利用labview实现磁化曲线和磁滞回线的测量实验报告

利用LabVIEW 测量磁化曲线和磁滞回线

姓名：焦赛一

学号：[1**********]5 提交时间：2014.05.30

利用LabVIEW测量磁化曲线和磁滞回线

一、实验目的

观察铁磁材料的磁化和磁滞现象，用labview观察、测量磁滞回线和磁化曲线。

二、实验仪器

待测样品，信号发生器，九孔电路实验板（含标准电阻、连接导线等）,电脑（安装有LabVIEW和DAQ助手）

三、实验原理

（一）磁学简介

物质的磁性可分为弱磁性和强磁性两大类。弱磁性仅在有外磁场的条件下才表现出来，并随着磁场的增大而增强。按磁化方向和外场方向的异同，弱磁性又分为抗磁性和顺磁性；强磁性主要表现为在没有外场时仍存在自发磁化，并在外场下通常表现出很强的磁性。根据其自发磁化方式的不同，又可分为铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性和螺磁性等。在实际应用中，一般通过许多特征曲线对铁磁材料的技术特性进行表征。现将有关的曲线介绍如下：

初始磁化曲线 在热退磁的磁中性状态下，当磁场绝对值单调增加时，样品的磁化强度M（或磁感应强度B）随磁场强度H的变化轨迹（如图1曲线中的o-f-a段）。

磁滞回线 当磁场强度在H0H0H之间循环变化时，M或B的变化轨迹（如图1中的abcdefa曲线）。它是一条闭合曲线。

换向（正常）磁化曲线 将不同饱和磁场下得到的磁滞回线的顶点连接起来所得到的曲线（如图2所示）。测量该曲线前样品需要退磁。

理想磁化曲线（无磁滞的磁化曲线） 在获得换向磁化曲线的每一个恒定磁场上，再加上一个振幅自某一值变至零的交变磁场，由此得到的磁化强度M随

恒定磁场变化的曲线成为理想磁化曲线。图3是理想磁化曲线和换向磁化曲线的比较。

饱和磁滞回线 在饱和磁场下的磁滞回线。

B Bm Br

b

H

HC

Hm a

－Hm －HC

c

f

o

e

d

－Br －Bm

图 1、初始磁化曲线和磁滞回线示意

图2 换向（正常）磁化曲线

图3 磁化曲线(A)和理想磁化曲线(B)

（二）磁滞回线与磁化曲线的观测和绘制

本实验中观测磁滞回和测量磁化曲线，其基本原理都是利用电磁感定律，将磁场的改变量转化为电动势（电压）进行测量。

实验原理图如下：

图4 观察磁滞回线的原理图

观察磁滞回线的原理如图4所示。被测样品被做成圆环形，其等效长度为

l（图中曲线）。样品上面绕有原边和副边两组线圈，其匝数分别为N1和N2。

观测时在原边输入交流电压，产生交变的磁化电流i1。图中R1为采样电阻，用以测量原边的电流。由安培环路定律可算得磁场强度H为

H

N1i1N1

u1KHu1 R1

(1)

副线圈电路为积分电路，交变的H在样品中产生交变的磁感应强度B。设被测样品的截面积S，穿过该截面的磁通φ＝B•S，由法拉第电磁感应定律可知，在副边线圈中将产生的感应电动势为

sN2

ddB

N2S （2） dtdt

对（2）式做变形整理积分为

B=−N2S εs dt=KB εs dt， （3）

测量出副线圈两端的感生电动势εs关于时间t的函数，之后进行积分后再乘上修正系数KB，即可得到磁感应强度B。依次改变主线圈输入电压的幅度，便可得到一组磁滞回线，即磁感应强度B关于磁场强度H的关系，各条磁滞回线顶点的连线便是基本磁化曲线。

1

四、实验设计

基本的实验原理上边的表述清楚了，下面我们分析一下具体需要测量哪些数据以及怎样用LABVIEW编程实现。

由上面原理可知我们按照图示原理图连接电路后，主线圈的输入电压由信号发生器提供，手动改变输入信号的幅度从而测得多条磁滞回线。

连接好电路后，实验的关键在于电脑多次读取主线圈电路内电阻R1两端的电压和副线圈两端电压分别关于时间t的波形函数。之前这些工作我们是用示波器实现的，现在用LabVIEW编程实现，结合课上老师讲解的内容，我想到利用数据采集卡来读取数据并记录。

下面结合编程过程简单介绍一下我的实验设计思路：

1.数据采集：首先键入DAQ助手，设为两路电压信号采集，一路采集R1两端的电压u1，一路采集副线圈两端的感生电动势εs。注：采样数和采样频率

的设置要合适

2.数据转换处理：采集到的数据做信号分路之后:

a.R1两端的电压直接乘以KH做系数修正,之后便得到了H-t波形数据; b.副线圈两端的感生电动势积分后乘以KB做系数修正,之后便得到了B-t波形数据。注：此处在实验中出现了问题，由于积分的初始值不固定，所以最后的磁

滞回线的图像不一定能够完整的展示在图表中，在老师的提醒下对图形做了平移修正，利用幅值和电平测量读取出波形的周期平均，之后将原有的数据减去

这一部分的编程中，我另外建立了两个波形图，分别用以显示H-t波形图和B-t波形图，为以后的数据分析提供了更多的资料。

3.修正系数KH和KB的确定：利用公式节点器实现，在前面板输入线圈大圆环直径D、小圆环直径d、线圈高度h、电阻R1阻值、主线圈匝数N1、副线圈匝数N2等基本量的数值，在公式节点器中输入公式，即可计算得到修正系数KH和KB。

4.磁滞回线的绘制：建立一个X-Y Express图表，将测量到的H作为X，B作为Y输入到图表中即可。

5.数据的记录：上面的工作完成后，基本的测量工作都已经完成了，现在最重要的就是数据记录，我们要记录的数值便是键入X-Y Express图表中X值

和Y值，实验中我是建立了一个二维数组并将这两组数据记录在其中，之后再用txt文件导出数据即可。

截图一

截图二

五、实验内容

1.按照上述设计过程将电路和数据采集卡连接好，开始实验；

2.手动改变信号发生器输入电压的幅值,变化范围为：1.00vpp~20.00vpp,每次变化幅度为1.00vpp，每次改变幅值后点击前面板运行旋钮，观察波形并将数据记录为txt文件导出。（注意txt文件每次命名不一样，以防数据丢失）

六、数据处理

1.磁滞回线的绘制

将存储的数据画在一张图表中，得到的图线如下：

2.磁化曲线的绘制

将每个输入电压下的曲线的顶点坐标从记录的数据中读取出来后，得到如下表格以及图线：

七、数据图线分析

通过对磁滞回线的观测，不难发现铁磁材料的磁化一般分为四个阶段：1.在外磁场较小时，通过畴壁的移动造成磁畴体积的增大，最终导致样品的磁化。此时如果去掉外磁场，畴壁又会退回原处，整个样品回到磁中性状态，即磁化可逆。2.第二阶段是不可逆磁化。随着外磁场的增大，磁化曲线上升很快，即样品的磁化强度急剧增加。3.随着外磁场的进一步增加，材料诶不的畴壁移动已经基本完成，磁化强度不断增大。4.近饱和阶段，这个阶段尽管外磁场很大，但是磁化强度的增加却很小。不同结构的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线的形状都不一样，反映了它们的磁化和反磁化机制的不同。