铁磁材料磁化曲线和磁滞回线的研究 (FB310B型智能磁滞回线组合实验仪) 实 验 讲 义 杭州精科仪器有限公司
铁磁材料磁化曲线和磁滞回线的研究 （FB310B型智能磁滞回线组合实验仪）
一、磁化曲线与磁滞回线的研究 铁磁材料分为硬磁和软磁两类。硬磁材料（如铸钢）的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力 较大(100-20000安/米，甚至更高)，因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜制作永久 磁铁。软磁材料（如硅片）的磁滞回线窄，矫顽磁力小（一般小于120安/米），但它的磁 导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故常用于制造电机、变压器和电磁铁。可见 铁磁材料的磁化曲线与磁滞回线是该材料的重要特性，也是设计电磁机构或仪表的依据之 磁学量的测量一般比较困难，通常利用相应的物理规律，将磁学量转换为易于测量的 电学量。这种转换测量法是物理实验中常用的基本方法。测绘磁化曲线与磁滞回线常用冲 击电流计法和示波器法，是磁测量的基本方法。前者方法准确度较高，但较复杂，后者方 法虽然准确度较低但具有直观、方便迅速以及能在脉冲磁化下测量的优点。本实验采用示 波器法，通过实验，研究这些性质不代仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线 的测绘方法，从而能从理论和实际应用上加深材料磁特性的认识。 本实验采用动态法测量磁滞回线。需要说明的是用动态法测量的磁滞回线与静态磁湍 回线是不同的，动态测量时除了磁滞损耗还有涡流损耗，因此动态磁滞回线的面积要比嶄 态磁滞回线的面积要大一些。另外涡流损耗还与交变磁场的频率有关，所以测量的电源频 率不同，得到的B一H曲线是不同的，这可以在实验中清楚地从示波器上观察到。 【实验目的】 1,掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、 剩磁和磁导率的理解。 2.学会用示波器法测绘基本磁化曲线和磁滞回线 3.根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度B、剩磁Br和矫顽力Hc的数值。 4.研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度B。、剩磁B 和矫顽力H。数值。 5.改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。 6.研究磁性材料在交流磁化场、交直流叠加磁化场时的磁性能。 7.引入可调控的直流偏置，进行动态磁滞回线、可逆磁导率实验。 【实验仪器】 双踪示波器、FB31OB型智能磁滞回线实验仪 【实验原理】 1,起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线 铁磁材料（如铁、镍、钴和其它铁磁合金）具有独特的磁化性质。研究铁磁材料的磁
1 一、磁化曲线与磁滞回线的研究 铁磁材料分为硬磁和软磁两类。硬磁材料（如铸钢）的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力 较大（100-20000 安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜制作永久 磁铁。软磁材料（如硅片）的磁滞回线窄，矫顽磁力小（一般小于 120 安/米），但它的磁 导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故常用于制造电机、变压器和电磁铁。可见， 铁磁材料的磁化曲线与磁滞回线是该材料的重要特性，也是设计电磁机构或仪表的依据之 一。 磁学量的测量一般比较困难，通常利用相应的物理规律，将磁学量转换为易于测量的 电学量。这种转换测量法是物理实验中常用的基本方法。测绘磁化曲线与磁滞回线常用冲 击电流计法和示波器法，是磁测量的基本方法。前者方法准确度较高，但较复杂，后者方 法虽然准确度较低但具有直观、方便迅速以及能在脉冲磁化下测量的优点。本实验采用示 波器法，通过实验，研究这些性质不代仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线 的测绘方法，从而能从理论和实际应用上加深材料磁特性的认识。 本实验采用动态法测量磁滞回线。需要说明的是用动态法测量的磁滞回线与静态磁滞 回线是不同的，动态测量时除了磁滞损耗还有涡流损耗，因此动态磁滞回线的面积要比静 态磁滞回线的面积要大一些。另外涡流损耗还与交变磁场的频率有关，所以测量的电源频 率不同，得到的 B − H 曲线是不同的，这可以在实验中清楚地从示波器上观察到。 【实验目的】 1．掌握磁滞、磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的主要物理量：矫顽力、 剩磁和磁导率的理解。 2．学会用示波器法测绘基本磁化曲线和磁滞回线。 3．根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度 BS 、剩磁 Br 和矫顽力 HC 的数值。 4．研究不同频率下动态磁滞回线的区别，并确定某一频率下的磁感应强度 BS 、剩磁 Br 和矫顽力 HC 数值。 5．改变不同的磁性材料，比较磁滞回线形状的变化。 6. 研究磁性材料在交流磁化场、交直流叠加磁化场时的磁性能。 7. 引入可调控的直流偏置，进行动态磁滞回线、可逆磁导率实验。 【实验仪器】 双踪示波器、FB310B 型智能磁滞回线实验仪。 【实验原理】 1.起始磁化曲线、基本磁化曲线和磁滞回线 铁磁材料（如铁、镍、钴和其它铁磁合金）具有独特的磁化性质。研究铁磁材料的磁
化规律，一般是通过测量磁化场的磁场强 度H与磁感应强度B之间的关系来进行 的。铁磁材料的磁化过程非常复杂，B与 H之间的关系如图1所示。当铁磁材料从 未磁化状态(0且B=0)开始磁化时， B随着H的增加而非线性增加。当H增 大到一定值Hm后，Bm增加十分缓慢或基 -B 本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称 -B 为磁饱和。达到磁饱和时的Hm和Bm分别 称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度（对 应图中的a点)。图1中，B~H曲线的Oa段称为起始磁化曲线。当使H从a点减小时 B也 图1 随之减小，但不沿原曲线返回，而是沿另 一曲线b下降。当H逐步较小至0时，B不为0，而是B,说明铁磁材料中仍保留有 定的磁性，这种现象称为磁滞效应：B,称为剩余磁感应强度，简称剩磁。要消除剩磁，使 B降为0，必须加一反向的磁场，直到反向磁场强度H-H,B才恢复为0，H称为矫顽 力。继续反向增加H,曲线达到反向饱和(d点)，对应的饱和磁场强度为-Hm,饱和磁感 应强度为-Bm。再正向增加H,曲线回到起点a。从铁磁材料磁化过程可知，当H按O Hm→0→-H。→-Hm→O一H。→Hm的顺序变化时，B相应沿O一Bm→B,→O→-Bm→-B,→O Bm的顺序变化。将上述变化过程的各点连接起来，就得到一条封闭B~H曲线abedefa, 这条闭合曲线称为磁滞回线。采用直流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁 滞回线称为静态（直流）磁滞回线，采用交变流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化 测出的磁滞回线称为动态（交流）磁滞回线。 从图1中还可知： (1)B的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。 (2)图中的bc曲线段，称为退磁曲线。 (3)H上升到某一值和下降到同一数值时，铁磁材料内的B值不相同，即磁化过程与 铁磁材料过去的磁化经历有关。 对于同一铁磁材料，若开始时不带磁性，依次选取磁化电流为小、、…、Im(山<<· <Im),则相应的磁场强度为H、、…、Hm。在每一个选定的磁场值下，使其方向发生 二次变化（即H→H→：：Hm→-Hm→Hm等），则可以得到面积由小到大向外扩张的 一族逐渐增大的磁滞回线（如图2所示）。把原点0和各个磁滞回线的顶点a1、: m所连成的曲线，称为铁磁材料的基本磁化曲线。根据基本磁化曲线可以近似确定铁磁材 料的磁导率4。从基本磁化曲线上一点到原点O连线的斜率定义为该磁化状态下的磁导率
2 化规律，一般是通过测量磁化场的磁场强 度 H 与磁感应强度 B 之间的关系来进行 的。铁磁材料的磁化过程非常复杂，B 与 H 之间的关系如图 1 所示。当铁磁材料从 未磁化状态（H=0 且 B=0）开始磁化时， B 随着 H 的增加而非线性增加。当 H 增 大到一定值 Hm后，Bm增加十分缓慢或基 本不再增加，这时磁化达到饱和状态，称 为磁饱和。达到磁饱和时的 Hm和 Bm分别 称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度（对 应图中的 a 点）。图 1 中，B～H 曲线的 Oa 段称为起始磁化曲线。当使 H 从 a 点减小时， B 也 图 1 随之减小，但不沿原曲线返回，而是沿另 一曲线 ab 下降。当 H 逐步较小至 0 时，B 不为 0，而是 Br，说明铁磁材料中仍保留有一 定的磁性，这种现象称为磁滞效应；Br 称为剩余磁感应强度，简称剩磁。要消除剩磁，使 B 降为 0，必须加一反向的磁场，直到反向磁场强度 H=-Hc，B 才恢复为 0，Hc称为矫顽 力。继续反向增加 H，曲线达到反向饱和（d 点），对应的饱和磁场强度为-Hm，饱和磁感 应强度为-Bm。再正向增加 H，曲线回到起点 a。从铁磁材料磁化过程可知，当 H 按 O→ Hm→O→-Hc→-Hm→O→Hc→Hm 的顺序变化时，B 相应沿 O→Bm→Br→O→-Bm→-Br→O→ Bm 的顺序变化。将上述变化过程的各点连接起来，就得到一条封闭 B～H 曲线 abcdefa， 这条闭合曲线称为磁滞回线。采用直流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化测出的磁 滞回线称为静态（直流）磁滞回线，采用交变流励磁电流产生磁化场对材料样品反复磁化 测出的磁滞回线称为动态（交流）磁滞回线。 从图 1 中还可知： （1）B 的变化始终落后于 H 的变化，这种现象称为磁滞现象。 （2）图中的 bc 曲线段，称为退磁曲线。 （3）H 上升到某一值和下降到同一数值时，铁磁材料内的 B 值不相同，即磁化过程与 铁磁材料过去的磁化经历有关。 对于同一铁磁材料，若开始时不带磁性，依次选取磁化电流为 I1、I2、…、Im（I1＜I2＜… ＜Im），则相应的磁场强度为 H1、H2、…、Hm。在每一个选定的磁场值下，使其方向发生 二次变化（即 H1→-H1→H1；…；Hm→-Hm→Hm 等），则可以得到面积由小到大向外扩张的 一族逐渐增大的磁滞回线（如图 2 所示）。把原点 O 和各个磁滞回线的顶点 a1、a2、…、 am 所连成的曲线，称为铁磁材料的基本磁化曲线。根据基本磁化曲线可以近似确定铁磁材 料的磁导率 μ。从基本磁化曲线上一点到原点 O 连线的斜率定义为该磁化状态下的磁导率
上=骨。可以看出，铁磁材料的磁号率不是常数。而是随H变化而变化的物理量，即 4=f(H),为非线性函数。当H由 0增加时，4也 逐步增加，然 后达到一最大 值。当H 图2 图3 再增加时，由于磁感应强度达到饱和，“开始急剧减小。μ随H变化曲线如图3所示。磁 导率“非常高是铁磁材料的主要特性，也是铁磁材料用途广泛的主要原因之一。 由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线 时，首先必须将铁磁材料退磁，以保证外加磁场0时，B=0:其次，磁化电流在实验 过程中只允许单调增加或减少，不可时增时减。 在理论上，要消除剩磁B,只需通一反方向磁化电流，使外加磁场正好等于铁磁材料 的矫顽磁力就行。实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因此无法确定退磁电流的大小 我们从磁滞回线得到启示：如果使铁磁材料磁化达到饱和，然后不断改变磁化电流的方向 与此同时逐渐减小磁化电流，以至于零，那末该材料磁化过程就是一连串逐渐缩小最终趋 于原点的环状曲线。当H减小到零时，B也降为零，达到完全退磁。 实验表明，经过多次反复磁化后，B一H的量值关系形成一个稳定的闭合的“磁滞回 线”。通常以这条曲线来表示该材料的磁化性质。这种反复磁化的过程称为“磁锻炼”。本 实验使用交变电流，所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”，随 时可以获得磁滞回线。 在测量基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过充分的“磁 锻炼”。否则，得到的B-H曲线即为起始磁化曲线，两者不可混淆。 2、磁滞损耗 当铁磁材料沿着磁滞回线经历磁化→去磁→反向磁化→反向 磁化的循环过程中，由于磁滞效应，要消耗额外的能量，并且以 热量的形式消耗掉。这部分因磁滞效应而消耗的能量，叫磁滞损耗 图 3
3 H B = 。可以看出，铁磁材料的磁导率不是常数，而是随 H 变化而变化的物理量，即 = f (H) ，为非线性函数。当 H 由 0 增加时，μ 也 逐步增加，然 后达到一最大 值。当 H 图 2 图 3 再增加时，由于磁感应强度达到饱和，μ 开始急剧减小。μ 随 H 变化曲线如图 3 所示。磁 导率 μ 非常高是铁磁材料的主要特性，也是铁磁材料用途广泛的主要原因之一。 由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线 时，首先必须将铁磁材料退磁，以保 证外加磁场 H=0 时，B=0；其次，磁化电流在实验 过程中只允许单调增加或减少，不可时增时减。 在理论上，要消除剩磁 Br，只需通一反方向磁化电流，使外加磁场正好等于铁磁材料 的矫顽磁力就行。实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因此无法确定退磁电流的大小。 我们从磁滞回线得到启示：如果使铁磁材料磁化达到饱和，然后不断改变磁化电流的方向， 与此同时逐渐减小磁化电流，以至于零，那末该材料磁化过程就是一连串逐渐缩小最终趋 于原点的环状曲线。当 H 减小到零时，B 也降为零，达到完全退磁。 实验表明，经过多次反复磁化后， B − H 的量值关系形成一个稳定的闭合的“磁滞回 线”。通常以这条曲线来表示该材料的磁化性质。这种反复磁化的过程称为“磁锻炼”。本 实验使用交变电流，所以每个状态都是经过充分的“磁锻炼”，随 时可以获得磁滞回线。 在测量基本磁化曲线时，每个磁化状态都要经过充分的“磁 锻炼”。否则，得到的 B-H 曲线即为起始磁化曲线，两者不可混淆。 2、磁滞损耗 当铁磁材料沿着磁滞回线经历磁化→去磁→反向磁化→反向 磁化的循环过程中，由于磁滞效应，要消耗额外的能量，并且以 热量的形式消耗掉。这部分因磁滞效应而消耗的能量，叫磁滞损耗 图 4
(B)。一个循环过程中单位体积磁性材料的磁滞损耗正比于磁滞回线所围的面积。在交 流电路中，磁滞损耗是十分有害的，必须尽量减小。要减小磁滞损耗，就应选择磁滞回线 狭长、包围面积小的铁磁材料。如图4所示，工程上把磁滞回线细而窄、矫顽力很小(c~ 1安培/米(102奥斯特)的铁磁材料称为软磁材料：把磁滞回线宽、矫顽力大(Hc-~10一 10的安培/米 (102~10奥斯特)的铁磁材料称为硬磁材料。软磁材料适合做继电器、变压器、镇流器、 电动机和发电机的铁芯。硬磁材料则适合于制造许多电器设备（如电表、电话机、扬声器、 录音机)的永久磁体。 3.示波器显示B-H曲线的原理线路： 示波器测量B-H曲线的实验线路如图5所示。 本实验研究的铁磁物质是环形铁芯（铁氧体）试样如图6所示和EI型矽钢片铁芯试 样如图7所示。两种试样均为软磁，图中的虚线表示该试样的平均磁路长度。在试样上绕 有励磁线圈N、测量线圈N,和直流励磁线圈N,(供加入直流电流用)。 少 图5 图6 若在线圈M中通过磁化电流I,时，此电流在试样内产生 磁场，根据安培环路定律H•L=N,·I1,磁场强度的 大小为： H=水 (1) L 图7 其中L为的环形铁芯试样的平均磁路长度。设环形铁芯内周长为L1,外周长为L2, 则：L=凸+) 由图5可知示波器CH1(X轴偏转板输入电压为：Ux=I·R (2)
4 （BH）。一个循环过程中单位体积磁性材料的磁滞损耗正比于磁滞回线所围的面积。在交 流电路中，磁滞损耗是十分有害的，必须尽量减小。要减小磁滞损耗，就应选择磁滞回线 狭长、包围面积小的铁磁材料。如图 4 所示，工程上把磁滞回线细而窄、矫顽力很小〔HC～～ 1 安培/米（10-2 奥斯特）〕的铁磁材料称为软磁材料；把磁滞回线宽、矫顽力大〔HC～～104～ 106 安培/米 （102～104 奥斯特）〕的铁磁材料称为硬磁材料。软磁材料适合做继电器、变压器、镇流器、 电动机和发电机的铁芯。硬磁材料则适合于制造许多电器设备（如电表、电话机、扬声器、 录音机）的永久磁体。 3．示波器显示 B − H 曲线的原理线路： 示波器测量 B − H 曲线的实验线路如图 5 所示。 本实验研究的铁磁物质是环形铁芯（铁氧体）试样如图 6 所示和 EI 型矽钢片铁芯试 样如图 7 所示。两种试样均为软磁，图中的虚线表示该试样的平均磁路长度。在试样上绕 有励磁线圈 N1 、测量线圈 N2 和直流励磁线圈 N3 （供加入直流电流用）。 图 5 图 6 若在线圈 N1 中通过磁化电流 1 I 时，此电流在试样内产生 磁场，根据安培环路定律 1 1 H • L = N • I ，磁场强度的 大小为： L N I H 1 1 • = （ 1 ） 图 7 其中 L 为的环形铁芯试样的平均磁路长度。设环形铁芯内周长为 L1 ，外周长为 L2 ， 则： ( ) 2 L1 L2 L + = 由图 5 可知示波器 CH1 (X)轴偏转板输入电压为： 1 R1 U I X = • （2）
由式(1)和式(2)得： , (3) 上式表明在交变磁场下，任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。 为了测量磁感应强度B,在次级线圈N2上串联一个电阻R,与电容C构成一个回路， 同时R,与C又构成一个积分电路。取电容C两端电压U至示波器CH2(Y)轴输入，若 适当选择R,和C使R2> aC，则：12= E, E2 R 式中，⊙为电源的角频率，E2为次级线圈的感应电动势。 因交变的磁场H的样品中产生交变的磁感应强度B,则： E=N,de N.d 式中S=(D,D),h为环形试样的载面积 dt d 2 设磁环厚度为h则： 4-=是=d-名=0宽8m 1 C…R 上式表明接在示波器Y轴输入的U,正比于B。R,•C电路在电子技术中称为积分 电路，表示输出的电压U。是感应电动势E,对时间的积分。为了如实地绘出磁滞回线， 要求 (1) 1 R>2C (2)在满足上述条件下，U。振幅很小，不能直接绘出大 小适合需要的磁滞回线。为此，需将U。经过示波器Y轴放 大器增幅后输至Y轴偏转板上。这就要求在实验磁场的频 率范围内，放大器的放大系数必须稳定，不会带来较大的相 位畸变。事实上示波器难以完全达到这个要求，因此在实验 图8磁滞回线图形的畸变 时经常会出现如图8所示的畸变。观测时将X轴输入选择 “AC”,Y轴输入选择“DC”档，并选择合适的R和R的阻值可得到最佳磁滞回线 5
5 由式（1）和式（2）得： H N L R U X • • = 1 2 （3） 上式表明在交变磁场下，任一时刻电子束在 X 轴的偏转正比于磁场强度 H 。 为了测量磁感应强度 B，在次级线圈 N2 上串联一个电阻 R2 与电容 C 构成一个回路， 同时 R2 与 C 又构成一个积分电路。取电容 C 两端电压 UC 至示波器 CH2 ( Y )轴输入，若 适当选择 R2 和 C 使 C R • 1 2 ，则： 2 2 2 1 2 2 2 2 2 1 R E C R E I • + = 式中， 为电源的角频率， E2 为次级线圈的感应电动势。 因交变的磁场 H 的样品中产生交变的磁感应强度 B ，则： dt dB N S dt d E = N • = • • 2 2 2 式中 h D D S • − = 2 ( ) 2 1 为环形试样的截面积， 设磁环厚度为 h 则： B C R N S dB C R N S E dt C R I dt C C Q UY UC • • • = • • = • = = = = 2 2 2 2 2 2 2 1 1 （4） 上式表明接在示波器 Y 轴输入的 UY 正比于 B 。 R2 •C 电路在电子技术中称为积分 电路，表示输出的电压 UC 是感应电动势 E2 对时间的积分。为了如实地绘出磁滞回线， 要求： （1） f C R • • 2 1 2 。 （2）在满足上述条件下， UC 振幅很小，不能直接绘出大 小适合需要的磁滞回线。为此，需将 UC 经过示波器 Y 轴放 大器增幅后输至 Y 轴偏转板上。这就要求在实验磁场的频 率范围内，放大器的放大系数必须稳定，不会带来较大的相 位畸变。事实上示波器难以完全达到这个要求，因此在实验 时经常会出现如图 8 所示的畸变。观测时将 X 轴输入选择 “ AC ”， Y 轴输入选择“ DC ”档，并选择合适的 R1 和 R2 的阻值可得到最佳磁滞回线
图形，避免出现这种畸变。 这样，在磁化电流变化的一个周期内，电子束的径迹描出一条完整的磁滞回线。适当 调节示波器X和Y轴增益，再由小到大调节信号发生器的输出电压，即能在屏上观察到由 小到大扩展的磁滞回线图形。逐次记录其正顶点的坐标，并在坐标纸上把它联成光滑的曲 线，就得到样品的基本磁化曲线 4、示波器的定标 从前面说明中可知从示波器上可以显示出待测材料的动态磁滞回线，但为了定量研究 磁化曲线和磁滞回线，必须对示波器进行定标。即还须确定示波器的X轴的每格代表多少 H值(A/m),Y轴每格实际代表多少B(T)。 一般示波器都有己知的X轴和Y轴的灵敏度，可根据示波器的使用方法，结合实验使 用的仪器就可以对X轴和Y轴分别进行定标，从而测量出H值和B值的大小。 设X轴灵敏度为Sx(V/格)，Y轴的灵敏度为S,(Ⅳ1格)（上述Sx和S,均可从示波 器的面板上直接读出)，则： Ux=SxX,U,=S,·Y 式中X,Y分别为测量时记录的坐标值（单位：格，即刻度尺上的一大格） 由于本实验使用的R,R和C都是阻抗值已知的标准元件，误差很小，其中的 R,R为无感交流电阻，C的介质损耗非常小。所以综合上述分析，本实验定量计算公 式为： H=N.S ,●X (5) L·R B=R.C.S.Y (6) N2·S 式中各量的单位：R,R单位是2：L单位是m:S单位是m2:C单位是F: Sx,S,单位是V/格：X,Y单位是格：H的单位是A/m:B的单位是T。 【实验内容】 注意：实验前先熟悉实验的原理和仪器的构成。使用仪器前先将信号源输出幅度调节 旋钮（多圈电位器）逆时针到底，使输出信号为最小。然后调节频率调节旋钮，因为频率 较低时，负载阻抗较小，在信号源输出相同电压下负载电流较大，会引起采样电阻发热。 一、用显波器和FB310B型智能磁滞回线实验仪测定两种样品磁滞特性 6
6 图形，避免出现这种畸变。 这样，在磁化电流变化的一个周期内，电子束的径迹描出一条完整的磁滞回线。适当 调节示波器 X 和 Y 轴增益，再由小到大调节信号发生器的输出电压，即能在屏上观察到由 小到大扩展的磁滞回线图形。逐次记录其正顶点的坐标，并在坐标纸上把它联成光滑的曲 线，就得到样品的基本磁化曲线。 4、示波器的定标 从前面说明中可知从示波器上可以显示出待测材料的动态磁滞回线，但为了定量研究 磁化曲线和磁滞回线，必须对示波器进行定标。即还须确定示波器的 X 轴的每格代表多少 H 值（ A/m ）， Y 轴每格实际代表多少 B(T) 。 一般示波器都有已知的 X 轴和 Y 轴的灵敏度，可根据示波器的使用方法，结合实验使 用的仪器就可以对 X 轴和 Y 轴分别进行定标，从而测量出 H 值和 B 值的大小。 设 X 轴灵敏度为 S (V /格) X ，Y 轴的灵敏度为 S (V /格) Y （上述 X S 和 Y S 均可从示波 器的面板上直接读出），则： UX = SX • X , UY = SY •Y 式中 X ，Y 分别为测量时记录的坐标值（单位：格，即刻度尺上的一大格） 由于本实验使用的 R1 , R2和C 都是阻抗值已知的标准元件，误差很小，其中的 1 2 R , R 为无感交流电阻， C 的介质损耗非常小。所以综合上述分析，本实验定量计算公 式为： X L R N S H X • • • = 1 1 （5） Y N S R C S B Y • • • • = 2 2 （6） 式中各量的单位： 1 2 R ,R 单位是 ； L 单位是 m ； S 单位是 2 m ； C 单位是 F ； S X SY , 单位是 V / 格 ； X ，Y 单位是格； H 的单位是 A/m ； B 的单位是 T 。 【实验内容】 注意：实验前先熟悉实验的原理和仪器的构成。使用仪器前先将信号源输出幅度调节 旋钮（多圈电位器）逆时针到底，使输出信号为最小。然后调节频率调节旋钮，因为频率 较低时，负载阻抗较小，在信号源输出相同电压下负载电流较大，会引起采样电阻发热。 一、用显波器和 FB310B 型智能磁滞回线实验仪测定两种样品磁滞特性
1.按图5所示线路接线。 2.样品退磁 1)单调增加磁化电流，顺时针缓慢调节信号幅度旋钮，使示波器显示的磁滞回线上B 值增加变得缓慢，达到饱和。改变示波器上X、Y输入增益和R,R,的值，示波器显示 典型美观的磁滞回线图形。磁化电流在水平方向上的读数为(-5.00，+5.00)格，此后， 保持示波器上X、Y输入增益波段开关和R,R,值固定不变并锁定增益电位器（一般为 顺时针到底)，以便进行H、B的标定。 2)单调减小磁化电流，即缓慢逆时针调节幅度调节旋钮，直到示波器最后显示为一点， 位于显示屏的中心，即X和Y轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的X和Y位移旋 钮。实验中可用示波器X、Y输入的接地开关检查示波器的中心是否对准屏幕X、Y坐 标的交点。 3.按图中所标注的元件参数设置元件的参数值： 取样电阻：R=2.52,积分电阻：R=10k2,积分电容：C=3F: 4.接通示波器和磁滞回线实验仪的工作电源：在无信号输入的情况下，把示波器的光 点调节到坐标网格中心： 5.调节磁滞回线实验仪信号输出旋钮，并分别调节示波器X和Y轴的灵敏度，使显示 屏上出现图形大小合适的磁滞回线。（若图形项部出现编织状的小环，如图8所示，这时 可降低励磁电压U予以消除)。记录曲线上各点对应的X、Y坐标数值（电压值）。 6.观察基本磁化曲线：从U=0开始，逐渐提高励磁电压，可以在示波器显示屏上观 察到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本 磁化曲线（如果用长余辉示波器，便可观察到这些曲线的轨迹），记录各顶点的位置坐标 值和示波器X和Y轴的灵敏度数值。 7.根据选择的示波器的灵敏度和显示格数，可以计算U,U,的数值，再根据已知的元 件参数即可以计算励磁电流和磁感应强度的数值。注意：示波器显示的电压值是峰峰值， 而公式中用的电压值是有效值，它们的关系是：U=U。p/2√2。 9.8.观察、比较样品1和样品2的磁化性能。 令U=3.0,R=3.02测定样品1的Bm,B,Hc和BH|等参数。 10.取步骤7中的H和其相应的B值，用坐标纸绘制B~H曲线（如何取数？取多少组 数据？自行考虑)，并估算曲线所围面积。 11.注意事项：积分电阻不宜小于10k,积分电容不宜小于3F,否则可能使磁滞回 线图形发生崎变。 【实验数据与数据处理】 表1基本磁化曲线与4-H曲线数据记录 UWV) H(AIm) B(mT) “=A四 0.5
7 1．按图 5 所示线路接线。 2．样品退磁 1）单调增加磁化电流，顺时针缓慢调节信号幅度旋钮，使示波器显示的磁滞回线上 B 值增加变得缓慢，达到饱和。改变示波器上 X 、Y 输入增益和 R1，R 2 的值，示波器显示 典型美观的磁滞回线图形。磁化电流在水平方向上的读数为（− 5.00,+5.00 ）格，此后， 保持示波器上 X 、Y 输入增益波段开关和 R1，R 2 值固定不变并锁定增益电位器（一般为 顺时针到底），以便进行 H 、 B 的标定。 2）单调减小磁化电流，即缓慢逆时针调节幅度调节旋钮，直到示波器最后显示为一点， 位于显示屏的中心，即 X 和 Y 轴线的交点，如不在中间，可调节示波器的 X 和 Y 位移旋 钮。实验中可用示波器 X 、Y 输入的接地开关检查示波器的中心是否对准屏幕 X 、Y 坐 标的交点。 3．按图中所标注的元件参数设置元件的参数值： 取样电阻： R1 = 2.5 ，积分电阻： R2 =10k ，积分电容： C = 3F ； 4．接通示波器和磁滞回线实验仪的工作电源；在无信号输入的情况下，把示波器的光 点调节到坐标网格中心； 5．调节磁滞回线实验仪信号输出旋钮，并分别调节示波器 X 和 Y 轴的灵敏度，使显示 屏上出现图形大小合适的磁滞回线。（若图形顶部出现编织状的小环，如图8所示，这时 可降低励磁电压 U 予以消除）。记录曲线上各点对应的 X 、Y 坐标数值（电压值）。 6．观察基本磁化曲线：从 U = 0 开始，逐渐提高励磁电压，可以在示波器显示屏上观 察到面积由小到大一个套一个的一簇磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线就是样品的基本 磁化曲线（如果用长余辉示波器，便可观察到这些曲线的轨迹），记录各顶点的位置坐标 值和示波器 X 和 Y 轴的灵敏度数值。 7．根据选择的示波器的灵敏度和显示格数，可以计算 1 2 U ,U 的数值，再根据已知的元 件参数即可以计算励磁电流和磁感应强度的数值。注意：示波器显示的电压值是峰峰值， 而公式中用的电压值是有效值，它们的关系是： U = UP−P / 2 2 。 9．8．观察、比较样品 1 和样品 2 的磁化性能。 令 U = 3.0V, R1 = 3.0 测定样品 1 的 Bm , BrHC和BH 等参数。 10．取步骤7中的 H 和其相应的 B 值，用坐标纸绘制 B ~ H 曲线（如何取数?取多少组 数据?自行考虑），并估算曲线所围面积。 11.注意事项：积分电阻不宜小于 10k ，积分电容不宜小于 3F ，否则可能使磁滞回 线图形发生崎变。 【实验数据与数据处理】 表1 基本磁化曲线与 − H 曲线数据记录 U (V) H (A/ m) B (mT) ( ) m H H = B 0.5
1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 表2B-H关系曲线实验数据记录 Hc=】 ,B= B= BH]= No H(Alm) B(mT） No H(4/m) B(mT） 二、用FB310B智能型磁滞回线组合实验仪测量样品1、样品2的磁滞特性： 1、FB310B智能型磁滞回线组合实验仪面板按键简介： (1)“功能键：用于选取操作功能，每按一次键，将在液品显示屏上显示相应的功能： (2)“确认”键：当选定某一功能后，按下此键，即可执行功能： (3)“数字”键(0~9)：可用于修改参数，当修改完参数后，按一下确认键，修改即 有效，否则修改无效： (4)“复位”键：开机后，液品显示器显示“欢迎使用磁滞回线测试仪”。当测试过程中由 于某种干扰，出现工作不正常时，可按此键，使测试仪恢复正常工作。 2、先用示波器观察动态磁滞回线实验仪的显示图形，一切正常后，关闭电源。再用专
8 1.0 1.2 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 表2 B − H 关系曲线实验数据记录 H = ________ ,B = _________ ,B = _________ ,[BH ] = _________. C r m No H (A/ m) B (mT) No H (A/ m) B (mT) 二、用FB310B智能型磁滞回线组合实验仪测量样品1、样品2的磁滞特性： 1、FB310B 智能型磁滞回线组合实验仪面板按键简介： （1）“功能”键：用于选取操作功能，每按一次键，将在液晶显示屏上显示相应的功能； （2）“确认”键：当选定某一功能后，按下此键，即可执行功能； （3）“数字”键（ 0 ~ 9 ）：可用于修改参数，当修改完参数后，按一下确认键，修改即 有效，否则修改无效； （4）“复位”键：开机后，液晶显示器显示“欢迎使用磁滞回线测试仪”。当测试过程中由 于某种干扰，出现工作不正常时，可按此键，使测试仪恢复正常工作。 2、先用示波器观察动态磁滞回线实验仪的显示图形，一切正常后，关闭电源。再用专
用连接线把FB31OB磁滞回线实验仪与FB31OB磁滞回线组合实验仪连接，然后打开 FB310B磁滞回线实验仪与FB3IOB磁滞回线组合实验仪的工作电源。FB310B组合实验仪 液晶屏显示如下： 欢迎使用感滞回线测试仪 1方型2圆型 杭州精科 然后根据实验所需选择待测样品，选择1方型为E1型矽钢片铁芯试样，或者选择2 圆型为环形铁芯（铁氧体）试样。 3、FB310B磁滞回线组合实验仪的操作： (1)若选择1方型，按‘功能'键显示和修改所测样品的“励磁线圈匝数N”与“磁 路长度L”值： N=0100厘 L=060.0毫米 如果需要修改当前的参数值，可以直接按数字键，即可按先后顺序对原有参数进行修 改，修改完毕，按“确认”键，新的参数被认可：仪器配用动态磁滞回线实验仪时，预置 参数己与样品的参数相符，此项内容无需更改：若配用其它实验仪时，预置参数与样品的 参数可能不相符，必需更改：这里举例说明修改方法：例如要改为“N=0100匝” “L=130.0毫米”，操作方法是：在该显示状态下，按数字键，依次按“0100”，“1300”， 如果数字输入错误，只要重新输入正确数字“0100”“1300”即可。修改完后，按“确 认“键，N即修改为0100匝：L为130.0毫米。以下操作相同，恕不赘述。 (2)继续按“功能”键，显示和修改所测样品的“次级线圈匝数”与“铁芯横截面积 S”值，显示形式如下： n=0100匝 S=080.0毫米 其中毫米2即平方毫米。如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认” 键，认可“修改参数值”： (3)继续按“功能”键，显示和修改“励磁电流取样电阻1值”。显示格式如下： R1=002.5欧 如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认”键，认可“修改参数”： (4)继续按“功能”键，显示和修政“积分电阻值R2”:“积分电容值C2”,显示形 式如下： 如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认”键，认可修改参数： 9
9 用连接线把 FB310B 磁滞回线实验仪与 FB310B 磁滞回线组合实验仪连接，然后打开 FB310B 磁滞回线实验仪与 FB310B 磁滞回线组合实验仪的工作电源。FB310B 组合实验仪 液晶屏显示如下： 然后根据实验所需选择待测样品，选择 1 方型为 EI 型矽钢片铁芯试样，或者选择 2 圆型为环形铁芯（铁氧体）试样。 3、FB310B 磁滞回线组合实验仪的操作: （1）若选择 1 方型，按‘功能’键显示和修改所测样品的“励磁线圈匝数 N ”与“磁 路长度 L ”值: 如果需要修改当前的参数值，可以直接按数字键，即可按先后顺序对原有参数进行修 改，修改完毕，按“确认”键，新的参数被认可；仪器配用动态磁滞回线实验仪时，预置 参数已与样品的参数相符，此项内容无需更改；若配用其它实验仪时，预置参数与样品的 参数可能不相符，必需更改：这里举例说明修改方法：例如要改为“ N = 0100匝 ”、 “ L =130.0毫米 ”，操作方法是：在该显示状态下，按数字键，依次按“ 0100 ”，“1300 ”， 如果数字输入错误，只要重新输入正确数字“ 0100 ”“1300 ”即可。修改完后，按“确 认“键， N 即修改为 0100匝 ； L 为 130.0毫米。以下操作相同，恕不赘述。 （2）继续按“功能”键，显示和修改所测样品的“次级线圈匝数 n ”与“铁芯横截面积 S”值,显示形式如下： 其中 毫米 2 即平方毫米 。如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认” 键，认可“修改参数值” ； （3）继续按“功能”键，显示和修改“励磁电流取样电阻 R1 值”。显示格式如下： 如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认”键，认可“修改参数”； （4）继续按“功能”键，显示和修改“积分电阻值 R2”: “积分电容值 C2 ”，显示形 式如下： 如要修改参数值，可以按“数字”键，在修改完后，按“确认”键，认可修改参数；
