表3-4-1                                   基本磁化曲线于μ-H曲线

表3-4-2              B-H曲线             H_m=        H_c=         B_m=        B_r=         [BH]=

第二篇：铁磁材料的磁性研究

铁磁材料的磁性研究

   

【实验目的】 

1.       认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。

2.  测定样品的基本磁化曲线，作μ-H曲线。     

3.  测定样品的H_D、B_r、B_S和（H_m·B_m）等参数。     

4.  测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

【实验原理】

铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。

图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H_S时，B到达饱和值B_S，oabs称为起始磁化曲线。图1表明，当磁场从H_S逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O时，B不为零，而保留剩磁Br。

当磁场反向从O逐渐变至－H_D时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H_D称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。

图1还表明，当磁场按H_S→O→H_D→-H_S→O→H_D´→H_S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线变化，这闭合曲线称为磁滞回线。所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。    应该说明，当初始态为H＝B＝O的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图2所示，这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率，因B与H非线性，故铁磁材料的μ不是常数而是随H而变化（如图3所示）。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛的主要原因之一。

可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图4为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽。矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。         

观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。待测样品为EI型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置的绕组。R₁为励磁电流取样电阻，设通过N的交流励磁电流为i，根据安培环路定律，样品的磁化场强

                L为样品的平均磁路 

        ∵

                                （1）

(1)式中的N₁、L、均为已知常数，所以由可确定H。

    在交变磁场下，样品的磁感应强度瞬时值B是测量绕组n和电路给定的，根据法拉第电磁感应定律，由于样品中的磁通φ的变化，在测量线圈中产生的感生电动势的大小为

                            (2)

S为样品的截面积。如果忽略自感电动势和电路损耗，则回路方程为

式中为感生电流，U_B为积分电容C两端电压,设在Δt时间内，i₂向电容的充电电量为Q，则

              

如果选取足够大的R₂和C，使i₂R₂>>Q/C，则         

        ∵

                               (3)

由（2）、（3）两式可得

                                   （4）

上式中C、R₂、n和S均为已知常数。所以由U_B可确定B₀

  综上所述，将图5中的U_H和U_B分别加到示波器的“X输入”和“Y输入”便可观察样品的B－H曲线；如将U_H和U_B加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度B_S、剩磁R_r、矫顽力H_D、磁滞损耗〔WBH〕以及磁导率µ等参数。

【实验内容】

1．  用示波器观察两种试样的磁滞回线。

首先对试样进行退磁，方法是将励磁电压从0V增加到3V，然后再逐步增加到0V。比较软硬磁材料的特性。

2． 测量试样的磁性参数

（1）   测绘μ~H曲线和基本磁化曲线

首先对试样退磁，励磁电压分别取0.5、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5、2.8、3.0V，测量相应的H_m和B_m。计算μ-H曲线和基本磁化曲线。

（2）   测定试样的B_m、B_r、H_c、[B*H]参数

试样退磁后，令励磁电压为3V。取样电阻R1为2.5?。记录内容2中的H和B值，用坐标值绘制曲线，并求出B_m、B_r、H_c和磁滞损耗[B*H]。并估算曲线面积。

【实验仪器】

实验仪，KH-MHC型智能磁滞回线测试仪，示波器。

【实验数据】

（1）   测绘μ~H曲线和基本磁化曲线

（2）   测定试样的B_m、B_r、H_c、[B*H]参数

取样电阻R1为2.5?，励磁电压3V。

è

B_m =0.315mT ;B_r=0.183mT ;

H_c=0.0911A/m; HB=0.0987 J/m³

如图所示曲线所围成的面积为：10个小长方格的面积。

       =10*H*B=0.1J/m³