实验名称: 用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1101 实验日期 2016年 月 日 节 一、实验目的: 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs 、剩磁Br 和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系;并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1. 双踪示波器 2. DH4516C 型磁滞回线测量仪 评 分 此实验项目教材没有相应内容,请做实验前仔细阅读本实验报告!并携带计算器,否则实验无法按时完成!
3、基本磁化曲线 对于同一铁磁材料,设开始时呈去磁状态,依次选取磁化电流I1、I2、….I n,则相应的磁场强度为H1、H2、….H3,在每一磁化电流下反复交换电流方向(称为磁锻炼),即在每一个选定的磁场值下,使其方向反复发生几次变化(如H1→- H1→H1→- H1….),这样操作的结果,是在每一个电流下都将得到一条磁滞回线,最后,可得一组逐渐增大的磁滞回线。我们把原点O和各个磁滞回线的顶点a1、a2、….所连成的曲线称为铁磁材料的基本磁化曲线,如图3所示。 图3基本磁化曲线 (二)利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量原理 1、示波器显示B—H曲线原理线路 由上述磁滞现象可知,要观测磁介质磁滞现象及相应的物理量,需要根据磁化过程测定材料部的磁场强度和磁感应强度。因此,测量装置必须具备三个功能: ①提供使样品磁化的可调强度的磁场(磁化场) ②可跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度 ③可定量显示样品的磁化过程 图4 磁滞回线的测量原理图 图4是利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量装置原理图:首先将待测的铁磁物质制成一个环形样品,在样品上绕有原线圈即励磁线圈N1匝,由它提供磁化场;在样品上再绕副线圈即测量线圈N2匝,由它来跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度;由示波器
铁磁质动态磁滞回线的测试 一.实验目的 1.学会如何用示波器变相地测量非电压量的方法 2.了解用示波法测铁磁物质动态磁滞回线的基本原理 3.了解磁性材料的特性 二.实验原理 1.铁磁质和磁滞 在磁场的作用下,能发变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质,磁介质按其磁特性可分为铁磁质和非铁磁质(包括顺磁质和抗磁质)。工艺技术上广泛应用的磁性材料主要是铁磁性材料,铁,钴,镍及其许多合金以及含铁的氧化物(铁氧体)都属于铁磁质。磁化性能(或磁化规律)是指M 与B 之间的依从关系。由于 M U B H -=0 也可以说磁化性能是指M 与H 的关系或B与H的关系。实验易于测量B和H,所以我们用实验来研究B与H的关系。(图8-1)是一个典型的磁化曲线,表示磁化过程中磁化强度与磁场的变化关系。
OS表示对于未磁化的样品施加磁场H,随H增加磁化强度不断增加,当H增加到HS(称为饱和磁场强度)时磁化强度达到饱和强度M S,曲线OS称为起始磁化曲线。这条曲线的显著特点是它的非线性。达到饱和以后,再减小磁场,磁化强度并不是可逆地沿原始的磁化曲线下降,而是沿着图中SR变化,与起始磁化曲线并不重合在R点磁场已减为零,但磁化强度并没有消失。比较曲线OS段与SR段可知,虽然H减少时B也随时减少,但是B的减少“跟不上”H的减少,这种现象叫做磁滞(磁性滞后),B R称为剩磁。当磁场沿相反方向增加-H C到时,磁化才变为零,H C称为矫顽力。继续增加反向磁场到-H S可以使磁化强度将完成如图所示的回线SRCS’R’C’S,称为磁滞回线,上面的磁滞回线是令H从饱和磁化强度H S出发得到的,实际上,从起始磁化曲线上的任一点M(H M 图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线 【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。 【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H 【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关 数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据 数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。 【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H D 、B r 、B S 和(H m ·B m )等参 数。 3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。 【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S S RD 'S D R ''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。 磁旋转编码器常见问题 常见问题:磁旋转编码器I C 一般性问题 Q1:芯片如果不能按预期工作,我需要进行哪些测试才能找出原因? Q2:可以在不编程的情况下使用旋转编码器芯片吗? Q3:如何知道上电之后角度数据何时有效? Q4:启动时间是否会随温度而改变? Q5:不同类型的输出可用于哪些应用? Q6:我可以利用数字输出驱动大于4m A的电流,例如驱动一个10m A的L E D吗?Q7:为什么已存在下拉电阻还必须将P R O G连接到V S S? Q8:对准模式下限制数值32是什么意思? Q9:可以得到的最佳精度是多少? Q10:可以得到优于0.1度的精度吗? Q11地利微电子可以校准芯片以实现最佳的精度吗? Q12:数据资料中显示的误差曲线对于所有产品都是一样的吗? Q13:编码器的重复性是指什么? Q14:重复性怎样随着温度改变? Q15:C S n引脚可以永久地连接到V S S吗? Q16:角度数据采样与C S n是同步的吗? Q17:奥地利微电子可以提供预先编程的定制化编码器吗? Q18:编码器可承受的振动水平怎样? Q19:怎样降低A S5040/43/45的功耗? 磁铁相关问题 Q20:推荐的磁铁水平偏离容差是多少? Q21:如果不能将磁铁对准在推荐的容差内,会发生什么呢? Q22:我可以将编码器I C安装在环形磁铁的周围吗? Q23:怎样才能扩展磁铁的垂直间距? Q24:如果在―绿色‖(适当)范围之外使用传感器会有什么后果? Q25:哪些类型的磁铁可以和A S5035/40/43/45配合使用? Q26:在旋转轴内安装磁铁的时候需要注意什么? Q27:为什么在移除磁铁的时候不能触发C O F和L I N报警? Q28:为什么即使移除磁铁时我仍可以得到随机的角度数据? Q29:在什么磁场范围可以得到M a g I n c/-D e c、L I N和C O F报警信号? Q30:如何分辨磁铁场强过弱(或丢失)与磁铁场强过强的情况? Q31:要获得零位读数时,磁铁要处于哪一个缺省位置? Q32:磁编码器是如何做到对于外部磁场不敏感的? A S5035,A S5040,A S5045 磁旋转编码器产品系列常见问题 A S50000磁旋转编码器产品系列 常见问题 Q33:是否需要屏蔽传感器以避免外部磁场的影响? Q34:B L D C电动机的强磁场转子磁铁会对编码器造成什么影响? Q35:我可以将其它材料放置到磁铁和I C之间吗? 实验C 磁化曲线和磁滞回线测量 磁性材料应用广泛,扬声器永久磁铁、变压器铁芯、计算机磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料分为硬磁和软磁两大类。硬磁材料的剩磁和矫顽力大(102 ~2?104 A/m),可做永久磁铁。软磁材料的剩磁和矫顽力小(102 A/m以下),容易磁化和去磁,广泛用于电机和仪表制造业。磁化曲线和磁滞回线是磁材料的重要特性,是变压器等设备设计的重要依据。 磁滞回线测量可分静态法和动态法。静态法是用直流来磁化材料,得到的B—H曲线称为静态磁磁滞回线。动态法是用交变来磁化材料,得到的B—H曲线称为动态磁滞回线。静态磁滞回线只与磁化磁场的大小有关,磁样品中只有磁滞损耗;而动态磁滞回线不仅与磁化磁场的大小有关,还与磁化场的频率有关,磁样品中不仅有磁滞损耗,还有涡流损耗。因此,同一磁材料在相同大小磁化场下,动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大,损耗大。 本实验采用动态法测量软磁样品的动态磁滞回线和磁化曲线,测量曲线可连续或逐点显示在LCD(液晶)屏上,直观、简便、物理过程清晰。 【实验目的】 1.了解磁滞回线和磁化曲线概念,加深对磁材料矫顽力、剩磁等参数的理解。 2.掌握磁材料磁化曲线和磁滞回线的测量方法,确定B s、B r和H c等参数。 3.探讨励磁电流频率对动态磁滞回线的影响。 【预备问题】 1.为什么测磁化曲线先要退磁? 2.为什么测量磁化曲线要进行磁锻炼? 3.为什么动态磁滞回线的面积比静态磁滞回线大,损耗大? 【实验仪器】 FC10-II型智能磁滞回线实验仪。 【实验原理】 1.铁磁材料的磁化规律 (1) 初始磁化曲线 在强度为H的磁场中放入铁磁物质,则铁磁物质被磁化, 其磁感应强度B与H的关系为:B = μ H,μ为磁导率。对于 铁磁物质,μ不是常数,而是H的函数。如图1所示,当铁 磁材料从H=0开始磁化时,B随H逐步增大,当H增加到 H s时,B趋于饱和值B s,H s称为饱和磁场强度。从未磁化到 饱和磁化的这段磁化曲线OS,称为初始磁化曲线。 图1初始磁化曲线 (2) 磁滞回线 示波器观测动态磁滞回线 一、用示波器观测动态磁滞回线简介: 1. 实验原理。 参照《新编基础物理实验》实验四十三《磁滞回线的测量》的实验原理。 2. 测量电路。 3. 相关公式 1R 1 1N H R u =l 2C 2R C B N S u = l ,铁磁样品的磁路长度;S ,铁磁样品磁路的横截面积;N 1,N 2,初级、次级绕组匝数。 对样品1(铁氧体):l = 0.130m ,S = 1.24×10-4 m 2 ,N 1 = N 2 = N 3 = 150匝。 对样品2(硅钢片):l = 0.075m ,S = 1.20×10-4 m 2 ,N 1 = N 2 = N 3 = 150匝。 4. 名词术语: 1) 磁中性状态:磁化场H 为零时磁感应强度B 也为零的状态,称为磁中性状态。 对铁磁样品加一个振幅足够大的交变磁场,并逐渐将振幅减小到零,铁磁样品即可被磁中性化。 2) 磁滞回线:磁化场H 循环变化时(-H 0H + )B 的变化轨迹称为磁滞回 线。它是相对于原点对称的闭合曲线。(样品测量前需要先磁中性化) 3) 饱和磁滞回线:磁化场H 在循环变化过程中可以达到足够大,使铁磁材料的磁化强度0B M H μ=?随H 的增大不再增大,由这样的循环变化磁化场得到的 磁滞回线称为饱和磁滞回线。 饱和磁滞回线上磁感应强度最大的值称为饱和磁感强度,用B S 表示。 饱和磁滞回线上B=0所对应的磁化场称为矫顽力,用H C 表示。 饱和磁滞回线上H=0所对应的磁感应强度称为剩余磁感应强度,用B r 表示。 4) 基本磁化曲线:将振幅不同的循环变化磁化场下所得到的磁滞回线的顶点连接 起来的曲线。(样品测量前需要先磁中性化) 5) 起始磁导率i μ:磁导率μ定义为0B H μμ=,通常铁磁材料的μ是温度T 、磁化场H 、频率f 的函数。在很低的磁化场下,磁化是可逆的,H 和B 之间呈线性关系,没有滞后现象,在此区域中,磁导率为常数,该磁导率称为起始磁导率,即i H 00 B lim H μμ→=。 6) 可逆磁导率r μ:当一个直流磁场H 和一个很弱的交变磁场h 同时作用在铁磁材料上时,直流磁场H (也称为直流偏磁场)使铁磁材料偏离磁中性化状态,h 引起磁感应强度B 的交流变化b 。当h 0→ 时,由h 产生的退化磁滞回线(即一条斜线)的斜率与0μ的比值称为可逆磁导率r μ,即00 lim r h b h μμΔ→Δ=Δ,其中h Δ和b Δ分别是h 和b 的变化范围。r μ是H 的函数,一般H 越大,r μ越小。 二、实验内容: 1. 观测样品1(铁氧体)的饱和磁滞回线。 1) 取1R 2.0=Ω,2R =50k Ω,C 10.0F μ=,100Hz f =,调节励磁电流大小 及示波器的垂直、水平位移旋钮,在示波器显示屏上调出一个相对于坐标原点对称的饱和磁滞回线。在回线的上半支上,从-B S 到B S 选取9个以上测量点(其中必须包括S B ,B 0=,H 0=三个点),测量各点的H 和B 。根据测量的数据在坐标纸上画出饱和磁滞回线。给出S B ,r B ,C H 的测量值。 2) 保持1R ,R 2C 不变,测量并比较f =50Hz 和150Hz 时的r B 和C H 。 实验名称:用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线姓名学号班级 桌号教室基础教学楼1101 实验日期 2016年月日节 一、实验目的: 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs、剩磁Br和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系;并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1.双踪示波器 2.DH4516C型磁滞回线测量仪 评 分 此实验项目教材没有相应内容,请做实验前仔细阅读 本实验报告!并携带计算器,否则实验无法按时完成! 三、实验原理 (一)铁磁物质的磁滞现象 铁磁性物质除了具有高的磁导率外,另一重要的特点就是磁滞。以下是关于磁滞的几 个重要概念 1、饱和磁感应强度B S 、饱和磁场强度H S 和磁化曲线 铁磁材料未被磁化时,H 和B 均为零。这时若在铁磁材料上加一个由小到大的磁化场,则铁磁材料内部的磁场强度H 与磁感应强度B 也随之变大,其B-H 变化曲线如图1(OS )曲线所示。到S 后,B 几乎不随H 的增大而增大,此时,介质的磁化达到饱和。与S 对应的H S 称饱和磁场强度,相应的B S 称饱和磁感应强度。我们称曲线OS 为磁性材料的磁化曲线。 图1 磁性材料的磁化曲线 图2 磁滞回线和磁化曲线 2、磁滞现象、剩磁、矫顽力、磁滞回线 当铁磁质磁化达到饱和后,如果使H 逐步退到零,B 也逐渐减小,但B 的减小“跟不上”H 的减小(B 滞后于H )。即:其轨迹并不沿原曲线SO ,而是沿另一曲线Sb 下降。当H 下降为零时,B 不为零,而是等于B r ,说明铁磁物质中,当磁化场退为零后仍保留一定的磁性。这种现象叫磁滞现象,B r 叫剩磁。若要完全消除剩磁B r ,必须加反向磁场,当B =0时磁场的值 H c 为铁磁质的矫顽力。 当反向磁场继续增加,铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零,同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场,磁化曲线成为一闭合曲线,这个闭合曲线称为磁滞 B H B ~H H μ B ~H S f d e 实验名称:用示波器测动态磁滞回线 实验目的: a .研究铁磁材料的动态磁滞回线 b .了解采用示波器测动态磁滞回线的原理; c .利用作图法测定磁性材料的饱和磁感应强度s B 、剩磁r B 、矫顽力c H 的值。 实验仪器: V252双踪示波器、自耦变压器、隔离变压器、互感器毫安表、电容等。 实验原理和方法: 铁磁材料除了具有高的导磁率外,另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时,磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度H 有关,而且与以前的磁化状态有关。 如右图所示,曲线OA 表示铁磁材料从没有磁性开始磁化,磁感应强度B 随H 增加,称为磁化曲线。当H 增加到某一值S H 时,B 的增加速度将极其缓慢。和前段曲线相比,可看成B 不再增加,即达到磁饱和。当磁性材料磁化后,如H 减小,B 将不沿原路返回,而是沿另外一条曲线r A 下降。如果H 从S H 变到-S H ,再从-S H 变回S H ,B 将随H 变化而形成一条磁滞回线。其中当H = 0时,r B B =。r B 称为剩余磁感应强度。要使磁感应 强度为零,就必须加一反向磁场-c H ,c H 称为矫顽力。按一般分类,矫顽力小的称为软磁材料,大的称为硬磁材料。必须注意的是:反复磁化(S S S H H H →-→)的开始几个循环内,每次循环的回路才相同,形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线,才能代表该材料的磁滞性质。 由以上可知,要测定材料的磁滞回线,需要根据磁化过程测定材料内部的磁场强度H 及其相应的磁感应强度B 。 磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性,譬如剩磁r B 、矫顽力c H 等。因此,实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。测量磁滞回线的基本线路图如下图所示: General Description The AS5048 is an easy to use 360° angle position sensor with a 14-bit high resolution output. The maximum system accuracy is 0.05° assuming linearization and averaging is done by the external microcontroller. The IC measures the absolute position of the magnet’s rotation angle and consists of Hall sensors, analog digital converter and digital signal processing. The zero position can be programmed via SPI or I2C command. Therefore no programmer is needed anymore. This simplifies the assembly of the complete system because the zero position of the magnet does not need to be mechanically aligned. This helps developers to shorten their developing time. The sensor tolerates misalignment, air gap variations, temperature variations and as well external magnetic fields. This robustness and wide temperature range (-40°C up to +150°C) of the AS5048 makes the IC ideal for rotation angle sensing in harsh industrial and medical environments. Several AS5048 ICs can be connected in daisy chain for serial data read out. The absolute position information of the magnet is directly accessible over a PWM output and can be read out over a standard SPI or a high speed I2C interface. Version AS5048A comes with SPI and PWM Interface. Version AS5048B is configured with the I2C interface and has also a PWM output. An internal voltage regulator allows the AS5048 to operate at either 3.3 V or 5 V supplies. Key Features & Benefits ? 360° contactless angle position sensor ? Standard SPI or high speed I2C interface and PWM ? Simple programmable zero position via SPI or I2C command ? No programmer needed ? 14-bit full scale resolution 0.0219°/LSB ? Angle accuracy 0.05°after system linearization and averaging ? Daisy chain capability ? Tolerant to air gap variations magnetic field input range: 30mT – 70mT ? -40°C to +150°C ambient temperature range ? 3.3V / 5V compliant ? 14-pin TSSOP package (5x6.4mm) Applications ? Robotic joint position detection ? Industrial motor position control ? Medical robots and fitness equipment Block Diagram 铁磁材料动态磁滞回线的观测和研究的实验报告 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【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H 曲线。3测定样品的Hc、Br、Bm和 Hm?6?1Bm等参数。4测绘样品的磁滞回线。【实验原理】1起始磁化曲线和磁滞回线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2-1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2-1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态即BH0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Hm时B到达饱和值BmOabs称为起始磁化曲线。图2-1表明当磁场从Hm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减少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H0时B 不为零而保留剩磁Br。当磁场反向从0逐渐变至Hc时磁感应强度B消失说明要消除剩磁必须施加反向磁场Hc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2-1还表示当磁场按Hm→0→Hc→-Hm→0→Hc→Hm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与磁滞回线所围面积成正比。2基本磁化曲线应该说明当初始态为HB0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2-2所示这些磁滞回线顶点A1、A2、A3、…的连线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不是常数而是随H而变化如图2-3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2-3 铁磁材料μ与H 关系曲线图2-4 不同铁磁材料的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2-4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。3利用示波器观测磁滞回线的原理图2-5 原理电路图利用示波器观测磁滞回线的原理电路如图2-5所示。待测样品为EI型矽钢片其上均匀地绕以磁化线圈N及副线圈n。交流电压u加在磁化线圈上线路中串联了一取样电阻R1。将R1两端的电压UH加到示波器的X输入端上对DC4322B 示波器为通道Ⅰ。副线圈n与电阻R2和电容C串联成一回路。电容C两端的电压UB加到示波器的Y输入端上对DC4322B示波器为通道Ⅱ。下面我们来说明为什么这样的电路能够显示和测量磁滞回线。 用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线-实验报告 2 B a B B s c a' b' H H m o B r H c 图1 起始磁化曲线和磁滞回线 用示波器观察铁磁材料动态磁滞回线 【摘要】铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线,反映该材料的重要特性。软磁材料的矫顽力H c 小于100A/m ,常用做电机、电力变压器的铁芯和电子仪器中各种频率小型变压器的铁芯。磁滞回线是反映铁磁材料磁性的重要特征曲线。矫顽力和饱和磁感应强度B s 、剩磁B r P 等参数均可以从磁滞回线上获得.这些参数是铁磁材料研制、生产、应用是的重要依据。 【关键词】磁滞回线 示波器 电容 电阻 Bm Hm Br H 【引言】铁磁物质的磁滞回线能够反映该物质的很多重要性质。本实验主要运用示波器的X 输入端和Y 输入端在屏幕上显示的图形以及相关 数据,来分析形象磁滞回线的一些因素,并根据 数据的处理得出动态磁滞回线的大致图线。 【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H D 、B r 、B S 和(H m ·B m )等参 数。 3. 测绘样品的磁滞回线,估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 电阻箱(两个),电容(3-5微法),数字万用表,示波器,交流电源,互感器。 【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S SRD 'S D R ''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。 大学物理实验教案 实验名称:磁性材料磁滞回线测定 1 实验目的 1)了解用示波器测量动态磁滞回线的原理和方法; 2)了解磁性材料的基本磁化特性; 3)掌握磁化曲线和磁滞回线的测量方法; 4)进一步熟悉数字示波器的使用。 2 实验仪器 DM-1型磁滞回线测试仪 数字示波器 微型计算机 3 实验原理 磁性材料在工程、电力、信息、交通等领域有着广泛的应用,测定磁滞回线是电磁学中的一个重要内容,是研究和应用磁性材料最有效的方法之一。 铁磁物质具有保持原先磁化状态的性质,铁磁体在反复磁化的过程中,它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度,这种现象叫磁滞。这是铁磁物质的一个重要特征。 铁磁材料被磁化后,磁场强度H 减小时,磁感应强度B 的不沿原曲线变化,当磁场强度H 减少到零时,磁感应强度B 仍保留一定的数值,这称之为剩磁r B 。继续减小磁场强度H ,当H 达到某一负值时,磁感应强度B 变为零,此时的磁场强度H 称为矫顽力C H 。在磁场中,铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示。当磁化磁场作周期的变化时,铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线,这条闭合线叫做磁滞回线(如图38-1所示),它表示铁磁材料的一个基本特征。它的形状、大小,均有一定的实用意义。比如材料的磁滞损耗就与回线面积成正比磁滞回线所包围的面积表示在铁磁物质通过一个磁化循环过程中所消耗的能量,叫做磁滞损耗。 当从初始状态H =0、B =0开始改变磁场强度H ,在磁场强度H 从小到大的单调增加过程中,不同磁化电流所对应的磁滞回线正顶点的连线叫基本磁化曲线。 退磁方法,从理论上分析,要消除剩磁r B ,只要通一反向电流,使外加磁场刚好等于铁磁材料的矫顽力C H 就可以了,但是通常不知道矫顽力C H 的大小,所以无法确定所通反向电流的大小。我们可以从磁滞回线中得到启示,如果是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,一直减小到零,这样就可以达到退磁的目的。 图 38 –1磁滞回线 利用示波器测动态磁滞回线的原理电路如图38-2所示。将样品制成闭合的环形,其上均匀地绕以磁化线圈1N 及副线圈2N 。交流电压1u 加在磁化线圈上,线路中串联了一取样电阻1R 。将1R 两端地电压1u 加到示波器的X 输入端上。副线圈2N 与电阻2R 8+《测磁滞回线》——用示波器观测动态磁滞回线讲义(教705) 用示波器观测动态磁滞回线 【实验简介】 磁性材料应用广泛,从常用的永久磁铁、变压器的铁芯到录音、录像、计算机存储用的磁带、磁盘等都采用磁性材料。铁磁材料是最常见和最常用的磁性材料。它分为硬磁和软磁两大类,其根本区别在于矫顽力的大小不同。硬磁材料的剩磁和矫顽力大,因而磁化后,其磁感应强度可长久保持,适宜做永久磁铁。软磁材料的矫顽力小,但磁导率和饱和磁感应强度大,容易磁化和去磁,故广泛用于电机、变压器、电器和仪表制造等工业部门。磁滞回线和磁化曲线反映了铁磁材料的主要特征。本实验将采用动态法测量磁滞回线。 【实验目的】 1. 掌握利用示波器测量铁磁材料动态磁滞回线的方法; 2. 了解铁磁性材料的动态磁化特性; 1 1) 1 1 2) 信号源的频率在20~200 Hz 间可调; 可调标准电阻1R 、2R 均为无感交流电阻,1 R 的调节范围为0.1~11 Ω;2 R 的调节范围为1~110 kΩ。标准电容有0.1 μF ~11 μF 可选。 【实验原理】 1.铁磁材料的磁化特性 把物体放在外磁场H 中,物体就会被磁化。其内部产生磁场。设其内部磁化强度为M ,磁感应强度为B ,可以定义磁化率m χ和相对磁导率r μ表示物质被磁化的难易程度: H M m = χ H B r 0μμ= 其中,0μ是真空磁导率(270/104A N -?=πμ)。由于 )(0H M B +=μ,因此m r χμ+=1。物质的磁性按磁化率可 以分为抗磁性、顺磁性和铁磁性三种。抗磁性物质的磁化率为负值,通常在6510~10 --的量级,且 磁旋转编码器(圆磁栅)为铁路安全计划作出贡献 Sperry Rail公司的手杖式轨道裂纹扫描仪采用Renishaw关联公司RLS d.o.o开发的非接触磁编码器,帮助确定轨道裂隙的位置—这是旨在防止轨道缺陷造成撞车事故的长期预防性维护计划的一部分。采用编码器,因其具有优异的总体性能特征,包括分辨率、功耗、重量、尺寸和输入/输出配置,而且可以帮助记录可追踪数据。 Network Rail公司负责管理英国数千英里的铁路,随着铁路乘客的不断增长,该公司已开始实施一项长期预防性维护计划。 协助Network Rail公司探查并监测轨道裂隙的是总部设在英国的Sperry Rail International公司。该公司在其新型手杖式轨道裂纹扫描仪中安装了RE22磁旋转编码器,用来帮助在轨道出现故障之前就确定缺陷的准确位置,做到防患于未然。 轨道裂纹的源头 Sperry公司现场服务经理George Dodd说:“轨道裂纹通常由两个原因造成,一是生产过程中轨道存在的固有缺陷,二是过往铁路机车车辆对铁轨造成的损坏。” Dodd说,螺栓孔和其它配件也可能成为应力性裂纹的关键原因,但裂纹是如何扩散的,并没有明显的模式。它们取决于诸多因素,包括交通流量、车辆载重以及极端天气。他还说:“裂纹通常与车辆的正常运行方向形成20度角,但双向线路在两个方向都会出现裂纹。” 测试装置 测试轨道的最常用装置是一种超声工具,它可以探测轨头、轨腰、轨底存在的缺陷。步行式操作装置的标准裂纹检测方法称为A型扫描,超声反射显示在屏幕上。 使用B型扫描裂纹探测器 (BSFD) 时,接收的信号以另外一种形式显示在屏幕上,但也可以被采集并存储在一个文件中,用于日后分析和检验。 BSFD可以存储多个数据集。 Sperry装置的优势 Sperry手杖式轨道裂纹扫描仪是一种步行式检测工具,操作员推着该装置沿铁路线行进,可以A型扫描或B型扫描模式作业。 Dodd说:“我们的手杖式轨道裂纹扫描仪有一个辊子搜索装置,还有9个传感器可从预定角度将声波投射到轨道中,继而从裂纹缺陷上产生反射。” 用于轨道检测的“手杖”有各种形式,问世已经25年有余。 Sperry装置与众不同,它采用含有液体的聚亚安酯轮胎,与固定的非接触式探头集成一体。 Dodd说:“有一个‘零度’探头与轨底垂直,还有几个探头与路轨呈37度折射角,这些探头可以探测轨腰和轨底中的缺陷。” RSU轮胎沿着路轨在薄薄的一层水和防冻剂上滚动,排出所有空气,并将声波清晰地传递到轨道中,然后再传出声波。 集团系统总监Graham Dale说:“Sperry的手杖式轨道裂纹扫描仪可对轨头、轨头、轨腰和轨脚进行检测。它利用Renishaw RE22磁旋转编码器测量行程。我们以前开发的手杖式轨道裂纹扫描仪采用的是其它厂商的编码器,这是我们首次采用Renishaw的编码器。 清华大学试验报告纸 系别 机械工程系 班级 机械51班 姓名 陈璞做实验日期 2007年3 月30日 教师评定 用示波器测动态磁滞回线 [实验目的] (1) 了解用示波器测量动态磁滞回线的原理和方法; (2) 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; (3) 进一步学习示波器显示利萨如图形的方法。 [实验原理] 利用示波器测动态磁滞回线的原理电路图如图所示。 将样品制成闭合的环形,其上均匀的绕有磁化线圈N1以及副线圈 N2。交流电压u加载磁化线圈上,线路上串联了一取样电阻R1。将R1两端的电压u1加到示波器的X输入端上。副线圈N2与电阻R2和电容R串联成一回路。电容C两端的电压u c加到示波器的Y输入端上。 1、u1与磁场强度H成正比 设环状样品的平均周长为l,磁化线圈的匝数为N1,磁化电流为i1(注意这是交流电的瞬时值),根据安培环路定律有Hl= N1 i1,即i1= Hl/ N1。而u1= R1 i1,所以可得 式中R1,l和N1皆为常数,可见u1与H成正比。它表明示波器荧光屏上的电子束偏转的大小与样品中的磁场强度成正比。 2、u c(Y输入)在一定条件下与磁感应强度B成正比 设样品的截面积为S,根据电磁感应定律,在匝数为的N2的副线圈中的 感应电动势应为 若副边回路中的电流为i2且电容C上的电量为q,则应有 在上式中已考虑到副线圈匝数N2较小,因而自感电动势可忽略不计。在选定线路参数时,有意将R2与C都选成足够大,使电容C上的电压降u c =q/C比起电阻上的电压降小到可以忽略不计。于是,公式可以近似为将关系式代入得到 不考虑其负号时,两式比较得到 将等式两边对时间积分,由于B和u c都是交变的,积分常数为0。整理后得到 式中、S、和C皆为常数,可见与成正比,也就是说示波器荧光屏上的电子竖直方向偏转的大小与磁感强度成正比。 至此,可以看出,在磁化电流变化的一周期内,示波器的光点将描绘出一条完整的磁滞回线。以后每个周期都重复此工程,结果在示波器的荧光屏上看到一稳定的辞职回线图形。 实际测量中的电路为了使R1上的电压降u1与流过的电流i1二者的瞬时值成正比(相位相同),R1必须是无感或电感很小的电阻。其次为了操作安全和调节方便,在线路中采用了一个隔离降压变压器T,以避免后面的电路元件与220V市电直接相连。调压变压器用来调节输入电压以控制磁化电流i1的大小。在本实验中样品MS是一用冷轧硅钢片制成的C 形铁芯。 前面已说明了示波器荧光屏上可以显示出待测材料动态磁滞回线的原理。但在实验中,还需确定示波器荧光屏上X轴的每一小格代表多少安/米,Y轴的每一小格实际代表多少特斯拉。这就是所谓的标定问题。 3、X轴的标定 R0 T ~220V 200 Y X R1 标定H的线路图 由于只要用实验发放测出光点沿X轴的偏转大小与电压u1的关系,进 AS5145/AS5145A/AS5145B 12-Bit Programmable Magnetic Rotary Encoder D a t a S h e e t 1 General Description The AS5145 is a contact less magnetic rotary encoder for accurate angular measurement over a full turn of 360 degrees. It is a system-on-chip, combining integrated Hall elements, analog front end and digital signal processing in a single device. To measure the angle, only a simple two-pole magnet, rotating over the center of the chip, is required. The magnet may be placed above or below the IC. The absolute angle measurement provides instant indication of the magnet’s angular position with a resolution of 0.0879o = 4096 positions per revolution. This digital data is available as a serial bit stream and as a PWM signal. An internal voltage regulator allows the AS5145 to operate at either 3.3V or 5V supplies. 2 Key Features Contact less high resolution rotational position encoding over a full turn of 360 degrees Two digital 12 bit absolute outputs: -Serial interface -Pulse width modulated (PWM) output Figure 1. AS5145 Automotive Rotary Encoder IC Three incremental outputs Quadrature A/B (10 or 12 bit) and Index output signal (pre-programmed versions available AS5145A for 10 bit and AS5145B for 12 bit) User programmable zero position Failure detection mode for magnet placement, monitoring, and loss of power supply Red-Yellow-Green indicators display placement of magnet in Z-axis Serial read-out of multiple interconnected AS5145 devices using Daisy Chain mode Tolerant to magnet misalignment and gap variations Wide temperature range: - 40oC to +150oC Fully automotive qualified to AEC-Q100, grade 0 Small Pb-free package: SSOP 16 (5.3mm x 6.2mm) 3 Applications The device is ideal for industrial applications like contactless rotary position sensing and robotics; automotive applications like steering wheel position sensing, transmission gearbox encoder, head light position control, torque sensing, valve position sensing and replacement of high end potentiometers. Hall Array & Front end Amplifier PWM Interface DSP OTP Register MagINCn DO CSn CLK PDIO Sin Cos Mag Ang MagDECn PWM Absolute Interface (SSI) V DD5V Incremental Interface DTEST1_A DTEST2_B LDO 3.3V V DD3V3 Mux Mode_Index AS5145用示波器观察铁磁材料的动态磁滞回线_实验报告
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