软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测量省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

软磁材料磁滞回线软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线测量和基本磁化曲线测量北方民族大学物理试验中心北方民族大学物理试验中心Fundamental physics experiment第第1 1页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment 铁磁物质铁磁物质是一个性能特异，用途广泛是一个性能特异，用途广泛材料，包含铁、钴、镍及其众多合金以及材料，包含铁、钴、镍及其众多合金以及含铁氧化物（铁氧体），在外磁场作用下，含铁氧化物（铁氧体），在外磁场作用下，能被强烈磁化，磁导率很高并随磁场改变，能被强烈磁化，磁导率很高并随磁场改变，当外磁场撤掉以后，铁磁材料仍含有一定当外磁场撤掉以后，铁磁材料仍含有一定磁性，磁化规律复杂。磁性，磁化规律复杂。第第2 2页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn铁磁材料含有这种保持原定磁化状态性质称为铁磁材料含有这种保持原定磁化状态性质称为磁磁滞滞。研究铁磁材料磁化规律，普通是经过测量外。研究铁磁材料磁化规律，普通是经过测量外磁场磁场磁场强度磁场强度H H与与感应磁场强度感应磁场强度B B之间关系来进行。之间关系来进行。起始磁化曲线图起始磁化曲线图磁滞回线图磁滞回线图第第3 3页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn以以H为横坐标，为横坐标，B B为纵坐标，为纵坐标，画出画出B B随随H H改变曲线，这条曲改变曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。线称为初始磁化曲线。n当当H H增大到某一值增大到某一值H Hm m后，后，B B几几乎不再改变，这时铁磁材料乎不再改变，这时铁磁材料磁化状态为磁饱和状态。此磁化状态为磁饱和状态。此时磁感应强度时磁感应强度BsBs叫做饱和磁叫做饱和磁感应强度。感应强度。1 1、B B与与H H关系关系起始磁化曲线图起始磁化曲线图特点：特点：复杂非线性曲线复杂非线性曲线第第4 4页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment 2 2 磁滞现象磁滞现象特点：铁磁材料磁化过程是不可逆。特点：铁磁材料磁化过程是不可逆。当铁磁质到达饱和后，当铁磁质到达饱和后，减小减小H H，B B沿图沿图abab下降；下降；当当H=0H=0时时B0B0，这说，这说明铁磁材料还残留一明铁磁材料还残留一定值磁感应强度定值磁感应强度BrBr，称为称为剩磁剩磁若要使铁磁物质完全若要使铁磁物质完全退磁，即退磁，即B=0B=0，必须，必须加一个反方向磁场加一个反方向磁场HcHc，称为，称为矫顽力矫顽力-Hc-BrBr第第5 5页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentBHH1H2H3基本磁化曲线和磁滞回线基本磁化曲线和磁滞回线BHaBsBrcabHmHc起始磁化起始磁化曲线曲线磁滞回磁滞回线线基本磁化基本磁化曲线曲线 对同一铁磁材料，选择不一样磁场强度进行重复磁化，可对同一铁磁材料，选择不一样磁场强度进行重复磁化，可得一系列大小不一样磁滞回线得一系列大小不一样磁滞回线,再将各磁滞回线顶点联接起来，再将各磁滞回线顶点联接起来，所得曲线被称为基本磁化曲线。所得曲线被称为基本磁化曲线。第第6 6页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentO软软磁材料磁材料应用应用 硅钢片，作变压硅钢片，作变压器、电机、电磁铁铁芯，器、电机、电磁铁铁芯，铁氧体铁氧体(非金属非金属)作高频作高频线圈磁芯材料。线圈磁芯材料。特点特点 磁导率大，矫顽磁导率大，矫顽力小，轻易磁化，也轻力小，轻易磁化，也轻易退磁，磁滞回线包围易退磁，磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小。面积小，磁滞损耗小。软磁材料软磁材料北方民族大学物理试验中心北方民族大学物理试验中心Fundamental physics experiment第第7 7页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment特点特点 剩下磁感应强度剩下磁感应强度大，矫顽力大，不轻易大，矫顽力大，不轻易磁化，也不轻易退磁，磁化，也不轻易退磁，磁滞回线宽，磁滞损耗磁滞回线宽，磁滞损耗大。大。硬磁材料硬磁材料应用应用 作永久磁铁，永作永久磁铁，永磁喇叭等。磁喇叭等。O硬硬磁材料磁材料第第8 8页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment应用应用 作计算机中记作计算机中记忆元件，磁化时极性忆元件，磁化时极性反转组成了反转组成了“0 0”与与“1 1”物理载体。物理载体。矩磁材料矩磁材料特点特点 磁滞回线呈矩磁滞回线呈矩 形状形状O矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料第第9 9页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentu 了解相关铁磁性材料性质知识；了解相关铁磁性材料性质知识；u 了解用示波器动态测量软磁材料磁滞了解用示波器动态测量软磁材料磁滞 回回 线和基本磁化曲线原理；线和基本磁化曲线原理；u 学习并体会物理试验方法中转换测学习并体会物理试验方法中转换测量法；量法；u 掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞掌握用示波器动态测量软磁材料磁滞回线和基本磁化曲线方法回线和基本磁化曲线方法.实验目实验目第第1010页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验器材试验器材:GY-4隔离变压器第第1111页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验器材试验器材:CZ-2磁质回线装置第第1212页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验器材试验器材:COS5020示波器北方民族大学物理试验中心北方民族大学物理试验中心Fundamental physics experiment第第1313页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验原理试验原理i1i2UxUyN2N1R2C隔离变压器示波器XYR1220V示波器显示示波器显示B BH H曲线原理和线路曲线原理和线路第第1414页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验设计思想试验设计思想 假如希望在示波器上显示出被测铁磁材料磁滞假如希望在示波器上显示出被测铁磁材料磁滞回线，必须使输入到示波器回线，必须使输入到示波器X X偏转板上电压偏转板上电压UxUx与磁与磁场强度场强度H H成正比，同时使输入到示波器成正比，同时使输入到示波器y y偏转板上电偏转板上电压压UyUy与铁磁材料中磁感应强度与铁磁材料中磁感应强度B B成正比成正比 该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波该式表明了在交变磁场下，任一时刻输入到示波器上电压降器上电压降UxUx与磁场强度与磁场强度H H 成正比。成正比。依据安培环路定律，磁场强度依据安培环路定律，磁场强度H H大小为：大小为：（1）第第1515页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验设计思想试验设计思想 为了得到和铁磁材料中瞬时磁感应强度为了得到和铁磁材料中瞬时磁感应强度B B成正比成正比UyUy值，采取电阻值，采取电阻R2R2和电容和电容C C组成组成积分电路积分电路。线圈线圈N1N1中交变磁场中交变磁场H H在铁磁材料中产生交变磁感在铁磁材料中产生交变磁感应强度应强度B B，所以在线圈，所以在线圈N2N2中产生感应电动势，其大小中产生感应电动势，其大小用公式（用公式（2 2）表示）表示:（2）当当时，时，第第1616页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment（2 2）代入）代入（3 3）该该式式表表明明示示波波器器垂垂直直偏偏转转板板上上电电压压，即即电电容两端电压容两端电压UyUy是正百分比于磁感应强度是正百分比于磁感应强度B B。电容电容C两端电压：两端电压：（3）（4）第第1717页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验内容试验内容u 在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁在坐标纸上做出基本磁化曲线和饱和磁滞回线滞回线.u 给出给出Hm、Hc、Bs、Br试验结果试验结果.第第1818页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验步骤试验步骤u熟悉示波器各旋钮作用，对熟悉示波器各旋钮作用，对X X轴和轴和Y Y轴分别进行定标，校正轴分别进行定标，校正X X轴和轴和Y Y轴上每格表示电压值后即能够进行测量。轴上每格表示电压值后即能够进行测量。ACACXYXYXYauto屏幕上显示磁滞回线时，示波器各旋钮状态屏幕上显示磁滞回线时，示波器各旋钮状态第第1919页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentn正确连接线路，在确认变压器输出为正确连接线路，在确认变压器输出为0 0伏后，接通电源；伏后，接通电源；逐步升高隔离变压器输出电压，调整示波器电压分度旋钮，逐步升高隔离变压器输出电压，调整示波器电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕使磁滞回线充满整个屏幕;将隔离变压器电压调至将隔离变压器电压调至80V80V左左右，调整示波器电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕；右，调整示波器电压分度旋钮，使磁滞回线充满整个屏幕；CH1CH1通通道电道电压压分分度度旋旋钮钮CH2CH2通通道电道电压压分分度度旋旋钮钮a(x,y)第第2020页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment 测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始测量初始磁化曲线必须由原始状态状态状态状态HH0 0，B B0 0开始，所以测开始，所以测开始，所以测开始，所以测量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行量前必须对待测样品进行退磁退磁退磁退磁，以消除剩磁。退磁方法如图所以消除剩磁。退磁方法如图所以消除剩磁。退磁方法如图所以消除剩磁。退磁方法如图所表示，须在表示，须在表示，须在表示，须在 HHmm之间对样品进之间对样品进之间对样品进之间对样品进行重复磁化过程中让行重复磁化过程中让行重复磁化过程中让行重复磁化过程中让|HHmm|逐步逐步逐步逐步降低，使样品沿着面积一条比降低，使样品沿着面积一条比降低，使样品沿着面积一条比降低，使样品沿着面积一条比一条小磁滞回线回到原点。一条小磁滞回线回到原点。一条小磁滞回线回到原点。一条小磁滞回线回到原点。试验步骤试验步骤第第2121页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment试验步骤试验步骤n将磁场由将磁场由0(电压为电压为0)开始，逐步开始，逐步(电压每电压每10V改变一步改变一步)增加至增加至B到达饱和，记下每一步到达饱和，记下每一步磁滞回线定点坐标磁滞回线定点坐标a(x,y)及所对应电压分度及所对应电压分度值值.n在饱和磁滞回线上统计在饱和磁滞回线上统计Hm、Hc、Bs、Br坐坐标，测量时应在标，测量时应在0、00剩磁剩磁Br矫顽力矫顽力Hc饱和磁感饱和磁感应强度应强度Bs饱和磁场饱和磁场强度强度Hm数据统计数据统计第第2424页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment注意事项注意事项u 测量前检验示波器两通道垂直微调旋钮测量前检验示波器两通道垂直微调旋钮是否在校准位置是否在校准位置.u 确定软磁材料饱和时对应隔离变压器电确定软磁材料饱和时对应隔离变压器电压，饱和时示波器上类磁滞回线尖端连接压，饱和时示波器上类磁滞回线尖端连接处两条曲线变得重合处两条曲线变得重合.北方民族大学物理试验中心北方民族大学物理试验中心Fundamental physics experiment第第2525页页北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experimentu 假如测量前没有将材料退磁，会出现什假如测量前没有将材料退磁，会出现什么情况？么情况？u 用磁路不闭合样品进行测量会造成什么用磁路不闭合样品进行测量会造成什么结果？结果？u 测量时磁场测量时磁场H是正弦改变，磁感强度是正弦改变，磁感强度B是否按正弦规律改变？反之，若磁感强度是否按正弦规律改变？反之，若磁感强度B是正弦改变，磁场是正弦改变，磁场H是否也按正弦规律改是否也按正弦规律改变？变？思索题：思索题：第第2626页页第第2727页页