FD-BH-2动态磁滞回线说明书

本公司研制生产的FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪具有以下特点：
1.提供形状尺寸相同的软磁铁氧体和硬磁模具钢(Cr12)两种典型磁性材料进行磁特性测量，可明显比较它们的磁特性参数不相同。并可测量在磁场强度较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线磁参数(复数)，实验内容相当丰富；
2.提供可变频率的正弦波交流电源，可观测频率对磁特性的影响;
5.学习精确测量电阻和电容的实验方法，测量不同阻值电阻和未知电容。
6.学习用计算机测量磁性材料动态磁滞回线和磁化曲线的方法。(选配计算机接口后完成)
二.实验原理
（一）铁磁物质的磁滞现象
铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。一般都是通过测量磁化场的磁场强度 和磁感应强度 之间关系来研究其磁化规律的。
2.交流数字电压表：量程200m ,分辨率0.1m ,浮地。
3.待测磁性样品：软磁铁氧体1只(环状)，初级200匝，次级200匝;硬磁模具钢(Cr12合金钢)1只(环状),初级200匝，次级200匝；两个样品内径23.0 ，外径38.0 ，高10.0 。
4.初级线圈串联电阻 ,次级线圈电路串联电阻 ,电容 。
表1 软磁铁氧体基本磁化曲线的测量
/
h/(A/ )
/
b/
/
h/(A/ )
/
b/
0.20
4.1
0.10
15.9
2.40
49.8
1.90
302
0.40
8.3
0.25
39.8
2.60
54.01.953来自00.6012.5
0.45
71.6
2.80
58.1
2.00
318
0.80
16.6
（二）利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线
电路原理图如图2所示。
将样品制成闭合环状，其上均匀地绕以磁化线圈 及副线圈 。交流电压 加在磁化线圈上，线路中串联了一取样电阻 ，将 两端的电压 加到示波器的X轴输入端上。副线圈 与电阻 和电容 串联成一回路，将电容 两端的电压 加到示波器的Y轴输入端，这样的电路，在示波器上可以显示和测量铁磁材料的磁滞回线。
图2 用示波器测动态磁滞回线的电路图
（图中正弦交流电源浮地）
1.磁场强度 的测量
设环状样品的平均周长为 ，磁化线圈的匝数为 ，磁化电流为交流正弦波电流 ,由安培回路定律 ,而 ,所以可得
(1)
式中， 为取样电阻 上的电压。由公式（1）可知，在已知 、 、 的情况下，测得 的值，即可用公式（1）计算磁场强度 的值。
四.仪器简介
动态磁滞回线和磁化曲线实验仪由正弦信号发生器，交流数字电压表、实验电路模块,包括待测样品2只，取样电阻 和 、电容 等组成,其仪器装置外形如图1所示。
图1动态磁滞回线和磁化曲线实验仪
五．使用注意事项
1.正弦信号发生器的输出端的黑色接线柱和交流数字电压表输出端的黑色接线柱为公共端（仪器内用导线连在一起），实验时，须将公共端接在一起。
约为 Ω, 约2Ω，但测量时应考虑怎样使测量误差最小，测小电阻时，电源又不短路。测量电路如图5所示。
(b) 电容的测量
电容的值 约为 。若交流电频率 ,即其阻抗约为 ，测量电容的接线图如图6所示。取 ，测量电源电压 和电阻两端电压 ，在已知频率 和 时可得电容 的值。
所以
由此可得
(8)
请考虑一下是否有更好的方法将 、 、 测得更准确？
2.对X轴和Y轴进行校准，并记录相应的 和 , 和 值，在作图纸上近似画出硬磁材料在达到饱和状态时的交流磁滞回线。
选做实验
1.测量取样电阻 和电阻 、电容 的值。
(a)电阻的测量
将电阻箱 和待测电阻 (或 )串联，并与正弦交流信号源相接，用交流电压表测量信号输出电压 和电阻箱两端电压 ,那么，由
，得 。同样，可测得 的值。
3．记录磁滞回线的顶点 和 ，剩磁 和矫顽力 三个读数值（以长度为单位），在作图纸上画出软磁铁氧体的近似磁滞回线。
4．对X轴和Y轴进行校准。计算软磁铁氧体的饱和磁感应强度 和相应的磁场强度 、剩磁 和矫顽力 。磁感应强度以 为单位，磁场强度以 为单位。
5.测量软磁铁氧体的基本磁化曲线。现将磁化电流慢慢从大至小，退磁至零。从零开始，由小到大测量不同磁滞回线顶点的读数值 和 ，用作图纸作铁氧体的基本磁化曲线( 关系)及磁导率与磁感应强度关系曲线( 曲线)，其中 。
本仪器是观测动态磁滞回线的优质仪器，可供高等院校、中等专业学校等基础物理实验，设计性综合性实验和演示实验使用。
二．仪器用途
FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪可以完成以下实验内容：
1.测量软磁铁氧体基本磁化曲线和磁滞回线，求材料饱和磁感应强度、矫顽磁力和剩磁值，磁导率与磁场强度关系。
2.观察硬磁模具钢(铬合金钢)的磁滞回线。
一．实验目的
1.了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2.用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度 、剩磁 和矫顽力 。
3.学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4.用示波器显示硬铁磁材料（模具钢 ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
(4)
把电流 代入（4）式得
(5)
把（5）式代入（2）式得
在将此式两边对时间积分时，由于 和 都是交变的，积分常数项为零。于是，在不考虑负号（在这里仅仅指相位差 ）的情况下，磁感应强度
(6)
式中， 、 、 和 皆为常数，通过测量电容两端电压幅值 代入公式（6），可以求得材料磁感应强度 的值。
当磁化电流变化一个周期，示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线，以后每个周期都重复此过程，形成一个稳定的磁滞回线。
1、数字电压表测量交流正弦信号，测得得值为有效值 。而示波器显示的该正弦信号值为正弦波电压峰-峰值 。两者关系是
（7）
2、用于校准示波器X轴档和Y轴档分度值的波形必须为正弦波，不可用失真波形。
用上述方法可以对示波器Y轴和X轴的分度值进行校准。
三．实验仪器及装置
动态磁滞回线实验仪由可调正弦信号发生器、交流数字电压表、示波器、待测样品（软磁铁氧体、硬磁Cr12模具钢）、电阻、电容、导线等组成。其外型结构如图4所示。
2.示波器的X轴和Y轴显示正弦波信号的分度值为峰-峰值，而交流电压表测量的是正弦波的有效值。两者之间存在一定的关系，计算时必须注意。
3. 在校准X轴和Y轴灵敏度时，应将被测样品去掉，而代之以纯电阻R0。这主要是被测样品是铁磁材料，它的磁导率 是与电流有关的量，从而使磁化电路中的电流产生非线性畸变。RO起限流作用，操作时，不应超过其允许功率。
3.观察交流电频率对磁性材料磁特性参数的影响。
4.学习用正弦信号和交流数字电压表对示波器X轴和Y轴分度值进行校准(定标)。
5.学习用矢量合成法或等阻抗法测量电阻值和电容值。
6.观察在磁场强度 较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线，测量椭圆磁滞回线的交流磁特性参数。
三.技术指标
1. 正弦波信号发生器：频率15 --115 ,连续可调。输出信号交流0-7 ，可连续细调。输出端与电源线中的地线隔离(浮地)。
3.正弦信号源与220伏交流电源隔离(浮地)，实验安全可靠；
4.提供准确度较高的交流数字电压表和细调正弦信号源。校准示波器X轴和Y轴分度值(定标)相当方便、准确；
5.样品初级线圈串联取样电阻 和次级线圈串联电阻 和电容 ，均可单独引出接线。学生自己可用交流矢量合成法或等阻抗法精确测量 、 和 值。(外接一个电阻箱即可)
2.用交流电压表测量软磁铁氧体材料得基本磁化曲线( 曲线)。
3.测量硬磁模具钢材料椭圆交流磁滞回线的交流参量。见(参考文献7)
五．实验数据例（仅供参考）
铁氧体基本磁化曲线与磁滞回线的测量
测量铁氧体的基本磁化曲线时，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 和 值，直至达到饱和。注意由于基本磁化曲线各段的斜率并不相同，一条曲线至少20余个实验数据点，实验结果如表1所示。（本示波器 ，估读至 小格，即 ）。
FD-BH-2型
动态磁滞回线实验仪
说
明
书
上海复旦天欣科教仪器有限公司
中国
FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪
一．概述
磁性材料在通讯、计算机和信息存储、电力、电子仪器、交通工具等领域有着十分广泛的应用。磁化曲线和磁滞回线反映磁性材料在外磁场作用下的磁化特性，根据材料的不同磁特性，可以用于电动机、变压器、电感、电磁铁、永久磁铁、磁记忆元件等。动态磁滞回线是磁性材料的交流磁特性，其在工业中有重要应用，因为交流电动机、变压器的铁芯都是在交流状态下使用的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时， 和 均为零，在 图中则相当于坐标原点 。随着磁化场 的增加， 也随之增加，但两者之间不是线性关系。当 增加到一定值时， 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。 和 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中 点)。如果再使 逐步退到零，则与此同时 也逐渐减小。然而，其轨迹并不沿原曲线 ，而是沿另一曲线 下降到 ，这说明 当 下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到 ，这时曲线达到 点(即反向饱和点)，然后，先使磁化场退回到 ；再使正向磁化场逐渐增大，直到饱和值 为止。如此就得到一条与 对称的曲线 ,而自 点出发又回到 点的轨迹为一闭合曲线,称 为铁磁物质的磁滞回线，此属于饱和磁滞回线。其中，回线和 轴的交点 和 称为矫顽力,回线与 轴的交点 和 ,称为剩余磁感应强度。
(二)观测硬磁Cr12模具钢(铬钢)材料的动态磁滞回线
1.将样品换成Cr12模具钢硬磁材料，经退磁后，从零开始电流由小到大增加磁化电流，直至磁滞回线达到磁感应强度饱和状态。磁化电流频率约为f=50Hz左右。调节X轴和Y轴分度值使磁滞回线为不失真图形。(注意硬磁材料交流磁滞回线与软磁材料有明显区别，硬磁材料在磁场强度较小时，交流磁滞回线为椭圆形回线，而达到饱和时为近似矩形图形，硬磁材料的直流磁滞回线和交流磁滞回线也有很大区别。(见参考资料7)