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南京理工大学材料科学与工程系 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 实验一实验一 基本磁化曲线和动态磁滞回线的测量基本磁化曲线和动态磁滞回线的测量 1实验目的实验目的1)认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型铁磁物认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。质的动态磁化特性。2)测定样品的基本磁化曲线，并作出测定样品的基本磁化曲线，并作出-H曲线。曲线。3)测定样品的测定样品的HD、Br、Bs等参数。等参数。4)学会用示波器测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。学会用示波器测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 2实验原理实验原理 1)磁滞回线磁滞回线图图1 铁磁质起始磁化铁磁质起始磁化 曲线和磁滞回线曲线和磁滞回线图图2 同一铁磁材料的同一铁磁材料的 一簇磁滞回线一簇磁滞回线图图3 铁磁材料铁磁材料与与H关系曲线关系曲线南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 当磁场按当磁场按HsO-HD-HsOHDHs次次序变化，相应的磁感应强度序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线则沿闭合曲线SRDSRDS变化，这闭合曲线称为变化，这闭合曲线称为磁滞回线磁滞回线。2)磁化曲线磁化曲线 当初始态为当初始态为HB0的铁磁材料，在交变磁的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，其中最大由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，其中最大面积的磁滞回线称为极限磁滞回线，如图面积的磁滞回线称为极限磁滞回线，如图2所示，所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线磁化曲线，由此可近似确定其磁导率，由此可近似确定其磁导率=B/H，因，因B与与H非线性，故铁磁材料的非线性，故铁磁材料的不是常数而是随不是常数而是随H而变化（如图而变化（如图3所示）所示）南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 磁化曲线和磁滞回线是铁磁材磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图料分类和选用的主要依据，图4为为常见的两种典型的磁滞回线，其中常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回磁滞回线料。而硬磁材料的磁滞回磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。制造永磁体。图图4 不同铁磁材料不同铁磁材料的磁滞回线的磁滞回线 南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 3)示波器显示示波器显示B-H曲线的原理和线路曲线的原理和线路图图5 实验线路实验线路 南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 根据安培环路定律，样品的磁化场强为：根据安培环路定律，样品的磁化场强为：式中式中N为励磁绕组，为励磁绕组，R1为励磁电流取样电阻，为励磁电流取样电阻，U1是交是交流励磁电压，流励磁电压，为样品的平均磁路长度。为样品的平均磁路长度。根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下样品的根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下样品的磁感应强度磁感应强度B是测量绕组是测量绕组n和和R2C2电路给定的：电路给定的：式中式中U2为积分电容为积分电容C2两端电压，两端电压，S为样品的截面积。为样品的截面积。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 3实验仪器实验仪器磁滞回线实验仪、数字万用表、示波器等。磁滞回线实验仪、数字万用表、示波器等。将图将图5中的中的U1(UH)和和U2(UB)分别加到示波器的分别加到示波器的“X输入输入”和和“Y输入输入”便可观察样品的动态磁滞回便可观察样品的动态磁滞回线；接上数字电压表则可以直接测出线；接上数字电压表则可以直接测出U1(UH)和和U2(UB)的值，即可绘制出的值，即可绘制出B-H曲线；通过计算可测曲线；通过计算可测定样品的饱和磁感应强度定样品的饱和磁感应强度Bs、剩磁、剩磁Br、矫顽力、矫顽力HD以以磁导率磁导率。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 4实验内容及步骤实验内容及步骤v1)电路连接：选择样品，按实验仪上所给的电路接电路连接：选择样品，按实验仪上所给的电路接线图连接好线路。令线图连接好线路。令R12.5，置励磁电压，置励磁电压U于于0位。位。UH和和UB分别接示波器的分别接示波器的“X输入输入”和和“Y输入输入”，插孔，插孔“”为接地公共端。为接地公共端。v2)样品退磁：开启仪器电源开关，对样品进行退磁，样品退磁：开启仪器电源开关，对样品进行退磁，顺时针方向转动电压顺时针方向转动电压U的调节旋钮，观察数字电压的调节旋钮，观察数字电压表可看到表可看到U从从0逐渐增加增至最大，然后逆时针方向逐渐增加增至最大，然后逆时针方向转动电压转动电压U的调节旋钮，将的调节旋钮，将U逐渐从最大值调为逐渐从最大值调为0，这样做的目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状这样做的目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即态，即BH0，如图，如图7所示。所示。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 图图7 退磁示意图退磁示意图 图图8 U2和和B的相位差等因素引起的畸变的相位差等因素引起的畸变3)观察样品在观察样品在50HZ交流信号下的磁滞回线：开启交流信号下的磁滞回线：开启示波器电源，调节示波器上示波器电源，调节示波器上“X”、“Y”位移旋钮，位移旋钮，使光点位于坐标网格中心，调节励磁电压使光点位于坐标网格中心，调节励磁电压U和示波器和示波器的的X和和Y轴灵敏度，使显示屏上出现大小合适、美观的轴灵敏度，使显示屏上出现大小合适、美观的磁滞回线图形（若图形顶部出现编织状的小环，如图磁滞回线图形（若图形顶部出现编织状的小环，如图8所示，这时可降低所示，这时可降低U予以消除）。予以消除）。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 v4)观察基本磁化曲线：按步骤观察基本磁化曲线：按步骤2对样品进行退磁，从对样品进行退磁，从U=0开始，逐渐提高励磁电压，将在显示屏上得到面积开始，逐渐提高励磁电压，将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一蔟磁滞回线。这些磁滞回线顶由小到大一个套一个的一蔟磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线，就是样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波点的连线，就是样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波器，便可观察到该曲线的轨迹。器，便可观察到该曲线的轨迹。v5)测绘基本磁化曲线，并据此描绘测绘基本磁化曲线，并据此描绘-H曲线：接通实验曲线：接通实验仪的电源，对样品进行退磁后，依次测定仪的电源，对样品进行退磁后，依次测定 U=0，0.2，0.4，0.63.0V时的若干组时的若干组H和和B值，作值，作B-H和和-H曲线。曲线。v6)令令U=3.00V，R12.5测定样品的测定样品的BS、Br、HD等等参数：从已标定好的示波器上读取参数：从已标定好的示波器上读取UX(UH)、UY(UB)值值（峰值），计算相应的（峰值），计算相应的H和和B，逐点描绘作，逐点描绘作B-H曲线。再曲线。再由磁滞回线测定样品的由磁滞回线测定样品的BS、Br、HD等参数。等参数。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 5实验数据记录实验数据记录v1)作作B-H基本磁化曲线与基本磁化曲线与-H曲线曲线v2)描绘动态磁滞回线并计算样品的描绘动态磁滞回线并计算样品的BS、Br、HD参数。参数。6思考题思考题v1)为什么要退磁？如果不退磁，对实验结果会为什么要退磁？如果不退磁，对实验结果会有什么影响？有什么影响？v2)为什么测绘磁滞回线时，励磁电压不宜过高为什么测绘磁滞回线时，励磁电压不宜过高或过低？或过低？南京理工大学材料科学与工程系磁性材料实验 谢谢！谢谢！