铁磁质动态磁滞回线的测试

铁磁质动态磁滞回线的测试
一．实验目的
1.学会如何用示波器变相地测量非电压量的方法
2.了解用示波法测铁磁物质动态磁滞回线的基本原理
3.了解磁性材料的特性
二．实验原理
1.铁磁质和磁滞
在磁场的作用下，能发变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质，磁介质按其磁特性可分为铁磁质和非铁磁质（包括顺磁质和抗磁质）。

工艺技术上广泛应用的磁性材料主要是铁磁性材料，铁，钴，镍及其许多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）都属于铁磁质。

磁化性能（或磁化规律）是指M 与B 之间的依从关系。

由于
M U B H -=0
也可以说磁化性能是指M 与H 的关系或Ｂ与Ｈ的关系。

实验易于测量Ｂ和Ｈ，所以我们用实验来研究Ｂ与Ｈ的关系。

（图８－１）是一个典型的磁化曲线，表示磁化过程中磁化强度与磁场的变化关系。

ＯＳ表示对于未磁化的样品施加磁场Ｈ，随Ｈ增加磁化强度不断增加，当Ｈ增加到ＨＳ（称为饱和磁场强度）时磁化强度达到饱和强度M S，曲线ＯＳ称为起始磁化曲线。

这条曲线的显著特点是它的非线性。

达到饱和以后，再减小磁场，磁化强度并不是可逆地沿原始的磁化曲线下降，而是沿着图中ＳＲ变化，与起始磁化曲线并不重合在Ｒ点磁场已减为零，但磁化强度并没有消失。

比较曲线ＯＳ段与ＳＲ段可知，虽然Ｈ减少时Ｂ也随时减少，但是Ｂ的减少“跟不上”Ｈ的减少，这种现象叫做磁滞（磁性滞后），B R称为剩磁。

当磁场沿相反方向增加-H C到时，磁化才变为零，H C称为矫顽力。

继续增加反向磁场到-H S可以使磁化强度将完成如图所示的回线SRCS’R’C’S，称为磁滞回线，上面的磁滞回线是令H从饱和磁化强度H S出发得到的，实际上，从起始磁化曲线上的任一点Ｍ(H M<H S)开始减少磁场强度，都可得到一个磁滞回线，对同一个铁磁质存在无数个磁滞回线，如图（８－２）所示。

但是如果从起始磁化曲线上Ｈ值大于H S的一点（如图的Ｎ点）出发，减小Ｈ时，则磁化状态将先沿起始磁化曲线退到S然后沿磁滞回线上半段到S’，再沿反向的起始磁化曲线到N’，再沿同一曲线退回S’，再沿磁滞回线下半段S’S到S,最后回到N。

可见SRCS’R’C’S是最大的一条磁滞回线，称为饱和磁滞回线。

当铁磁材料处在周期性交变磁场中，铁磁质周期地磁化，相应的磁滞回线称为交流磁滞回线，它最能反映在交变磁场作用下样品内部的磁状态变化过程。

磁滞回线所包围的面积表示在铁磁材料通过一磁化循环中所消耗的能量。

叫做磁滞损耗。

（磁滞损耗与铁磁质中由于
涡流而出现的涡流损耗有所不同的起因，合起来叫做铁心损耗简称铁损。

）铁损不但造成能量浪费，而且使铁习温度升高，导致变压器及电机中绝缘材料的老化，所以应该尽量减小。

可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比，因此要减少磁滞损耗就应选用磁滞回线细窄的铁磁质。

工程上把铁磁质分为软磁材料（软铁）和硬磁材料（硬铁）两大类。

软磁材料磁滞回线细窄，矫顽力很小；硬磁材料恰恰相反（图８－３）。

软磁材料适于制造变压器和电机，硬磁材料适于制造永磁铁。

２.磁滞回线的测量，定标
示波器只可采集电压信号，测量动态磁滞回线时，必须将非电压量H 和B 转换成电压量才能显示出来。

测定铁磁材料的磁滞回线常用的方法如下：先把待测样品制成环形，利用取样电阻和线圈的互感分别取得正比于H 和B 的电压信号，再分别送到示波器的X 轴和Y 轴，便可观察到磁滞回线。

具体方法如下：
（１）磁场强度的获取
示波器X 轴输入电压为11R I U X ，所以电子束在X 轴上的偏转跟
磁化电流1I 成正比，根据安培环路定律：
HL N I =11
得 H N LR U X 1
1= (8-1) 式中1N 为待测样品初级线圈匝数，Ｌ为铁芯的平均磁路。

式（８－１）表明，在交变磁场下，任一时刻ｔ，电子束在X 轴偏转这正比于磁场强度H 。

（２）磁感应强度的获取
铁磁质中的Ｂ由电磁感应原理测量如（图８－４）所示，由法拉第电磁感应定律可知，在副线圈中将产生感应电动势
dt dB S N dt d N D 22
-=Φ-=ε （8-2） 则 dt S
N B ⎰-=ε21 （8-3） 式中2N 为样品次级线圈的匝数；S 为样品铁芯截面积。

由式（８－３）可知，只有对ε积分才能得到B 值，为此我们采 用RC 积分器处理后送入轴代表Ｂ.
所以有 B U U C y ∝= (8-4)
即电子束在Y 轴偏转正比于磁场强度Ｂ。

（3）对示波器X.Y 轴分别进行定标H.B
为了从荧光屏上记下磁滞回线的值，求得他们的实际值，必须对示波器的X.Y 轴分别按定标H.B 。

对x 轴由式可得
1
1LR U N H X = (8-5) 对Y 轴，用标准互感器M 取代被测样品。

保持R 1，R 1和C 不变，
调节调压器，使示波器的垂直线段等于（图8-4）中+B S 和-B S 到的高度。

互感器副边的感应电动势为
dt
di M -='ε （8-6） 积分得 Mi di M dt ==⎰⎰'ε （8-7） 将式（8-7）代入得
S
N t Mi t B 2)()(=
对B S 则有
S N MI S N MI B m S 2'121'2== (8-9) 对回线的任一点的B 的标定也是同样的道理。

三．实验仪器和用具
交流磁滞回线测试仪、可调隔离变压器、示波器、标准互感器、交流电流表
四．实验内容
1.显示和观察交流磁滞回线，交流退磁。

调好示波器，使光点调至荧光屏中心，调节示波器两通道的Y 衰减的微调至校准位置，逐渐增大磁化电流，使磁滞回线上的B 值能达到饱和。

然后逐渐减少电流至零，这样实现交流退磁
2.测定饱和磁滞回线。

（1）测定若干B 、H 的值，并列表记录。

（2）对X 、Y 轴定标
对X 轴定标：根据X 轴坐标轴分度值S X,直接计算H 轴的分度值
S H,即将S X 代入，即得1
1LR S N S X H 对Y 轴定标：用标准互感器M 取代被测样品。

记录下此时对应的初级线圈回路的电流I ’，在调节调压器，测得几组，根据公式计算每组对应的B ’值，从而求得S B,再取几组平均得B 轴度值。

2.测绘交流基本磁化曲线
列表测量大小不同的各个磁滞回线的顶点，然后作图连成光滑的曲线。

五．实验数据
根据实验测得数据如下：
根据数据得出的图象：
F=92.2Hz CH 1=20mv CH 2=10V R 1=10Ω R 2=30K Ω C=1uF
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 X/格
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.20 1.4 0.70 0.90 1.30 1.10 Y/格 0.00 0.60 1.40 1.62 1.78
1.83
2.0 1.65 1.71 1.90 1.81
（1）根据实验测得数据如下： X/格
Y/格
1.4
2 2 1.3
1.95 1.98 1.2
0.9 0.7 0.6
1.61 1.60 0.4
1.45 1.20 0.3
1.4 1.0 0.2
1.4 -1.0 0.1
1.3 -1.2 0
-1.4 -0.4 -0.2
-1.4 -1 -0.3
-1.31 -1.33 -0.4
-1.31 -1.33 -0.6 -1.79 -1.8
根据测得的数据画出图形为
X/格
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.5 2 2.5 3 4 5 H 0 0.24 0.48 0.72 0.96 1.21 1.79 2.41 2.98 3.57 4.76 5.95
Y 格 0 0.02 0.04 0.07 0.12 0.2
0.6 0.9 1.2 1.4 1.6 1.8 B 0 0.38 0.75 1.32 1.91 3.77 0.14 16.95 22.58 26.36 30.12 33.82
（3）根据公式 X LR S N H X 11= Y S
N CS R B Y 22= 计算得相关数据 六、总结： 1． 由于读数上的误差画出来的图形和实际的图形存在着较大的误差，图形的吻合度不高。

2．实验的时候要注意示波器的状态，图形的合成的操作需要留意。

3．实验过程图形的出现需要耐心，并且在读数的时候，需要细心的读数。