讲义：磁化曲线和磁滞回线测量

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1、实验C磁化曲线和磁滞回线测量磁性材料应用广泛，扬声器永久磁铁、变压器铁芯、计算机磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料分为硬磁和软磁两大类。硬磁材料的剩磁和矫顽力大（102~2´104A/m），可做永久磁铁。软磁材料的剩磁和矫顽力小（102A/m以下），容易磁化和去磁，广泛用于电机和仪表制造业。磁化曲线和磁滞回线是磁材料的重要特性，是变压器等设备设计的重要依据。磁滞回线测量可分静态法和动态法。静态法是用直流来磁化材料，得到的B—H曲线称为静态磁滞回线。动态法是用交变来磁化材料，得到的B—H曲线称为动态磁滞回线。静态磁滞回线只与磁化磁场的大小有关，磁样品中只有磁滞损耗；而动态磁滞回

2、线不仅与磁化磁场的大小有关，还与磁化场的频率有关，磁样品中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗。因此，同一磁材料在相同大小磁化场下，动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大。本实验采用动态法测量软磁样品的动态磁滞回线和磁化曲线，测量曲线可连续或逐点显示在LCD（液晶）屏上，直观、简便、物理过程清晰。【实验目的】1.了解磁滞回线和磁化曲线概念，加深对磁材料矫顽力、剩磁等参数的理解。2.掌握磁材料磁化曲线和磁滞回线的测量方法，确定Bs、Br和Hc等参数。3.探讨励磁电流频率对动态磁滞回线的影响。【预备问题】1.为什么测磁化曲线先要退磁？2.为什么测量磁化曲线要进行磁锻炼？3.为什么

3、动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大，损耗大？【实验仪器】FC10-II型智能磁滞回线实验仪。【实验原理】图1初始磁化曲线1.铁磁材料的磁化规律(1)初始磁化曲线在强度为H的磁场中放入铁磁物质，则铁磁物质被磁化，其磁感应强度B与H的关系为：B=mH，m为磁导率。对于铁磁物质，μ不是常数，而是H的函数。如图1所示，当铁磁材料从H=0开始磁化时，B随H逐步增大，当H增加到Hs时，B趋于饱和值Bs，Hs称为饱和磁场强度。从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线OS，称为初始磁化曲线。8(2)磁滞回线图2磁滞回线如图2所示，当磁材料达到饱和磁化Bs后，如果将H减小，B也减小，但沿与OS不同

4、的路径ab返回。当H=0时，B=Br，到达b点，Br称为剩磁。欲使B=0，必须加反向磁场，当H=-Hc，B=0（完全退磁），到达c点，bc段曲线称为退磁曲线，Hc称为矫顽力。如果反向磁场继续增大，磁性材料将反向磁化。当H=-HS时，磁化达到反向饱和，B=-Bs，到达d点。此后若减小反向磁场使H=0，则B=-Br，到达e点；当H=Hc时，B=0，到达f点；再次当H=Hs时，B=Bs，回到正向饱和状态a点。经历这样一个循环后形成的闭合曲线abcdefa称为磁滞回线。图3磁滞回线簇HS、BS、Br、Hc是磁滞回线的特征参数。剩磁Ｂr反映介质记忆能力的大小，矫顽力Hc反映铁磁材料

5、是硬磁还是软磁。磁性材料的磁化特性不仅与材料自身的性质有关，还与材料形状、磁化场频率及波形有关。图4退磁过程由于磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在实验过程中磁化电流只允许单调地增加或减少，不能时增时减。当从初始状态H=0、B=0开始周期性地改变H的大小和方向时，可以得到面积由大到小的磁滞回线簇，如图3所示。图的原点0和各磁滞回线的顶点a1,a2,a3,…，a所连成的曲线,就是初始磁化曲线。在测定初始磁化曲线时，首先必须将磁材料充分退磁，以保证每次都是从原始状态（H=0，B=0）开始。退磁方法为：先用大磁化电流让铁磁材料饱和磁化，然后缓慢减小交变电流，利用逐渐衰减

6、的交变电流对磁材料反复磁化，最后将电流调为零，重复2~3次即可完全退磁。退磁回线是一串面积逐渐缩小而最终趋于原点0的环状曲线，如图4所示。为了得到稳定闭合的磁滞回线，磁材料的每个磁化状态都要反复磁化，这种反复磁化的过程称为磁锻炼。由于动态法测量磁化曲线采用交变电流，每个状态都经过充分的磁锻炼，所以可随时测得稳定闭合的磁滞回线。82.实验原理如图5所示，待测样品为磁环，磁环的励磁线圈匝数为N1，测量磁环磁感应强度B的测量线圈匝数为N2。R1为励磁电流的取样电阻，R2为积分电阻，C为积分电容。在线圈N1中通入磁化电流I1，根据安培环路定律，磁环中产生的磁场H为：（1）式中L为

7、磁环样品的平均磁路长度。取样电阻R1的输出电压为：（2）由式（1）和式（2）得：（3）在式（3）中，N1、L、R1为已知常数，只要测出UH，就得到磁场强度H。图5测量原理设磁场H在磁环样品中产生的磁感应强度为B，由电磁感应原理可知，有效横截面积为S2的测量线圈的磁通量Φ=BN2S2，测量线圈产生的感生电势为：（4）为了测量B，用R2C电路对感生电势E2进行积分，选择R2和C的数值使R2>>1/wc，w为励磁电流的频率，则E2»I2R2，积分电容C的输出电压UB为：（5）由式（5）得：（6）式（6）中，N2、C、S、R2为已知常