物理实验报告2_用示波器测动态磁滞回线

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实验名称：用示波器测动态磁滞回线

实验目的： a．研究铁磁材料的动态磁滞回线

b．了解采用示波器测动态磁滞回线的原理；

c．利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力Hc的值。

实验仪器： V252双踪示波器、自耦变压器、隔离变压器、互感器毫安表、电容等。

实验原理和方法：

铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时，磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与以前的磁化状态有关。

如右图所示，曲线OA表示铁磁材料从没有磁性开始磁化，磁感应强度B随H增加，称为磁化曲线。当H增加到某一值HS时，B的增加速度将极其缓慢。和前段曲线相比，可看成B不再增加，即达到磁饱和。当磁性材料磁化后，如H减小，B将不沿原路返回，而是沿另外一条曲线Ar下降。如果H从HS变到－HS，再从－HS变回HS，B将随H变化而形成一条磁滞回线。其中当H ＝ 0时，B?Br。Br称为剩余磁感应强度。要使磁感应

强度为零，就必须加一反向磁场－Hc，Hc称为矫顽力。按一般分类，矫顽力小的称为软磁材料，大的称为硬磁材料。必须注意的是：反复磁化（HS??HS?HS）的开始几个循环内，每次循环的回路才相同，形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线，才能代表该材料的磁滞性质。

由以上可知，要测定材料的磁滞回线，需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度H及其相应的磁感应强度B。

磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性，譬如剩磁Br、矫顽力Hc等。因此，实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。测量磁滞回线的基本线路图如下图所示：

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将样品制成封闭的圆环，均匀地以磁化线圈N1环绕，用直流电产生磁场使样品磁化，利用换向开关使磁化电流突然转向，样品中的B也随之改变，通过副线圈N2和冲击电流计BG测出?B，从而能测出磁化曲线及磁制曲线（B－H关系曲线）。此处是用直流电源进行工作，所得到的关系曲线是静态的。

本实验用交流电代替直流电进行磁化，而且用示波器代替冲击电流计来观察和测量。这个结果与静态的是不相同的，为了区别，称之为“动态的”。由于静态的磁滞回线所包围的面积与磁滞损耗成正比，而实验用交流电磁化所得的回线包围的面积，不仅包括磁滞损耗，而且还包括涡流损耗，因此，动态的回线一般比静态的要大一些。

本实验所用线路图如下图所示：

在样品的原边线圈上，取样电阻R1与线圈N1串联，并加以交流电压U?，将R1两端电压信号U1加在示波器的X输入端上。

在样品副边路上接以RC线路，将电容两端由感应引起的电信号Uc加在示波器的Y输入端上。要是示波器的X与Y端放大不失真，且保持X与Y两输入端没有初始相位差，那么在示波器上就可以得到待测样品的磁滞回线图像。

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但是必须考虑一个问题，那就是示波器的X输入端U1是否和磁化电流（或磁场强度H）成正比，而示波器的Y输入Uc又与样品的B成正比，并且要一一对应，否则荧光屏上所得的图像将不是样品的磁滞回线。

1. U1与磁场强度H成正比的问题

设样品的中心长度为L，原边线圈（即磁化线圈）的匝数为N1，I1为磁化电流的大小（交流电），则有：

H?N1I1 LR1LH N1而

U1?R1I1?其中，L，N1均为常数。可见，U1的确与H成正比。 2. Uc与B成正比的问题

首先，设副线圈匝数为N2，样品的横截面积为A，则根据电磁感应定律应激起的感应电动势?2为?2??N2AdB dt进而分析?2加在Rc电路上的情况。若电容器的电量为Q，电容量为C，很明显有

?2?R2I2?如果与C都选得很大时，则?2?R2I2

Q CI2?d(UC) dtd(UC)dQ?C dtdt由以上两式得：?2?R2C则

?2?R2CR2CUC N2Ad(UC)dB?N2A dtdt经积分、整理后有B?'.

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式中：R2，C，N2，A均为常数。可见：B与Uc成正比；只要选取R2与C足够大，在荧光屏上是可以得到样品的磁滞回线的。

在实践中，为了使原副边路上的电压尽可能接近正弦波形，将原边上的特意选取为一个小值电阻（R1?2?）；其次为了操作安全，在原边线圈上加入一个隔离变压器T以避免直接与交流电源U?相接；同时应用调压器D使电源电压大小可调（以控制磁化电流的大小），由此称为一个实际可用的实验线路，如下图所示：

待测样品S实际上是一个特制的小变压器。

为了确定回线上所反映的几个参数，如矫顽力、剩磁、饱和磁感应强度等量的大小，就必须知道示波器光点偏移一个单位实际代表了多少安/米（H）或特斯拉（B），即所谓进行标定。

（1）H值的标定

利用下图所示的线路：

利用毫安表A以读出流过R1的电流大小（交流电），R的作用是为了避免一开始有过大电流流经毫安表而超过它的量程。当A的读数为时，其峰值应为2I10。此时在示波器上所呈现的横线（即X偏转）对应的磁场强度H，可用下式计算：

H0?'.

N1L2I10

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（2）B值的标定

利用下图所示的线路：

其基本出发点是用一个已知的标准互感器M代替待测样品，从而求出其对应的关系。 流经互感器原边的电流IOM（交流）可用毫安表A读出，则互感器副边的输出感应电动势?M为

?M??MdIOM dtd(UC)可得（忽略负号）： dt此时电容器C上两端的电压Uc根据式?2?R2CMdIOMd(UC)?R2C dtdtUC?MIOM R2C积分，得

考虑到IOM的峰值，有

B?M2IOM

N2A

实验内容和步骤：

1.观察动态磁滞回线的全貌

a．按“观察动态磁滞回线接线图”接线，毫安表A置200 mA挡，待辅导教师检查线路后再接通电源； b．将示波器原点调出中央，磁化电流逐渐加大到160 mA左右，不得超过200 mA，此时已趋向饱和。适当调整X轴增幅与Y轴增幅，以观察动态磁滞回线的变化及其全貌。

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