軟磁材料靜態(tài)磁參數(shù)的測(cè)量.doc

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1、軟磁材料靜態(tài)磁參數(shù)的測(cè)量1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑艑W(xué)習(xí)磁滯回線的測(cè)量方法。⑵了解磁性材料的基本特性。2．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)靜態(tài)磁化曲線及磁滯回線。(2)根據(jù)磁滯回線確定材料的等參數(shù)。3．實(shí)驗(yàn)原理⑴磁滯特性磁性材料大體上可以分為永磁材料和軟磁材料。永磁材料包含稀土永磁(釹鐵硼、釤鈷等)，金屬永磁（AlNiCo）和鐵氧體永磁；軟磁材料包含金屬軟磁（硅鋼Fe-Si，坡莫合金Fe-Ni、金屬鐵粉芯FeNiAl等），鐵氧體軟磁（錳鋅、鎳鋅、鎂鋅、鋰鋅）和其它軟磁材料。本實(shí)驗(yàn)主要討論軟磁材料磁參數(shù)的測(cè)量。鐵磁性材料除了具有高的磁導(dǎo)率以外，還有一個(gè)磁滯特性。當(dāng)

2、一個(gè)材料磁化時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅與當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H有關(guān)，而且與該材料以前的磁化狀態(tài)有關(guān)。如圖1所示，曲線OA表示鐵磁性材料從沒有磁性開始磁化，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H增加而增加，稱為磁化曲線。當(dāng)H增加到HS時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B達(dá)到BS，基本上不再隨H的增加而增加，即達(dá)到磁飽和。稱BS為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，HS為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)磁性材料磁化以后，如果使H減小，B將不沿著原路返回，而是沿著另一條曲線AR下降。如果H從HS變到－HS，再?gòu)模?HS變到HS，B將隨著H的變化而形成一條如圖1所示的磁滯回線ARC’A’R’CA。其中，當(dāng)時(shí)，，稱為剩余磁

3、感應(yīng)強(qiáng)度。要使磁感應(yīng)強(qiáng)度下降到零，就必須加一反向磁場(chǎng)，稱為矯頑力。一般來(lái)說(shuō)，矯頑力小的磁性材料稱為軟磁材料，矯頑力大的磁性材料稱為硬磁材料。必須指出的是：在反復(fù)磁化（）的開始幾個(gè)循環(huán)內(nèi)，每一次循環(huán)的B-H曲線不一定沿著相同的路徑進(jìn)行，只有經(jīng)過(guò)十幾次反復(fù)磁化以后，每次循環(huán)的路徑才趨于相同，形成一個(gè)穩(wěn)定的磁化曲線，把這一過(guò)程稱為“磁鍛煉”。只有經(jīng)過(guò)“磁鍛煉”后所形成的磁滯回線才能代表該材料的磁滯性質(zhì)。　　在主要磁化曲線的各點(diǎn)上求出B與μ０H之比，即可得到μ和H之間的關(guān)系曲線（圖１上沒有畫出）。⑵磁滯回線的測(cè)量為了使大家深入了解軟磁測(cè)量的

4、物理過(guò)程，在介紹軟磁自動(dòng)測(cè)量軟件之前，我們首先介紹手動(dòng)測(cè)量磁滯回線的方法。由于軟磁材料在較低的磁場(chǎng)下就能達(dá)到飽和磁化，所以在研究軟磁材料的磁性時(shí)，往往將樣品做成如圖2所示的具有閉合磁路的環(huán)形，在樣品磁環(huán)上均勻地繞以磁化線圈，把這種磁化線圈稱為螺繞環(huán)。螺繞環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)不強(qiáng)，最多為幾千安培/米，但是對(duì)軟磁材料來(lái)說(shuō)完全可以使其達(dá)到飽和。一個(gè)均勻繞制的螺繞環(huán)等效于一個(gè)首尾相接的螺線管，因此，沿著軸線方向的磁場(chǎng)是均勻的。如果樣品的內(nèi)半徑為R1，外半徑為R2，磁環(huán)的平均半徑為R，螺繞環(huán)的匝數(shù)為N1，通過(guò)的電流為I，則螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)為上式中N1和

5、R在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均為已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)，因此可以通過(guò)對(duì)磁化電流I的測(cè)量來(lái)得到磁場(chǎng)強(qiáng)度H。磁化曲線和磁滯回線的測(cè)量可以歸結(jié)為各磁化電流下磁感應(yīng)強(qiáng)度B的測(cè)量。圖3（a）給出了沖擊法測(cè)量磁參數(shù)的電路圖。用沖擊法測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B就是在被測(cè)磁環(huán)樣品C上再繞上匝數(shù)為N2的探測(cè)線圈(也稱為“次級(jí)線圈”)，探測(cè)線圈N2與沖擊電流計(jì)G串聯(lián)，當(dāng)磁化線圈N1（亦稱“初級(jí)線圈”）中的磁化電流突然改變時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度改變?yōu)?，樣品的磁感?yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)地改變，在探測(cè)線圈中的磁通量變化為，S是樣品的橫截面積。通過(guò)測(cè)量沖擊電流計(jì)最大偏轉(zhuǎn)量，就可以用下式求出：式中CΦ是磁性測(cè)量中

6、常用的沖擊常數(shù)，它表示沖擊電流計(jì)單位最大偏轉(zhuǎn)量所對(duì)應(yīng)的探測(cè)線圈中磁通量的改變量。圖3（a）中M是標(biāo)準(zhǔn)互感，R1、R2、R3是可變電阻器，R4是電阻箱，E是直流電源，K，K1…K5是轉(zhuǎn)換開關(guān)。①飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量：由于磁滯回線的對(duì)稱性，+BS與－BS大小是相等的，所以外磁場(chǎng)突然由+HS變到－HS（通過(guò)K使電流反向）時(shí)，磁感強(qiáng)度B由+BS變到－BS，由ΔB可以求出BS的絕對(duì)值：，軟磁材料在飽和以后磁感強(qiáng)度B基本不再變化并趨于BS，利用這一事實(shí)可以判斷材料是否已經(jīng)飽和，從而確定飽和磁化電流IS及對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度HS。②剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br的測(cè)

7、量：以BS為起點(diǎn)，K突然斷開，磁場(chǎng)由HS突然降為零。令ΔBAr表示該過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化，則③磁滯回線上其它各點(diǎn)B的測(cè)量：根據(jù)磁滯回線的特點(diǎn)，測(cè)量過(guò)程必須沿著磁滯回線的路徑，即圖３（b）中A-d1-r-d2-A’-d3-r’-d4-A的順序進(jìn)行。整個(gè)操作過(guò)程就在于合理地利用開關(guān)K，K2和變阻器R1、R2、R3來(lái)達(dá)此目的。其中，K2的作用是關(guān)鍵。合上K2時(shí)，R2、R3不起作用。如果先合上K2，調(diào)節(jié)R1使磁場(chǎng)達(dá)到HS，然后突然打開K2，使R2、R3起作用，磁化電流減小，H由HS下降到H1，即從A點(diǎn)到d1點(diǎn)，這樣就可以測(cè)出，由圖可得：。

8、記下這時(shí)的磁化電流數(shù)值，可求得對(duì)應(yīng)的H1。將開關(guān)K反向，H由H1變到－H1，即從曲線上的d1點(diǎn)到d2點(diǎn)，與之對(duì)應(yīng)的電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)可以不記。再以d2為起點(diǎn)，突然合上開關(guān)K2，使磁場(chǎng)從－H1下降到－HS（磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)際上向負(fù)的方向增強(qiáng)），即從