155
磁性材料应用广泛，从常用的永久磁铁、变压器铁芯到录音、录像、计算机
存贮用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。磁滞回线和基本磁化曲线反映了磁性材
贝克曼梁料的主要特征。通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基
本磁化曲线的基本测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认
识。
【实验目的】
1． 认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。
2． 测绘样品的磁滞回线，比较其磁滞损耗大小。
3． 测定样品的B s 、Ｈs 、B r 、H D 等参数。
4． 测定样品的基本磁化曲线，作B -H 及μ-Ｈ曲线。
【实验仪器】
FB310A 磁滞回线实验仪、GOS-620型示波器
【实验原理】
铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁
的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，它的
图17-1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线 图17-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线
磁感应强度不仅依赖于外磁场强度，而且还依赖于原先的磁化程度。图17-1为铁磁物质的磁感应强度Ｂ与磁化场强度H之间的关系曲线。
图中的原点Ｏ表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即Ｂ＝H＝０，当磁场Ｈ从零开始增加时，磁感应强度Ｂ随之缓慢上升，如线段Oa所示，其后B的增长趋于缓慢，并当H增至Hs时，B达到饱和值Bs，OabS称为起始磁化曲线。如果将磁化场H减小，B并不沿原来的曲线OabS减小，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR知，H减小B也相应减小，但B的变化滞后于H的变化，此现象即称为磁滞。磁滞的明显特征是当H=0时，B不为零，而保留剩磁Br。
当磁场反向逐渐变至-H D时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H D称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。
图17-1还表明，当磁场由Hs→O→-H D→-Hs→O→H D′→Hs的次序变化时，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化，该闭合曲线称为磁滞回线。所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁，在此过程中要耗费额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗。可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。
初始态为H=B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图17-2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率μ=B/H，因B与H非线性，故铁磁材料的μ不是常数，而是随H而变化（如图17-3所示）。铁磁材料的相对
图17-3 铁磁材料μ与H关系曲线图17-4 不同铁磁材料的磁滞回线
磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。
可以说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17-4为常见156
157
的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的矫顽力和剩磁小、磁滞回线狭长、磁滞回线所包围的面积小，在交变磁场中磁滞损耗小，因此适用于电子设备中的各种电感元件、变压器、镇流器的铁芯等。硬磁材料的矫顽力大，剩磁强，磁滞回线较肥胖，磁滞特性非常显著，可用来制成永磁体而应用于各种电表、扬声器、录音机等。
图17-5 实验线路连接图
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图17-5所示。待测样品为EI 型矽
钢片，N 为励磁绕组，n 为用来测量磁感应强度B 而设置的绕组。R 1为励磁电流取样电阻。设通过N 的交流励磁电流为i ，根据安培环路定律，样品的磁化场强H 为
L
Ni H =dsp2812
（17-1） 式中，L 为样品的平均磁路。
因为 1
H U i R =
（17-2） 所以 1
H N H U LR =⋅ （17-3） 式（17-3)中的N 、L 、R 1均为已知常数，所以由图17-5中所示的U 1可确定H 。 在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B 是测量绕组n 和R 2C 2电路给定的，
根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ的变化，在测量线圈中产生的感生动势ε的大小为
2d n
dt εΦ= （17-4）
158 21dt n
εΦ=
⎰ （17-5） 21B dt S nS εΦ==⎰ (17-6) 式中，S 为样品的截面积。
如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为
222B i R U ε=+ （17-7）
式中i 2为感生电流，U 2为积分电容C 2两端的电压。设在t ∆时间内，i 2向电容C 2的充电电量为Q ，则
2
B Q U
C =mjpg
（17-8） 所以 2222
Q i R C ε=+ （17-9） 如果选取足够大的R 2和C 2，使222C Q R i >>
，则 222i R ε= （17-10）
又因为
22B dU dQ i C dt dt
=
= （17-11） 所以 2222
dU C R dt ε= （17-12） 由（17-6）、（17-12）两式可得
22B C R B U nS
= （17-13） 上式中C 2、R 2、n 和S 均为已知常数。所以由图17-5中所示的U 2可确定U B 。
综上所述，将图17-5中的U H 和U B 分别加到示波器的“X 输入”和“Y 输入”便可观察样品的B —H 曲线；如将U H 和U B 加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度B s 、剩磁B r 、矫顽力H D 以及磁导率μ等参数。
【实验步骤】
偏振式3d
1．电路连接
选样品1按图17-5连接线路，其中R1选择2.5Ω，R2为30KΩ，C2为6μF。U H 和U B分别接示波器的“X（CH1）输入”和“Y(CH2)输入”，插孔 为公共地端。
图17-5防身戒指
2．样品退磁
顺时针方向转动输出信号的励磁电压“U选择”旋钮，使输出电压从0增到最大，然后逆时针方向转动旋钮，使输出电压U从最大值降为0，反复如此操作即可消除剩磁，以确保样品处于磁中性状态，即B=H=0，图17-6所示是将输出电压U从最大值降为0的退磁过程示意图。
159继电器延时电路
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议