2016磁滞回线的测量(实验报告)(1)

石家庄铁道大学物理实验中心第 1页 共10页 实验名称: 用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 姓 名 学 号班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1101 实验日期 2016年 月日节 一、实验目的: 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs 、剩磁Br 和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系;并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1. 双踪示波器 2. DH4516C 型磁滞回线测量仪 当反向磁场继续增加,铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零,同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场,磁化曲线成为一闭合曲线,这个闭合曲线称为磁滞回线,如图2所示。 3、基本磁化曲线 对于同一铁磁材料,设开始时呈去磁状态,依次选取磁化电流I1、I2、….I n,则相应的磁场强度为H1、H2、….H3,在每一磁化电流下反复交换电流方向(称为磁锻炼),即在每一个选定的磁场值下,使其方向反复发生几次变化(如H1→- H1→H1→- H1….),这样操作的结果,是在每一个电流下都将得到一条磁滞回线,最后,可得一组逐渐增大的磁滞回线。我们把原点O和各个磁滞回线的顶点a1、a2、….所连成的曲线称为铁磁材料的基本磁化曲线,如图3所示。 图3基本磁化曲线 (二)利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量原理 1、示波器显示B—H曲线原理线路 由上述磁滞现象可知,要观测磁介质磁滞现象及相应的物理量,需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度和磁感应强度。因此,测量装置必须具备三个功能: ①提供使样品磁化的可调强度的磁场(磁化场) ②可跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度 ③可定量显示样品的磁化过程 图4 图4是利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量装置原理图:首先将待测的铁磁物质制成一个环形样品,在样品上绕有原线圈即励磁线圈N1匝,由它提供磁化场;在样品上再绕副线圈即测量线圈N2匝,由它来跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度;由示波器来定量显示磁化过程。 如图4,设L为环形样品的平均磁路长度,若在线圈N1中通过励磁电流I1时,此电流在样品内产生磁场,磁场强度H的大小根据安培环路定律: , 即:I1 R1两端电压U1为: U1= I1 R1= H (1) 由(1)式可知,若将电压U1输入示波器 X偏转板时,示波器上任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。 为了追踪测量样品内的磁感应强度B,在截面面积为S的样品中缠绕副线圈N2,B可通过副线圈N2中由于磁通量变化而产生的感应电动势ε来测定。根据电磁感应定律: 即:ε=-) B=- 为了获得与B相关联的电压数值(因示波器只接收电压),在副线圈上串联一个电阻R2与电容C,电阻R2与电容C构成一个积分电路,此时ε=iR2+U c(i为感生电流,U c为积分电容两 端电压),适当选择R2与电容C,使R2则电容两端的电压Uc为: Uc= (2) 由(2)式可知,若将电压Uc输入示波器的Y偏转板,示波器上任一时刻电子束在Y轴的偏转正比于样品中的磁感应强度B。 这样,当示波器处于X-Y状态,X偏转板接U1,Y偏转板接U c,示波器屏上即可显示磁化过程。 2、示波器的定标 为了定量研究磁化曲线、磁滞回线,必须对示波器定标。即:确定示波器的X轴的每格代表多少H值(A/m),Y轴每格代表多少B(T)。 在示波器X偏转板上U X、Y偏转板U Y可准确测量,且R1、R2、C都为已知的标准元件的情况下,设 S x为示波器X轴的电压灵敏度,X为水平方向的位移格数;S Y为示波器Y轴的电压灵敏度,Y 为垂直方向的位移格数;则: U X=S x X ; U Y=S Y Y (3) 将(3)代入(1)、(2)得: H= (4) B= (5) 四、实验内容 (一) 熟悉示波器并测量信号源输出信号的周期 1、实验前准备 ①将“动态法磁滞回线实验仪”频率输出调节为100Hz,幅度值适中; ②示波器处于测量信号波形状态,使示波器辉度适中;调节X、Y位移旋钮使光点居中 ③用标准信号校准示波器X、Y轴灵敏度旋钮,(注意:三个微调旋钮逆时针旋到底) 请在下图中画出信号源输出信号的波形图,并计算其周期: 1)按图4所示的原理线路检查接线连接是否正确 2)逆时针调节“幅度调节”旋钮到底,使信号输出最小。 3)调示波器显示工作方式为X-Y方式。示波器X输入为AC方式,测量采样电阻R1的电压U1;示波器Y输入为DC方式,测量积分电容的电压U c。 4)接通示波器和DH4516C型动态磁滞回线实验仪电源,适当调节示波器辉度及X、Y位移旋钮使光点居中。 2、显示和观察两种样品的交流信号下的磁滞回线图形(先测量样品1) 1)单调增加磁化电流,即缓慢顺时针调节“幅度调节”旋钮,使示波器显示的磁化曲线上B值增加缓慢,达到饱和。改变示波器上X、Y轴的灵敏度,调节R1、R2的大小,使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形。 2)分别观测频率为25.0Hz、50.0Hz、100.0Hz、150.0Hz,不同频率下的磁滞回线形状(注意:由于铁磁材料的磁化状态与磁化历史有关,磁滞回线又与其起始端点的磁化状态有关。观测每一频率下的磁滞回线前,必须使幅度值降为零。否则,观测无意义)。 3)换样品2重复上述过程 。 3、样品1、样品2磁滞回线形状比较: 。(三)测量样品1、2的矫顽力、饱和磁感应强度B S、饱和磁场强度H S和磁滞回线 (本实验装置使用交变电流,所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”,随时可以获得磁滞回线。只要调节示波器上X、Y轴的灵敏度,调节R1、R2的大小,使示波器显示出典型美观的磁滞回线图形,即可测量矫顽力、饱和磁感应强度B S、饱和磁场强度H S。) 请在下图中画出样品1的磁滞回线并测量矫顽力H C、饱和磁感应强度B S和饱和磁场强度H S 1、样品1测量数值记录表(信号源频率取100Hz;R = R2= S x= S y= ) 1 表1(参数:L=0.130m,S=1.24×10-4m2,N1=100T,N2=100T C=1.0×10-6F) 计算H=;B = ;H C= 12x y 计算H=;B = ;H C= 4、样品2磁滞回线图形 (四)测量样品的基本磁化曲线(选择样品1) 先将样品退磁,然后从零开始不断增大电流,记录各磁滞回线顶点的 B 和 H 值, (注意基本磁化曲线与磁化曲线的不同) 表3样品1的基本磁化曲线数据 ①饱和磁感应强度 ②饱和磁场强度 ③矫顽力 ④剩磁 ⑤磁滞回线 ⑥磁化曲线 ⑦基本磁化曲线 六、课后题 1、如果示波器上显示的磁滞回线是饱和磁滞回线,当调节X、Y电压灵敏度时,磁滞回线形状是否改变?饱和磁感应强度B S、饱和磁场强度H S、矫顽力、磁化曲线数值是否改变? 2、为什么测量基本磁化曲线时需要退磁?