HLD-ML-II型智能磁滞回线测试仪.doc
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HENGLIDA恒立达
HENGLIDA
HLD-ML-Ⅱ型智能磁滞回线测试仪
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铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
概述：
工程技术中有许多仪器设备，大的如发电机和变压器，小的如手表铁心和录音磁头等，都要用到铁磁材料。
而铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性。
本实验中用交流电对材料样品进行磁化，测得的B-H曲线称为动态磁滞回线。
测量磁性材料动态磁滞回线方法较多，用示波器法测动态磁滞回线的方法具有直观、方便、迅速以及能够在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测量的独特优点，所以在实验中被广泛利用。
一、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Hc、Br、Bm和（Hm·Bm）等参数。
4、测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。
二、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Hs时，B到达饱和值Bs，oabs称为起始磁化曲线。
图1表明，当磁场从Hs逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”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=0时，B不为零，而保留剩磁Br。
当磁场反向从0逐渐变至－HD时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，HD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Hs→O→HD→Hs→O→HD→Hs次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S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，磁滞损耗于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μ=B/H，因B与H关系的非线性，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。
图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线
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。
图3铁磁材料μ与H并系曲线图4不同铁磁材料的磁滞回线
观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线大致线路如图五所示。
图5实验线路
待测样品为E1型矽钢片，N为励磁绕组，n为用来测量磁感应强度B而设置大绕组。
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H=Ni/L（L为样品的平均磁路）
∴
（1）
（1）式中的N、L、R1均为已知常数，所以由U1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R2C2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，为积分电容C2两端电压设在Δt时间内，向电容C2的充电电量为Q，则
∴
如果选取足够大的R2和C2，使》Q/C2，则：
∴（3）
由
（2）、（3）两式可得（4）
（4）式中C2、R2、n和S均为已知常数。
所以由U2可确定B0
综上所述，将图5中的U1和U2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U1和U2加到测试仪的信号输入端可测定样品的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br、矫顽力HD、磁滞损耗BH以及磁导率μ等参数。
三、实验内容
1.电路连接：
选样品1按实验仪上所给的电路图连接线路，并选取R1=2.5Ω，“U选择”置于0位。
UH和UB（即U1和U2）分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔为公共端。
2.样品退磁：
开启实验仪电源，对试样进行退磁，即顺时针方向转动“U选择”旋钮，令U从0增至3V，然后逆时针方向转动旋钮，将U从最大值降为0，其目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即B=H=0，如图6所示。
3.观察磁滞回线：
开启示波器电源，使光点位于坐标网格中心，选U=2.5V，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7所示，这时可降低励磁电压U予以消除）。
4．观察基本磁化曲线，按步骤2对样品进行退磁，从U＝0开始，逐档提高励磁电压，将在显示屏上得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，借助长余辉示波器，便可观察到该曲线的轨迹。
5．观察、比较样品1和样品2的磁化性能：
分别选择样品1和样品2，观察并比较它们的磁滞回线有何差异。
6．测绘μ－H曲线：
仔细阅读测试仪的使用说明，接通实验仪和测试仪之间的连线。
开启电源，对样品进行退磁后，依次测定U＝0.5，1.0…3.0V时的十组Hm和Bm值，作μ～H曲线。
7．用测试仪定量描绘磁滞回线。
选定U＝2.5V，R1=2.5Ω，测定样品1的Bm、Br、HD和B～H关系等参数。
步骤如下：
（1）正确接通实验仪和测试仪之间的连线。
开始测试前先按实验内容2的方法对样品进行退磁。
（2）开启测试仪电源，仪器数码屏上显示：
“HLD”字样，此时按一下面板上的“功能”键，测试仪面板上数码屏的左窗显示“SAP…”，右窗显示“STA..”，表示测试仪进入等待采样状态。
（3）按“确认”键，开始采样，采样过程中数码屏上显示一连串的“…”，采样结束后，左窗显示“Good”，表示采样完成。
（4）查询H、B的最大值：
再按一次“功能”键，可以查询H、B的最大值，若左窗显示“read”，右窗显示“Hn.Bn”，则按“确认”键，于是左窗显示“Hm“的值，右窗显示“Bm”的值。
（注意：
Hm和Bm的单位分别为10-1A/m和10-3T。
）
（5）逐点查询并描绘磁滞回线：
再按一次“功能”键，左、右数码窗将显示“read.”、“H.b.”字样，表示调试仪进入查询H和B的状态。
按下“确认”键后就可在左、右窗口分别显示调试点的H和B的值。
（H和B的单位分别为10-1A/m和10-3T。
）。
再按“上翻”或“下翻”按键，可以逐点查询前面或后面测试点的H、B的值。
一个完整的磁滞回线中，测试仪共有100个测试点，将这些测试点的H、B的值记录下来，可以据此在方格纸上用手工描绘出H～B变化的磁滞回线。
（5）显示矫顽力和剩磁的值：
再按一次“功能”键，左、右窗口将显示“read”、“Hc.br”的字样，此时按下“确认”，则在左、右窗口将分别显示矫顽力（Hc）和剩磁（Br）的值。
（H和B的单位分别为10-1A/m和10-3T。
）。
（6）显示H与B的相位差：
再按一下“功能”键，当左、右窗口显示“read”和“PHASE”字样时，按下“确认”键，则数码管左窗显示的是H、B间的相位差，右窗显示“H.—B.”表示H相位超前于B。
（7）再按一次“功能”键，左窗出现“OFF”，表示本实验项目结束。
四、实验记录
表一基本磁化曲线与μ－H曲线
U（V）
H×10-1安/米
B×10-3特斯拉
μ＝B/H亨利/米
0.5
1.0
1.2
1.5
1.8
2.0
2.2
2.5
2.8
3.0
表二.B-H曲线HD＝Br＝Bm＝
NO
H×10-1A/m
B×10-3T
NO
H×10-1A/m
B×10-3T
NO
H×10-1A/m
B×10-3T
1
12
23
2
13
24
3
14
25
4
15
26
5
16
27
6
17
28
7
18
29
8
19
30
9
20
…
10
21
…
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