實(shí)驗(yàn)名稱用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線

1、實(shí)驗(yàn)名稱：用示波器觀測(cè)鐵磁材料的動(dòng)態(tài)磁滯回線評(píng)分姓名學(xué)號(hào)班級(jí)桌號(hào) 教室基礎(chǔ)教學(xué)樓1101實(shí)驗(yàn)日期 2016年月日節(jié)此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教材沒有相應(yīng)內(nèi)容，請(qǐng)做實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)閱讀本實(shí)驗(yàn)報(bào)告！并攜帶計(jì)算器，否則實(shí)驗(yàn)無法按時(shí)完成！-、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握磁滯、磁滯回線、磁化曲線、基本磁化曲線、矯頑力、剩磁、和磁導(dǎo)率的的概念。2、學(xué)會(huì)用示波法測(cè)繪基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線。3、 根據(jù)磁滯回線測(cè)定鐵磁材料在某一頻率下的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、剩磁Br和矯頑力He的數(shù)值。4、研究磁滯回線形狀與頻率的關(guān)系；并比較不同材料磁滯回線形狀。二、實(shí)驗(yàn)儀器1. 雙蹤示波器2. DH4516C型磁滯回線測(cè)量儀.皿蠻屋蠱意理遂基矍奧衛(wèi)旦軽!.

2、:匹盲號(hào) H.tif_、Ut 丄二、實(shí)驗(yàn)原埋（一）鐵磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁性物質(zhì)除了具有高的磁導(dǎo)率外，另一重要的特點(diǎn)就是磁滯。以下是關(guān)于磁滯的幾個(gè)重要概念1飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bs、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 Hs和磁化曲線鐵磁材料未被磁化時(shí)，H和B均為零。這時(shí)若在鐵磁材料上加一個(gè)由小到大的磁化場(chǎng)，則鐵磁材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度 H與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B也隨之變大，其B-H變化曲線如圖1（OS）曲線所 示。到S后，B幾乎不隨H的增大而增大，此時(shí)，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S對(duì)應(yīng)的Hs稱飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，相應(yīng)的 Bs稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。我們稱曲線OS為磁性材料的磁化曲線。2、磁滯現(xiàn)象、剩磁、矯頑力、磁滯回線當(dāng)鐵磁質(zhì)磁化達(dá)到飽和后，如果使

3、H逐步退到零，B也逐漸減小，但 B的減小“跟不上” H的減小（B滯后于H）。即：其軌跡并不沿原曲線 SO而是沿另一曲線 Sb下降。當(dāng)H下降為零 時(shí)，B不為零，而是等于 B，說明鐵磁物質(zhì)中，當(dāng)磁化場(chǎng)退為零后仍保留一定的磁性。這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象，Br叫剩磁。若要完全消除剩磁 B，必須加反向磁場(chǎng)，當(dāng)B=0時(shí)磁場(chǎng)的值HC為鐵 磁質(zhì)的矯頑力。當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場(chǎng)減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線成為一閉合曲線，這個(gè)閉合曲線稱為磁滯回線，如圖2所示。3、基本磁化曲線對(duì)于同一鐵磁材料，設(shè)開始時(shí)呈去磁狀態(tài)，依次選取磁化電流I 1、I 2、n,則

4、相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H、Hz、.H3，在每一磁化電流下反復(fù)交換電流方向（稱為磁鍛煉），即在每一個(gè)選 定的磁場(chǎng)值下，使其方向反復(fù)發(fā)生幾次變化（如H T -Hit Hit -Hl.）,這樣操作的結(jié)果，是在每一個(gè)電流下都將得到一條磁滯回線，最后，可得一組逐漸增大的磁滯回線。我們把原點(diǎn) O和各個(gè)磁滯回線的頂點(diǎn) ai、az、.所連成的曲線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線，如圖3所示。（二）利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量原理1、示波器顯示B H曲線原理線路由上述磁滯現(xiàn)象可知，要觀測(cè)磁介質(zhì)磁滯現(xiàn)象及相應(yīng)的物理量，需要根據(jù)磁化過程測(cè)定 材料內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，測(cè)量裝置必須具備三個(gè)功能： 提供使樣品

5、磁化的可調(diào)強(qiáng)度的磁場(chǎng)（磁化場(chǎng)） 可跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度 可定量顯示樣品的磁化過程圖4磁滯回線的測(cè)量原理圖圖4是利用示波器觀測(cè)鐵磁材料動(dòng)態(tài)磁滯回線測(cè)量裝置原理圖：首先將待測(cè)的鐵磁物質(zhì)制成一個(gè)環(huán)形樣品，在樣品上繞有原線圈即勵(lì)磁線圈N匝，由它提供磁化場(chǎng)；在樣品上再繞副線圈即測(cè)量線圈N2匝，由它來跟蹤測(cè)量與磁化場(chǎng)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度；由示波器 來定量顯示磁化過程。如圖4，設(shè)L為環(huán)形樣品的平均磁路長度，若在線圈N中通過勵(lì)磁電流Ii時(shí)，此電流在樣品內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H的大小根據(jù)安培環(huán)路定律T.R1Ri兩端電壓U為：U 1= I i Ri= ' H(1)由（

6、1）式可知，若將電壓Ui輸入示波器X偏轉(zhuǎn)板時(shí)，示波器上任一時(shí)刻電子束在X軸的偏轉(zhuǎn)正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度為了追蹤測(cè)量樣品內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,在截面面積為S的樣品中纏繞副線圈N2，B可通過副線圈N2中由于磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)£來測(cè)定。根據(jù)電磁感應(yīng)定律： 即:為了獲得與B相關(guān)聯(lián)的電壓數(shù)值（因示波器只接收電壓），在副線圈上串聯(lián)一個(gè)電阻甩與電容C,電阻R2與電容C構(gòu)成一個(gè)積分電路，此時(shí)£ =iR2+UC（i為感生電流，UC為積分電容兩端電壓），適1當(dāng)選擇F2與電容C,使F2'則電容兩端的電壓 Uc為：Uc=N2S由（2）式可知，若將電壓Uc輸入示波器的丫偏轉(zhuǎn)板，示波器上任一時(shí)刻

7、電子束在 丫軸的偏轉(zhuǎn)正比于樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。這樣，當(dāng)示波器處于 X-Y狀態(tài)，X偏轉(zhuǎn)板接Ui, Y偏轉(zhuǎn)板接Uc，示波器屏上即可顯示磁化過程。X 軸的每格代表多2、示波器的定標(biāo)為了定量研究磁化曲線、磁滯回線，必須對(duì)示波器定標(biāo)。即：確定示波器的少H直(A/m)，丫軸每格代表多少 B(T)。在示波器X偏轉(zhuǎn)板上Ux、Y偏轉(zhuǎn)板Uy可準(zhǔn)確測(cè)量，且R、F2、C都為已知的標(biāo)準(zhǔn)元件的情況下，設(shè)Sx為示波器X軸的電壓靈敏度,X為水平方向的位移格數(shù)；S為示波器丫軸的電壓靈敏度，丫為垂直方向的位移格數(shù)；則：UX=SX ;Uy=SyY(3)將(3)代入(1)、( 2)得：H=(4)B= (5)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)熟悉

8、示波器并測(cè)量信號(hào)源輸出信號(hào)的周期1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 將“動(dòng)態(tài)法磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀”頻率輸出調(diào)節(jié)為100Hz，幅度值適中； 示波器處于測(cè)量信號(hào)波形狀態(tài)，使示波器輝度適中；調(diào)節(jié)X、Y位移旋鈕使光點(diǎn)居中 用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)示波器X、Y軸靈敏度旋鈕，(注意：三個(gè)微調(diào)旋鈕逆時(shí)針旋到底)（二）顯示和觀察兩種樣品在 25Hz、50Hz、100Hz、150Hz交流信號(hào)下的磁滯回線圖形1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1）按圖4所示的原理線路檢查接線連接是否正確2）逆時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕到底，使信號(hào)輸出最小。3） 調(diào)示波器顯示工作方式為 X-Y方式。示波器X輸入為AC方式，測(cè)量采樣電阻 R1的電 壓U1 ；示波器Y輸入為DC方式，測(cè)量積分電

9、容的電壓Uc。4） 接通示波器和 DH4516C型動(dòng)態(tài)磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)示波器輝度及X、Y位 移旋鈕使光點(diǎn)居中。2、 顯示和觀察兩種樣品的交流信號(hào)下的磁滯回線圖形（先測(cè)量樣品1）1）單調(diào)增加磁化電流，即緩慢順時(shí)針調(diào)節(jié)“幅度調(diào)節(jié)”旋鈕，使示波器顯示的磁化曲線上B值增加緩慢，達(dá)到飽和。改變示波器上X、Y軸的靈敏度,調(diào)節(jié)R、F2的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁滯回線圖形。2） 分別觀測(cè)頻率為 25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0Hz，不同頻率下的磁滯回線形狀（注意：由于鐵磁材料的磁化狀態(tài)與磁化歷史有關(guān)，磁滯回線又與其起始端點(diǎn)的磁化狀態(tài)有關(guān)。觀測(cè)每一頻率下的磁滯回線前，必

10、須使幅度值降為零。否則，觀測(cè)無意義）。3）換樣品2重復(fù)上述過程結(jié)論：1、（樣品1）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系：2、（樣品2）磁滯回線形狀與信號(hào)頻率關(guān)系:3、樣品1、樣品2磁滯回線形狀比較:（三）測(cè)量 樣品1、2的矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 BS、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 HS和磁滯回線（本實(shí)驗(yàn)裝置使用交變電流，所以每個(gè)狀態(tài)都是經(jīng)過充分的“磁鍛煉”，隨時(shí)可以獲得磁滯回線。只要調(diào)節(jié)示波器上 X、Y軸的靈敏度，調(diào)節(jié)Ri、R2的大小，使示波器顯示出典型美觀的磁 滯回線圖形，即可測(cè)量矯頑力、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 Hs。）請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出樣品1的磁滯回線并測(cè)量矯頑力H：、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs和飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hs1、

11、樣品1測(cè)量數(shù)值記錄表 （信號(hào)源頻率取100Hz ； Ri=R2=Sx=Sy=）表 1 （參數(shù):L=0.130m , S=1.24X 10-4m2, NgoOT, N2=100T C=1.0 X 10-6F）序號(hào)1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00H/ (A/m)丫1/格Y2/格BmTB2/mT計(jì)算 Hs =； Bs = ； H=,2、樣品1磁滯回線圖形3、樣品2測(cè)量數(shù)值記錄表表2 （參數(shù)如上；信號(hào)源頻率取100Hz ; R1=R2=sx=Sy=）序號(hào)1234567891011X/格5.004.003.002.001.000-1.00-2.00-3.00-400-5.00H/（ A/m）丫1/格Y2/格Bi/mTB2/mT計(jì)算 Hs =； Bs =； H=4、樣品2磁滯回線圖形先將樣品退磁， 然后從零開始不斷增大電流，記錄各磁滯回線頂點(diǎn)的B和H值,（注意基本磁化曲線與磁化曲線的不同）表3樣品1的基本磁化曲線數(shù)據(jù)序號(hào)12345678910X/格00.51.01