电磁感应法测交变磁场
电磁感应法测交变磁场_课件
电磁感应法测交变磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一、实验目的1．了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握201FB 型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
3．了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
4．研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二、实验仪器FB201－Ⅰ型交变磁场实验仪，信号频率可调范围30~200Hz ，信号输出电流，单个圆线圈可 900mA ≥ ，两个圆线圈串联400mA ≥。
亥姆霍兹线圈每个400匝，允许最大电流1A 。
三、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布:一半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为 ：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，70410/,H m μπ-=⨯磁场的分布图如图1所示。
本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆心O '处0X =，可算得磁感应强度为：T 10940.0B 3-⨯= , T 10328.1B 2B 3m -⨯==（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
用电磁感应法测交变磁场数据
-2.0 15.3 1.58E-03
7.0 18.0 1.85E-03
16.0 9.4
9.68E-04
-1.0 16.3 1.68E-03
8.0 17.8 1.83E-03
17.0 8.2 8.45E-04
0.0 17.2 1.77E-03
9.0 17.4 1.79E-03
1.0 17.9 1.84E-03
Bm=0.103Vmax*10-3/T
-5.0 16.1 1.658E-03
-4.0 16.6 1.710E-03
-3.0 16.9 1.741E-03
-2.0 16.9 1.741E-03
Bm/T
亥姆霍兹线圈径向上磁感应强度
1.760E-03
1.740E-03
1.720E-03
1.700E-03
0.0006
0.0004
0.0002
0
-7.0 7.0
7.210E-04
-6.0 8.1
8.343E-04
-5.0 9.1
9.373E-04
-4.0 10.0 1.030E-03
5.52E-04 6.34E-04
7.19E-04 8.04E-04
1.0 12.3 1.267E-03
2.0 图表标题3.0
霍兹线圈径向上磁感应强度分布
1.760E-03
1.740E-03
1.720E-03
1.700E-03
1.680E-03
1.660E-03
1.640E-03
1.620E-03
0.0
2.0
径向距离X/10-2m
40.0 12.5 0.77
50.0 14.4 0.64
电磁超声的工作原理
电磁超声的工作原理
电磁超声是一种结合了电磁感应和超声技术的非接触式检测方法。
它的工作原理基于以下几个方面：
1. 电磁感应：电磁超声利用电磁感应原理，通过在被测物体表面施加交变磁场，产生感应电流。
这个交变磁场可以由电磁线圈或磁铁产生。
当感应电流通过被测物体时，会在物体内部产生一个交变磁场。
2. 超声波传播：在被测物体内部，电磁超声通过超声波的传播来检测物体的性质和缺陷。
超声波是一种机械波，它可以在固体、液体和气体中传播。
当超声波遇到物体内部的界面或缺陷时，会发生反射、散射和透射，这些现象可以被接收器捕捉到。
3. 接收和分析：电磁超声系统使用接收器来接收被测物体内部的超声波信号。
接收器可以是电磁感应线圈或压电传感器。
接收到的信号经过放大和滤波等处理后，可以通过算法和信号处理技术进行分析和解释。
根据接收到的信号特征，可以判断物体的性质、缺陷的位置和大小等信息。
总的来说，电磁超声利用电磁感应产生感应电流，通过超声波的传播和接收来检测物体的性质和缺陷。
它具有非接触、高灵敏度和高分辨率等优点，在材料科学、医学和工业领域有广泛的应用。
用电磁感应法测交变磁场
五、数据表格（见附页） 六、数据处理及结果表达
以下处理中，将原点取为 x=5.5cm 处 1.圆电流线圈轴线上磁场分布的测量数据记录：
（注意坐标原点设在圆心处。要求列表记录，表格中包括测点位置，数字式毫伏表读数 以 U max 换算得到的 Bm 值，并在表格中表示出各测点对应的理论值） ，在同一坐标纸上画 出实验曲线与理论曲线。 表 1 圆电流线圈轴线上磁场分布的数据记录 X Umax Bm B理 Bm 理 0.0 9 0.93 0.72 1.02 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.1 11 11.8 12.4 12.6 12.4 11.9 11.2 10.2 1.04 1.13 1.22 1.28 1.3 1.28 1.26 1.15 1.05 0.81 0.88 0.95 0.99 1.01 0.99 0.95 0.88 0.81 1.14 1.25 1.34 1.4 1.41 1.4 1.34 1.25 1.14 10.0 9.1 0.94 0.72 1.02
电磁感应法测交变磁场
弘毅学堂 李奇正 2016301610156
按照被测磁场的性质， 磁场测量分为恒定磁场测量和变化磁场测量。 对于随时间而 变化的交变磁场的测量，通常利用电磁感应效应将磁场的磁学量转变为电动势来测量。
一、实验目的。
（1） 了解用电磁感应测交变磁场的原理和方法。 （2） 测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向磁场分布。 （3） 了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。 （4） 研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线 成不同夹角时产生的感应电动势的变化规律。
2．亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的测量数据记录： （注意坐标原点设在两个线圈圆心连线的中点 0 处） ，在方格坐标纸上画出实验曲线。 表 2 亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布的测量数据记录 x Um Bm X -10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 14 9 12.6 1.3 0 10 1.2 1.15
电磁感应法测交变磁场_讲义
电磁感应法测交变磁场在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法有不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等，本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一、实验目的1．了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握201FB 型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
3．了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
4．研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二、实验仪器FB201－Ⅰ型交变磁场实验仪，信号频率可调范围30~200Hz ，信号输出电流，单个圆线圈可 900mA ≥ ，两个圆线圈串联400mA ≥。
亥姆霍兹线圈每个400匝，允许最大电流1A 。
三、实验原理1．载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场：（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布:一半径为R ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场的公式为 ：2/322200)(2X R R I N B +⋅⋅⋅=μ （1）式中0N 为圆线圈的匝数，X 为轴上某一点到圆心O '的距离，70410/,H m μπ-=⨯磁场的分布图如图1所示。
本实验取匝400N 0=，A 400.0I =，m 107.0R =，圆心O '处0X =，可算得磁感应强度为：T 10940.0B 3-⨯= , T 10328.1B 2B 3m -⨯==（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布:两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距a 等于线圈半径R 时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这对线圈称为亥姆霍兹线圈，如图2所示。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
试验四十五用电磁感应法测磁场分布
实验四十五 用电磁感应法测磁场分布在工业、国防、科研中都需要对磁场进行测量，测量磁场的方法不少，如冲击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。
本实验介绍电磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单、测量方法简便及测试灵敏度较高等优点。
一 实 验 目 的（1）了解用电磁感应法测交变磁场的原理和一般方法，掌握FB-201型交变磁场实验仪及测试仪的使用方法。
（2）测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的轴向上的磁场分布。
（3）了解载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的径向磁场分布情况。
（4）研究探测线圈平面的法线与载流圆形线圈（或亥姆霍兹线圈）的轴线成不同夹角时所产生的感应电动势的值的变化规律。
二 实 验 原 理1. 载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场 （1）载流圆线圈磁场一半径Ｒ，通以电流I 的圆线圈，轴线上磁场分布的公式为： 2/322200)(2X R IR N B +=μ （1）式中N 0为圆线圈的匝数，为轴上某一点到圆心X O ′的距离。
,H/m 10470−×=πμ它的分布图如图1所示。
图1 载流圆线圈磁场分布图2 亥姆霍兹线圈的磁场分布本实验取:圆心处, m 100.0 ,A 400.0 ,4000===R I N 匝 'O 0=X ，图 3探测线圈在磁场可算得圆心O'处磁感应强度为： (T)1001.13−×=B （2）亥姆霍兹线圈(图23-2)两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流I ，理论计算证明：线圈间距等于线圈半径时，两线圈合磁场在轴上（两线圈圆心连线）附近较大范围内是均匀的，这样的一对线圈称为亥姆霍兹线圈。
这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
a R2. 用电磁感应法测磁场的原理 设均匀交变磁场为（由通交变电流的线圈产生）:t B B m sin ω= 磁场中一探测线圈的磁通量为: Φ=NSB m cosθsinωt ，式中：Ｎ为探测线圈的匝数，S 为该线圈的截面积，θ为B v与线圈法线夹角，如图23-3所示。
大学物理实验电磁感应法测交变磁场
cos
U m （ mV ）
max 2U m （ mV ）
2．测量圆电流线圈轴线上磁场的分布 电路及参数同内容 1，以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔 10.0mm 测一个
U max 值，数据计入表 2，在同一坐标纸上画出磁场分布的实验曲线与理论曲线。并
作出曲线图。 表 2 圆电流线圈轴线上磁场分布的数据记录 轴向距离 x (10 m)
2
0.0
1.0
2.0Βιβλιοθήκη 3.0...10.0
U max （ mV ）
B m 0.103U max 10 3 (T)
B
0 N 0 I R 2
2( R 2 x 2 )3/2
(T )
测量过程中注意保持励磁电流值不变，并保证探测线圈法线方向与圆电流线圈 轴线的夹角为 0 。从理论上可知，如果转动探测线圈，当 0 和 180 时应 该得到两个相同的 U max 值，但实际测量时，这两个值往往不相等，这时就应该分 别测出这两个值，然后取其平均值作为对应点的磁场强度。 3．测量圆电流线圈沿径向的磁场分布 固定探测线圈法线方向与圆电流轴线的夹角为 0 ，转动探测线圈径向移动手 轮，每移动 10.0mm 测量一个数据，按正、负方测到边缘为止，记录数据，记入表 3，并作出磁场分布曲线图。 表 3 测量圆电流线圈沿径向的磁场分布 径向距离 x
以免连接错误，导致短路。 六、预习题 1.单线圈轴线上磁场的分布规律如何？亥姆霍兹线圈是怎样组成的？它的磁 场分布特点又怎样？ 2． U max 和 max 物理意义是什么？它们有什么关系？ 七、思考题 1. 探测线圈放入磁场后，不同方向上毫伏表指示值不同，哪个方向最大？如 何测准 U max 值？ 2．分析圆电流磁场分布的理论值与实验值的误差的产生原因？
（大学物理实验）磁场测量与描绘实验指导书
（⼤学物理实验）磁场测量与描绘实验指导书磁场测量与描绘实验指导书在⼯业⽣产和科学研究的许多领域都要涉及到磁场测量问题，如磁探矿、地质勘探、磁性材料研制、磁导航、同位素分离、电⼦束和离⼦束加⼯装置、受控热核反应以及⼈造地球卫星等。
近三⼗多年来，磁场测量技术发展很快，⽬前常⽤的测量磁场的⽅法有⼗多种，较常⽤的有电磁感应法、核磁共振法、霍尔效应法、磁通门法、光泵法、磁光效应法、磁膜测磁法以及超导量⼦⼲涉器法等。
每种⽅法都是利⽤磁场的不同特性进⾏测量的，它们的精度也各不相同，在实际⼯作中将根据待测磁场的类型和强弱来确定采⽤何种⽅法。
本实验仪采⽤电磁感应法测量通有交流电的螺线管产⽣的交变磁场，通过这个实验掌握低频交变磁场的测量⽅法，加深对法拉第电磁感应定律和毕奥—萨伐尔定律的理解及对交变磁场的认识。
⼀、实验⽬的1．学习交变磁场的测量原理和⽅法。
2．学习⽤探测线圈测量交变磁场中各点的磁感应强度。
3．掌握载流直螺线管轴线上各点磁场的分布情况。
4．了解螺线管周围磁场的分布及其描绘⽅法。
5．加深理解磁场和电流的相互关系。
⼆、实验原理1．交变磁场的测量原理当导线中通有交变电流时，其周围空间就会产⽣交变磁场。
当直螺线管通过电流时，在螺线管内就产⽣磁场。
如果通过的电流是交变电流，则产⽣的磁场就是交变磁场。
在交变磁场中各点的磁感应强度是随时间变化的，我们⼀般⽤磁感应强度的有效值来描述磁场。
交变磁场的测量可以⽤探测线圈和交流数字毫伏表组成的闭合回路进⾏测量。
将探测线圈置于被测的磁场中，则根据法拉第电磁感应定律，通过探测线圈的交变磁通在回路中感应出电动势。
通过测量此感⽣电动势的⼤⼩，就可计算出磁感应强度B 的⼤⼩和⽅向。
2． B 的⼤⼩和⽅向确定通常为了精确测量磁场中某⼀点的磁感应强度，探测线圈都做得很⼩，因此线圈平⾯内的磁场可以认为是均匀的。
如图1所⽰，若线圈的横截⾯积为S ，匝数为N ，置于载流螺线管产⽣的待测交变磁场B 中，线圈平⾯的法线n 与磁感应强度B 的夹⾓为θ，则通过该线圈的磁通量θφcos NSB =。
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应强度最大值 Bm 2B 1.4217 103 T。
（2）亥姆霍兹线圈中心轴线上的磁场分布
D 0.012m ，线圈匝数 N 800 ，长度 L 2 D ，内径 d D 。线圈在磁场中
3
3
的等效面积，经过理论计算（见附录 1），可用下式表示：
S 13 D2 108
（6）
这样的线圈测得的平均磁感强度可以近似看成是线圈中心点的磁感应强度。
本实验励磁电流由专用的交变磁场测试仪提供，该仪器输出的交变电流的频率
轴向距离 x (102 m)
0.0
1.0
2.0
3.0
... 10.0
U max （ mV ）
Bm 0.103Umax 103 (T)
B
0 N0 I R2 2(R2 x2 )3/2
(T )
测量过程中注意保持励磁电流值不变，并保证探测线圈法线方向与圆电流线圈
轴线的夹角为 0 。从理论上可知，如果转动探测线圈，当 0 和 180 时应 该得到两个相同的 U max 值，但实际测量时，这两个值往往不相等，这时就应该分
可以从 20 ~ 200Hz 之间连续调节。 四、实验内容
通有电流的圆线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布是可以通过理论计算得 到的，本实验要通过电磁感应法来验证理论结果。
1．验证探测线圈中的感应电动势和线圈法线与磁场夹角 的关系
由公式 m N S Bm cos ，当 N S Bm 不变时，m 与 cos
FB201型交变磁场实验组合仪
FB201型交变磁场实验仪
励磁线圈 (1)
探测线圈
励磁线圈 (2)
Hz
频率 电流过载保护 频率调节
FUSE
mA
mV
励磁电流
感应电压
励磁电流输出 励磁电流调节 感应信号输入 电源
图 5 测量单个圆线圈磁场分布接线图 表 1 探测线圈发现与磁场方向不同夹角数据记录
探测线圈转角 （度） -90.0 -80.0 ... 0.0 ... 80.0 90.0
别测出这两个值，然后取其平均值作为对应点的磁场强度。 3．测量圆电流线圈沿径向的磁场分布
固定探测线圈法线方向与圆电流轴线的夹角为 0 ，转动探测线圈径向移动手 轮，每移动10.0mm 测量一个数据，按正、负方测到边缘为止，记录数据，记入表
如图 3 所示。探测线圈中产生的感应电动势为
d dt
N
S
Bm
cos
cos
t
m cos t
（4）
式中 m N S Bm cos 是线圈法线和磁场成 角时，感应电动势的幅值。当
0 ， max N S Bm ，这时的感应电动势的幅值最大。如果用数字式毫伏
cos
U m （ mV ）
max 2U m （ mV ）
2．测量圆电流线圈轴线上磁场的分布
电路及参数同内容 1，以圆电流线圈中心为坐标原点，每隔10.0mm 测一个 U max 值，数据计入表 2，在同一坐标纸上画出磁场分布的实验曲线与理论曲线。并
作出曲线图。 表 2 圆电流线圈轴线上磁场分布的数据记录
表测量此时线圈的电动势，则毫伏表的示值（有效值）
U
max
应为
max
2
，
则
Bm
max N S
2U max N S
由（5）式可算出 B m 来。
D
mV
d
B
（5）
L
n
图 3 ．探测线圈的结构 实验中为了提高测量灵敏度，探测线圈不能做得太小。本实验使用的线圈外径
成正比。
利用单个圆线圈产生磁场，按图 5 接好电路；调节交变磁场实验仪,频率调至
50HZ，励磁电流有效值为 I 0.400A ；把探测线圈沿轴线固定在某一位置，让探 测线圈法线方向与圆电流轴线的夹角从 0 开始，逐步旋转到 90 ，每改变10 测 一组数据，记入表 1，以角度为横坐标，以磁场强度 Bm 为纵坐标作图。
电磁感应法测交变磁场
在工业、国防、科研中经常需要对磁场进行测量，测量磁场的方法很多，如冲 击电流计法、霍耳效应法、核磁共振法、天平法、电磁感应法等等。本实验介绍电 磁感应法测磁场的方法，它具有测量原理简单，测量方法简便及灵敏度较高等优点。
一、实验目的
1. 掌握电磁感应法测交变磁场的原理和方法； 2．测量载流圆形线圈和亥姆霍兹线圈的磁场分布。
x
R
R
B
O'
x
O' O O'
x
图 1 载流圆线圈的磁场分布
图 2 亥姆霍兹线圈的磁场分布
2．用电磁感应法测磁场
设通有交变电流的线圈产生的交变磁场为
磁场中探测线圈的磁通量为
B Bm sin t
（2）
N S Bm sin t cos
（3）
式中： N 为探测线圈的匝数， S 为该线圈的截面积， 为 B 与线圈法线 n 的夹角。
二、实验仪器
FB201 型交变磁场实验仪、FB201 型交变磁场测试仪。
三、实验原理
通有交变电流的线圈周围会产生交变的磁场。若已知探测线圈的匝数、截面积，
把它放在通有交变电流的线圈周围，探测线圈中就会产生感应电动势，通过对感应
电动势的测量，就可以探测出磁场的分布。
1.载流圆线圈与亥姆霍兹线圈的磁场
（1）载流圆线圈中心轴线上的磁场分布
两个相同圆线圈彼此平行且共轴，通以同方向电流，线圈间距等于线圈半径 R
时，理论计算可以证明：两线圈圆心连线附近的磁场是均匀的，这对线圈称为亥姆
霍兹线圈，如图 2 所示。这种均匀磁场在科学实验中应用十分广泛，例如，显像管 中的行、场偏转线圈就是根据实际情况经过适当变形的亥姆霍兹线圈。
I
O'
x
R
B
O' O O'
一半径为 R ，通以电流 I 的圆线圈，轴线上磁感应强度大小为：
B 0 N0 I R2 2(R 2 x 2 )3/ 2
（1）
式 中 N0 为 圆 线 圈 的 匝 数 ， x 为 轴 上 某 一 点 到 圆 心 O' 的 距 离 ， 0 4 107 H/m 磁场的分布图如图 1 所示。