概述：
铁磁材料的磁特性测量在科研和工业中有着重要的应用，以往铁磁材料磁特性的测量方法有：用冲击电流计法测量材料直流磁特性和示波器法采用积分器测量材料交流磁特性等。用冲击电流计法测量材料磁特性，误差约小于3%，但操作复杂、电容积分器测量磁滞回线，由于其测量误差大，示波器又有放大作用，因此只半定量显示和测量材料交流磁特性。而以霍尔元件为传感器的数字式磁感应强度测定仪（数字式特斯拉计），为磁性材料磁特性测量提供了依据。本实验在绕有线圈的环形磁路极窄间隙内均匀磁场区中，用数字式特斯拉计测量磁感应强度B的方法，观察磁性材料磁滞现象，测量材料的磁滞回线和基本磁化曲线，学习和掌握材料剩磁的消磁方法。本仪器可测量材料直流磁特，而且可测量材料交流磁特性。
一、原理
1.铁磁物质的磁滞现象
铁磁性物质的磁化过程复杂，这主要是由于它具有磁性的特性，一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁化规律的。
当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B应为零，在B-H图中则相当于坐标原点O（图2）。随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。当H增加到固定值时，B不再增加（或增加慢），这说明该物质的磁化已到饱和状，Hｍ和Bｍ分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中的A点）．如果再使Ｈ逐步退到零，则与此同时B也同时减小．然而，其轨迹并不沿原曲线AO，而是沿着另一曲线AR下降B这说明当Ｈ下降为零时铁磁物质中保留固定的磁性．将磁化场反向，再逐渐增加其强度，到Ｈ＝－Hｍ这时曲线到Ａ＇（即反向饱和点）．然而，先使磁化场退回到Ｈ＝０；再使正向磁化场逐渐增大，到饱和值Hｍ为止．如此就得到与ARA´对称的曲线A´R´A，而且自A点出发又回到A点轨迹为一闭合曲线，称为铁磁物质的磁滞回线，在此属于饱和磁滞回线．其中，回线和Ｈ轴的交点HE和HE´称为矫顽力，回线与B轴的交点Br和B´，称为剩余磁感应强度。
2.磁滞回线的测量
在待测的铁磁材料样品上绕上磁化线圈，环形样品的磁路中开１很窄均匀气隙，在磁化线圈中，在对MAX值磁化电流Ｉm磁锻炼基础上，Ｉk值的磁化而对应每个磁化电流Ｉk值，用特斯拉计测量气隙均匀磁场区中间部位的磁感应强度Ｂ，得到该磁性材料的磁滞回线。ＡRA´R´A，组成的曲线为磁滞回线，OA曲线为材料初始化曲线．对于固定大小的回线，磁场化电流MAX值设为Ｉk，对于每个不同的Ｉk值，使样品反复的磁化，可以得到磁滞回线，如图3所示．把各磁回线的点以及坐标原点O连接起来，得到的曲线称为基本磁化曲线。
为得到对称的磁滞回线，应对样品进行磁化，即＂磁锻炼＂这可以采取保持磁化电流Ｉk大小不变的情况下，利用电路中的换向开关使电流方向不断改变的方法来达到目的。在测基本磁化曲线时，对每一个磁化电流Ｉk，进行磁场锻炼。由此测到的磁感应强度Ｂ和磁场化曲线H之间的关系曲线和起始磁化曲线是不同的。
测量基本磁场化曲线或起始磁化曲线由原始状态Ｈ＝０时Ｂ＝０开始，因此测量前对待测样品进行退磁如图5。
在环形样品的磁化线圈中通过的电流为Ｉ，则磁化场磁场强度Ｈ为
H=（N÷ｌ）I
N为磁化线圈的匝数，ｌ为样品平均磁路长度，（平均磁路长度因样品而略有不同量），H的单位为A/m。
为了从间隙中间部位测得样品的磁感应强度B值，一般截面方形样品的长和宽的线度应大于或等于间隙宽度约8-10倍这样才能使间隙中有1个较大区域的磁场是均匀的，测到的磁感应强度B的值，代表样品中磁场在中间部位实际值。
二、仪器
实验仪器如下图所示，它是由直流稳流源、交流电压源、数字式特斯拉计（以霍尔传感器为探测器，并有螺旋装置移动）待测环形磁性材料，上面绕有2000匝线圈，样品的截面为2.00cm*2.00cm间隙为0.2cm，和双刀双掷开关等。
三、实验内容
１.基本内容：测量模具钢的初始化曲线和磁滞回线。
1).用数字式特斯拉计测量样品间隙中剩磁的磁感强度B与位置X的关系，求得间隙中磁感应强度B的均匀区范围X值。
2).测量样品的起始磁化曲线，测量度前先对样品进行退磁处理．若磁化电流的不断反向，且幅度逐渐减小到零，使样品的剩磁为零。如电流值由0增加到600mA再逐渐减小到0，然后双刀开关换为反向电流由0增加到500mA，再由500mA调到零，这样磁化电流不断反向，MAX电流值每次减小100mA，然后测量B-H关系曲线。
3).测量模具钢的磁滞回线前的磁锻炼．由初始磁化曲线可得到B增加得缓慢时，磁化线圈通过的电流值Im然后保持此电流Im不变，把双刀换向开关来回拨动10次进行磁锻炼,(开关拉动时，应使触点从接触到断开时间长些。这是为什么？磁锻炼的作用是什么？)
4).测量度模具钢的磁滞回线，通过磁化线圈的电流从饱和电流Im开始减小到0，然后双刀换向开关将电流换向，电流又从0增加到-Im重复上述过程即（Hm，Ｂm）→(-Hm，-Bm)再从（-Hm，-Bm) →（Hm，Ｂm）．其中每隔50mA测１组（Ii，Bi)值。由公式(1)求出Ｈi值。用作图纸作模具钢材料的初始磁化曲线和磁滞线。记录模具钢的饱和磁感应强度Bm和矫顽力Ｈc。
2.选做内容1：作软铁材料或矽钢片材料的基本磁化曲线。
测量前对样品进行退磁处理，测量磁化曲线的过程中应使磁化电流依次单调增加，否则应退磁，并重新开始。在每调节一次磁化电流后，要进行磁锻炼 (磁锻炼应怎样进行？)。测量B－H关系，作磁滞回线。
选做内容2：用示波器观察模具钢材料的交流磁特性，测量材料的饱和磁感应强度Bm和矫顽力Hi。
四、思孝题
1.什么叫着基本磁化曲线？测量基本磁化曲线要掌握那些基本问题？
2.测量磁滞回线时，为什么要进行磁锻炼？如果测量磁滞回线过和程中操作顺序发生错误，应该怎样操作才能继续测量？
3.怎样使样品退磁，使初始状态在H=0，B=0的点上？
4.在什么条件下，环形铁磁材料的间隙中测得的磁感应强度能代表磁路中的磁感应强度？
2025-12-30
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