这样由式⑴就可知荧
光屏每一小格所代表的磁场强度H是
10人牲㈣轴标定线路图
值得注意的是,标定线路中应将被测样品去掉,而代之以一个纯电阻R0。
这主要是因
为被测样品室铁磁材料,它的B和H的关系是非线性的,从而使电路中的电流产生非正弦
形畸变。
R0起限流作用,标定操作中应使I0不超过R0允许的电流。
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的线路如图5所示。
图中M是一个标准互感器。
流经互感器原边的瞬时电流为/则甌感探副边中的感圈电动势昂为类似干式(5),又有
d[0duc
页
对上式两边积分,可得
由円测出的是5的有效值6所以对应于比的有效值Cd有uc=mi0/r2c而相应的峰峰值为2孔MIJR2C.
若此时对应Uc峰峰值的垂直线总长主度为My,则根据(6)可得,y轴每一小格所代表
的磁感应强度为
口2s/2MJu
=
0N2SMy
应注意实验中,不要使10超过互感器所允许的额定电流值。
四、实验内容
1.仪器的调节
⑴按图3所示线路接线,调节示波器,使光点调至荧光屏正中心。
示波器的x轴增益
置“50mV”档,y轴增益置“0.1V”档,可适当调整x、y的增幅,使荧光屏上得到大小适中的磁滞回线。
调节可调隔离变压器,从零开始逐步增大磁化电流,使磁滞回线上的B
值能达到饱和。
⑵样品的退磁:
缓慢调节调压器的输出电压,使励磁电流从最大值每次减小20mA左
右,直至调为零,重新增大励磁电流使样品达到磁滞饱和,若磁滞回线闭合则样品被完全退
磁,否则重复退磁操作,直至退磁完成。
(3)退磁完成后,重新调节可调隔离变压器电压为80V,使荧光屏上得到大小适中的磁
滞回线,并记录饱和磁化电流I的大小。
2.测量动态磁滞回线以及基本磁化曲线
⑴将电源电压从0V逐渐调节到100V,以每小格为单位测若干组B、H的坐标值。
并
记录电压为80V时饱和磁滞回线的顶点(A)、剩磁(Br)、矫顽力(He)三个点的读数。
⑵测量基本磁化曲线,将电源电压从0V逐渐调节到100.0V,每隔10V记录下当前电
流值以及磁滞回线的顶点坐标值,并将各个磁滞回线的顶点进行连接即可得到基本磁化曲线。
0.02mA、0.04mA、0.06
(3)标定H,按图4接线,依次逐渐增大线路中的电流值分别为
mA、0.08mA、0.10mA、0.12mA,并记录下不同电流时示波器对应的格数,根据公式求
出示波器单位每小格表示的磁场强度H0。
3标定B,按图5接线,依次逐渐增大线路中的电流值分别为0.05mA>0.10mA>0.15mA、
0.20mA、0.25mA、0.30mA,记录下不同电流时示波器对应的格数,并根据公式求出示波
器单位每小格表示的磁感应强度B0。
4•将标定的结果带入测基本磁化曲线数据表格,求出对应不同电压时的Hm、Bm以及
相对磁导率•,以卩a-Hm曲线确定初始磁导率卩a0和最大磁导率卩am。
五、实验仪器
GY-4可调隔离变压器,示波器,螺线环,交流电流表,电阻R1,电阻R2,电容C,
标定电阻R0,BH-2标准互感器
六、实验数据与处理
1.测饱和磁滞回线
80V的电流=0.62A。
电源电压V=80V.记录饱和磁滞回线的Hm、Bm、Hc、Br:
测量量
Hm
Bm
Hc
Br
-Hc
-Br
-Hm
-Bm
示波器对应的格数
13.0
11.0
4.9
7.3
4.9
7.3
13.0
11.0
2.测量基本磁化曲线
记录示波器CH1和CH2的增益分别为:
50mV和0.1V;
调节电源电压,使磁化电流从零逐渐增大,记录对应的磁滞回线顶点坐标值Bm和Hm:
电压
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ux(小格)
2.5
4.0
4.5
5.0
6.5
8.0
10.0
13.0
16.0
20.0
Uy(小格)
1.0
3.3
4.0
5.5
7.0
8.5
10.0
11.0
11.5
12.5
Hm(A/m)
15.92
25.47
28.65
31.80
41.38
50.93
63.66
82.76
101.86
127.33
Bm(T)
0.011
0.036
0.044
0.061
0.077
0.094
0.111
0.122
0.127
0.138
相对磁导率r
690.9
5
1413.43
1535.7
8
1918.24
1860.80
1845.67
1743.64
1474.14
1246.81
1083.80
其中,用到的公式:
格数*增益一电压.hUxNl-BUcR2C;
B
格数增益=电压;;D
RJN2S
H
已知参数:
N,600;l
47.123cm;N275;S1.3273cm2
R0500;
2R11k;C1F
作出磁化曲线
Bm/TB・H关系曲线
204060gotoo120140Hm(A/m)
作出磁导率和磁场强度关系图
相对磁导率N
七、误差分析
(1)仪器老化精度降低;
(2)实际电压与所标注理论电压不符;
3)对铁磁材料的预先退磁不完全。
八、思考题
1.R1的值为什么不能大?
R1如果太大的话,他的信号会比较弱。
2.测量回线要使材料达到磁饱和,退磁也应从磁饱和开始,意义何在?
形成一条闭合的曲线。
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- 磁滞回线 测量