磁性材料BH特性的测量.docx
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磁性材料BH特性的测量
磁性材料B-H特性的测量
摘要:
关键词:
B-H磁滞回线剩磁Br最大磁能积(BH)m退磁曲线娇顽力bHc
1、引言
磁性材料,一般只具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料。
广义的磁性材料也包括具有实际应用价值或可能应用的反铁磁材料或其他弱磁性材料。
磁性材料种类很多,磁特性参量不少。
从技术应用角度出发,常关注材料的B-H特性。
从B-H磁滞回线上可以方便地得到这样一些参量:
(2)剩余磁感应强度B「(简称剩磁),其意义在于磁性材料被饱和磁化后,材料内部磁化场下降到零时,材料内所保存的磁感应强度值,通常Mr 退磁曲线上每一点的磁感应强度B和磁场强度II的乘积BH称为磁能积,其中最大者称为最大磁能积。 这是磁性材料单位体积储存和可利用的最大磁能密度的量度。 (3)侨顽力“He,它是指磁性材料B-II退磁曲线B=0处的磁场强度,其意义是对磁性材料反向磁化过程中,使B=0的反向磁场大小,通常bIIc 很多变压器铁芯,偏转线圈磁芯都是软磁材料制成的。 硬磁材料都是作为磁场源(各种永久磁铁)来应用的。 磁性材料应用十分广泛,其特性测量方法有特殊性。 学习B-II特性测虽: 既有实用意义,又有方法学上的意义。 二、实验原理 磁学捲多为导岀量,例如电流、电压、作用力等可以直接测就,但磁通、磁感应强度等必须借助热学的、电学的、光学的物理量测量结果推算出来。 常用的且方便的方法是利用电磁感应建律,从测量的电学量推算出磁学量。 根据法拉第左律,一个开路线圈内的磁通发生变化时,其两端产生感应电压 (1) 如果线圈很截而积S、匝数N均为定值,则 的戸一NS如 dt (2) 对感应电压积分有 则有 对线圈两端感应电压进行积分,有许多办法和仪器,用得比较普遍的是R-C有源积分器。 基本的R・c有源枳分器如图2所示。 图1有源积分器基本原理图 考虑到运算放大器有很大的输入阻抗和输入端可看成“虚地”的性质,有如下关系: /)=心(『)+协⑴力q的=_右帥)d/ (5) 若适当选择R.C的数值,满足RC»丄,f为输入信号频率,贝I」 2¥ A (6) (7) 若6,(r)=e(t)==-NS-,则 dtdt (9) 三、实验仪器 图2是根据法拉第感应龙律用有源积分器进行B-H磁滞回线测量的仪器框图。 邑化装咒 匚机分連 盘通变化率 栓场爪 图2B・H回线测fit仪器框图 英中函数发生器和功率放大器给磁化装宜提供随时间变化的磁化电流•磁通变化率检测 d①⑴ 装宜(检测线圈)将感应电压e(t)=——送给积分器,积分器输出与磁通①成正比的信dt 号至X-Y记录仪的Y输入。 外加磁场测量装巻测岀与磁场对应的信号送至X-Y记录仪的X输入。 于是记录到①一II曲线。 再通过①与B的关系算出B-H曲线。 反馈网络是为了控制函数发生器的扫描速度在①变化剧烈区间,①变化缓慢些,以便记录更精确。 四、硬磁材料的B—H磁滞回线测量 硬磁材料矫顽力hHc高,饱和磁化场Hs高。 因此长江待测样品夹在电磁铁两磁极间,并尽可能使样品两端而平行光洁,与电磁铁两磁极紧密接触,以避免在样品内出现退磁场。 在样品上紧密绕N匝线圈,线圈两端接入高输入阻抗的有源积分器°利用磁场的切向连续性,将特斯拉计探头紧靠样品表而,测出样品的磁化场H。 图3为测量装置示意图。 图3便磁材料B-H磁滞回线测狱城理 B-H磁滞回线的第二(第四)象限部分称退磁曲线,如图4所示。 如将退磁曲线上各点的II值和B值相乘后,可发现乘积中有一个最大值,称为最大磁能积,即为(IIB)m,是硬磁材料最重要的参数之一,并可近似地从作图法求得,即分别从Br和He作H轴与B轴的平行线交于0: 则宜线0-0,与退磁曲线的交点P所对应的H与B值,就是达到该种硬磁材料最大磁能积的相应值。 当利用硬磁材料产生恒左磁场时,就应根据实际可能,尽疑将硬磁材料器件的 形状设计成使该器件出于该种材料最大磁能积所对应的BM处。 5.软磁材料的B・H磁滞回线测量 软磁材料的Hr低,饱和磁化场Hs低,一般情况将样品制成环状,作如图5的配置。 在磁化线圈Ni中通过适当的交变电流使其磁化。 线圈N,为检测线圈,其两端电压殆)=一如。 磁化场H的测量可以根据安培环路左律,通过测量磁化线圈N.中的电流得到,即 HL=i、N\ (10) 其中L为环的平均长度。 又V=U=丛丹,因此可将H上的电压信号送至X・Y记录装置的Xr11/V, 输入端,将积分器的输出送X-Y记录仪的Y输入端,记录到①一H回线。 在如图5所示的测 量方法中其中s为样品环的截而积。 从而由①回线,很容易得到B・H磁滞回线。 N2S 测量软磁材料的直流特性,甚低频特性时,X-Y记录仪常用计算机采集系统等。 测量软磁材 料的交流特性,特别是高频特性,记录装置可用示波器。 六、实验内容 测岀环状铁氧体永磁材料,块状硬磁材料,环状髙频磁芯和软铁环的①-H曲线。 根据①-H曲线,画岀B-H曲线,按图6所示的定义,算出剩磁B”矫顽力bHc,最大磁能积(HB)mo待测量亦可在4II曲线上测岀。 7.实验数据与处理 1、实心磁铁测量数据与处理 (1)、磁铁直径测量如表1所示 茨I磁铁宜径测fit 测it一/cm 测量二/cm 测量三/cm 平均值/cm 2.65 2.68 2.69 2.67 由此可以汁算得到实心磁铁的而积S=^d/2)2=5.6cm2. (2)、实验室仪器给岀的411图像如图7所示 图7实脸室仪器给出的e—H图像 (3)、用origin作出B-H图像 线圈匝数N=10匝,由磁通量公式①二NBS可以求得磁感应强度B,从而作出B—H图像如图8所示。 根据图8可以得到剩磁耳=36.8八侨顽力=-86.7/m时,有最大 磁能积(刃/)讨=1655.97曲7/加o 2、环形磁铁测量数据与处理 (1)、空心线圈与环形磁铁直径测量 空心线圈内径测量如表2所示,环形磁铁内外径测量如表3所示。 茨2空心线圈内径测笊 测量一/cm 测量二/cm 测量二/cm 测量四/cm 平均值do/cm 3.40 3.40 3.45 3.45 3.43 表3坏形險铁内外径测fit 测量一/cm 测量二/cm 测MH/cm 测量四/cm 平均值/cm 内径 1^2 1.82 1.85 d.=1.82 外径 3.19 3.20 3・18 3.15 d2=3.18 由此可以计算空心线圈与环形磁铁的而积分别为S。 =龙(九/2)2=92•用, S、=彳仏/2尸_(山/2)计=5・3曲° (2).空心线圈测量 对于空心线圈有gBS=gQH)S=n&HS=“H供中a为线圈常数。 实验室仪器所测图像如图9所示。 图9空心线圈4H图像 通过数据用origin所作图并作现行拟合后如图10所示。 图10用origin所作 由图10可以得到①-Il图像斜率即线圈常数a=0.32267mWb-m/KAf^此可以得到线圈匝 数舁="/“2。 =279(匝)。 (3)、样品测量 对于样品,由于空心线圈面积大于环形磁铁,故环形磁铁周用存在空隙。 下而推导此种情况下环形磁铁内磁感性强度B与总磁通虽①和磁场H的关系: e=%+4>i=nBQ(50-S))+nBS}=n/i^H(50-5,)+nBS}=uH-hjl^HS}+nBSl 上式表示总磁通量①应该为空隙磁通量4)和磁铁磁通量◎之和,其中二-5为空隙而积。 由此可得 图1I实強室仪器给出的4H图像 由图12可以得到剩磁耳=271・5曲,矫顽力屮产门6.6KA)m,在H=-101・0KA/加时,有最大磁能积(BH人=14504.3KA•加77加° 8.思考题 1>如何利用B-H回线算出内禀矫顽力賊EL? 答: 利用 M二邑-H “(> 求岀M・I1曲线,再用与求曲类似的方法就可以找到汕“ 2、用作图法求得的最大磁能积(BH)«与计算的(BH)m有何差别? 答: 作图法将退磁曲线近似为一段直线。 但是,实验实际测量得到的结果明显偏离直线,因此用作图法得到的结果并不准确。 通过汁算得到的(BH)m,其精确度只和测量精度有关,因此,计算得到的(BH)m比作图法精确。
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