示波器观察动磁滞回线讲义

示波器观测动态磁滞回线

一、用示波器观测动态磁滞回线简介：

1. 实验原理。

参照《新编基础物理实验》实验四十三《磁滞回线的测量》的实验原理。

2. 测量电路。

3. 相关公式

1R 1

1N H R u =l 2C 2R C B N S

u = l ，铁磁样品的磁路长度；S ，铁磁样品磁路的横截面积；N 1，N 2，初级、次级绕组匝数。

对样品1（铁氧体）：l = 0.130m ，S = 1.24×10-4 m 2 ，N 1 = N 2 = N 3 = 150匝。 对样品2（硅钢片）：l = 0.075m ，S = 1.20×10-4 m 2 ，N 1 = N 2 = N 3 = 150匝。

4. 名词术语：

1） 磁中性状态：磁化场H 为零时磁感应强度B 也为零的状态，称为磁中性状态。

对铁磁样品加一个振幅足够大的交变磁场，并逐渐将振幅减小到零，铁磁样品即可被磁中性化。

2） 磁滞回线：磁化场H 循环变化时（-H 0H + ）B 的变化轨迹称为磁滞回

线。它是相对于原点对称的闭合曲线。（样品测量前需要先磁中性化）

3） 饱和磁滞回线：磁化场H 在循环变化过程中可以达到足够大，使铁磁材料的磁化强度0B

M H μ=−随H 的增大不再增大，由这样的循环变化磁化场得到的

磁滞回线称为饱和磁滞回线。

饱和磁滞回线上磁感应强度最大的值称为饱和磁感强度，用B S 表示。

饱和磁滞回线上B=0所对应的磁化场称为矫顽力，用H C 表示。

饱和磁滞回线上H=0所对应的磁感应强度称为剩余磁感应强度，用B r 表示。

4） 基本磁化曲线：将振幅不同的循环变化磁化场下所得到的磁滞回线的顶点连接

起来的曲线。（样品测量前需要先磁中性化）

5） 起始磁导率i μ：磁导率μ定义为0B H

μμ=，通常铁磁材料的μ是温度T 、磁化场H 、频率f 的函数。在很低的磁化场下，磁化是可逆的，H 和B 之间呈线性关系，没有滞后现象，在此区域中，磁导率为常数，该磁导率称为起始磁导率，即i H 00

B lim H μμ→=。 6） 可逆磁导率r μ：当一个直流磁场H 和一个很弱的交变磁场h

同时作用在铁磁材料上时，直流磁场H （也称为直流偏磁场）使铁磁材料偏离磁中性化状态，h

引起磁感应强度B 的交流变化b 。当h 0→ 时，由h 产生的退化磁滞回线（即一条斜线）的斜率与0μ的比值称为可逆磁导率r μ，即00

lim r h h b μμΔ→Δ=Δ，其中h Δ和b Δ分别是h 和b 的变化范围。r

μ是H 的函数，一般H 越大，r μ越小。

二、实验内容：

1. 观测样品1（铁氧体）的饱和磁滞回线。

1） 取1R 2.0=Ω，2R =50k Ω，C 10.0F μ=，100Hz f =，调节励磁电流大小

及示波器的垂直、水平位移旋钮，在示波器显示屏上调出一个相对于坐标原点对称的饱和磁滞回线。在回线的上半支上，从-B S 到B S 选取9个以上测量点（其中必须包括S B ，B 0=，H 0=三个点），测量各点的H 和B 。根据测量的数据在坐标纸上画出饱和磁滞回线。给出S B ，r B ，C H 的测量值。

2） 保持1R ，R 2C 不变，测量并比较f =50Hz 和150Hz 时的r B 和C H 。

3） 取1R 2.0=Ω，f =50Hz ，励磁电流0.2A m I =，积分常数R 2C 分别为0.01秒、

0.05秒、0.5秒时，观察并粗略画出不同积分常数下李萨如图形的示意图。

2. 测量样品1（铁氧体）的基本磁化曲线。（测量前需要先对样品进行磁中性化。）

1） 取1R 2.0=Ω，2R =50k Ω，C 10.0F μ=，100Hz f =。若S H 是与S B 对应

的磁化场，让H 从0到S H 单调增加，测量并画出基本磁化曲线（至少25个测量点）。

2） 根据测量数据计算并画出H μ−曲线。

3. 测量样品1（铁氧体）的起始磁导率和在不同直流偏置磁场下的可逆磁导率。（测量

前需要先对样品进行磁中性化。）

参数设置为：1R 2.0=Ω，2R =20k Ω，C 2.0F μ=，100Hz f =。

1） 不加直流偏置磁场，测起始磁导率i μ。（测量时，需调交流信号源幅度使交流

磁场h 足够小，并调示波器偏转因数，使屏幕上出现线状的李萨如图形。）

2） 让直流偏磁场H 从0到S H 单调增加，测量对应于每个H 的可逆磁导率r μ。

画出r H μ−曲线（至少10个点）。（！！！注意：数字电表选“20A ”电流插孔，20A 量程）

4. 测量并画出样品2（硅钢）在给定交变磁化场（幅度H m =400A/m ）下的磁滞回线，

参数设置为：1R 2.0=Ω，2R =50k Ω，C 10.0F μ=。

1） 测量并画出f =50Hz 的磁滞回线。确定m B ，r B ，C H 。

2） 观察f =20Hz ，40Hz ，60Hz 时磁滞回线的变化规律。测量f =20Hz ，40Hz ，60Hz

的m B ，r B ，C H 。

三、思考题

1. 铁磁材料的动态磁滞回线与静态磁滞回线在概念上有什么区别？铁磁材料动态磁

滞回线的形状和面积受哪些因素的影响？

2. 本实验中，电路参数应怎样设置才能保证1R C u

u ∼所形成的李萨如图形正确反映材料动态磁滞回线的形状？

3. 实验中如何判断磁滞回线绕行方向？（提示：李萨如图形的X 和Y 信号哪个相位

超前？）