大物实验磁滞回线论文引言

大物实验磁滞回线论文引言

先介绍一下居里点
the Curie temperature
居里点或居里温度是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度。低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点温度时,该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。

19世纪末，著名物理家居里在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性，就是当磁石加热到一定温度时，原来的磁性就会消失。后来，人们把这个温度叫“居里点”。在地球上，岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用，获得微弱磁性，并且被磁化的岩石的磁场与地磁场是一致的。这就是说，无论地磁场怎样改换方向，只要它的温度不高于“居里点”，岩石的磁性是不会改变的。根据这个道理，只要测出岩石的磁性，自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上，科学家利用化石磁性的原理，研究地球演化历史的地磁场变化规律，这就是古地磁说。
为了寻找大陆漂移说的新证据，科学家把古地磁学引入海洋地质领域，并取得令人鼓舞的成绩。
第二次世界大战之后，科学家使用高灵敏度的磁力探测仪，在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。之后，人们又使用磁力仪等仪器，以密集测线方式对太平洋进行古地磁测量。两次调查的资料使人们惊奇地发现，在大洋底部存在着等磁力线条带，而且呈南北向平行于大洋洋中脊中轴线的两侧，磁性正负相间。每条磁力线条带长约数百千米，宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现，成为本世纪地学研究的一大奇迹。1963年，英国剑桥大学的一位年轻学者F.J.瓦因和他的老师D.H.马修斯提出，如果“海底扩张”曾经发生过，那么，大洋中脊上涌的熔岩，当它凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。当地球磁场发生反转时，磁性条带的极性也应该发生反转，磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说，很快被证实了，人们在太平洋、大西洋、印度洋都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此，科学家还计算出在7600万年中，地球曾发生过171次反转现象。
研究还发现，地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年，最短的周期约为5万年，两次反转的平均周期约为42～48万年。目前，地球的磁场方向己保留70万年了，所以，人们预感到一个新的磁场变化可能正在向我们靠近。
对于海底磁性条带的研究仍在继续之中，许多问题仍找不到令人满意的答案。例如，对于地球磁场为什么要来回反转这个最基本的问题，就无法解释清楚。尽管科学家们提出过种种假说，但其真正的原因还是不清楚的。也就是说，地球发生磁场转向的内在规律之谜，有待于科学家们去继续探索。

再介绍铁磁材料
（1）铁磁性物质只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率＞0，而且数值大到10－106数量级，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系是非线性的复杂函数关系。这种类型的磁性称为铁磁性。

（2）铁磁性物质只有在居里温度以下才具有铁磁性；在居里温度以上，由于受到晶体热运动的干扰，原子磁矩的定向排列被破坏，使得铁磁性消失，这时物质转变为顺磁性。

（3）特点
A、磁性很强，通常所说的磁性材料主要是指这类物质。
B、磁滞现象。
C、自发磁化： 铁磁性物质内的原子磁矩，通过相邻晶格结点原子的电子壳层的作用，克服热运动的无序效应，原子磁矩是按区域自发平行排列、有序取向，按不同的小区域分布，这种现象称为自发磁化。
未配对的3d电子壳层： Fe、Ni、Co、Mn
D、磁畴
自发磁化的小区域，称为磁畴。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

然后说明一下测量实验
铁磁材料的居里点
实验目的：初步了解铁磁物质有铁磁性转变为顺磁性的微观原理，学习用JLD——Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法。
实验仪器：JLD——Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台、加温炉一台、样品5只）、ST16B型示波器
实验原理：对于铁磁物质来讲，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。如果将铁磁物质加热到一定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消失，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波器上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量铁磁物质的这一转变温度的。本仪器通过给绕在样品上的线圈通交变电流，从而产生交变磁场。在给加热炉加热过程中，在示波器上找出居里点。
实验步骤：1、将加热炉的连线接于电源箱前面的两接线柱上。将铁磁材料样品与电源箱用专用线连接，并把样品放在加热炉中。将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源前面板上的传感器接插件对应相接。
2、将B输出与示波器上的Y输入，H输出与X输入用专用线相连接，“升温——降温”开关打向升温，开启电源箱上的电源开关，并适当调节示波器上Y、X调节，示波器上就显示出了磁滞回线。
3、炉上的两风门（旋钮方向和加热炉的轴线方向垂直），将“测量——设置”开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温逐渐升向设置的温度。
4、温达到该样品的居里点时，磁滞回线消失，同时数显温度表显示测量的温度值——居里点。

打开加热炉上的两风门（风门上的旋钮方向和加热炉的轴线方向平行），把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。

软磁测量

1、软磁磁性能测量概述

1.1软磁材料

通常我们都以励磁饱和以后Hc小于1000 A/m的材料称为软磁材料，其具有低矫顽力和高磁导率，易于磁化，也易于退磁，在磁性上表现出“软”的特征。

软磁材料是由铁、钴、镍三种铁磁性元素组成，主要分为硅铁电工钢、镍基和钴基合金、非晶和纳米合金、软铁四大类。

1.2软磁磁性能特点

软磁材料的基本特征是易磁化和退磁，反映在磁滞回线和磁化曲线上的特征为磁导率μ高，矫顽力Hc小，高饱和磁感应强度和低的磁滞损耗。因此软磁材料广泛应用于各种电机、变压器、继电器、磁放大器、电磁铁极头及各种测量仪器中的传感器等。可见软磁材料主要应用于交流励磁的场合，但软磁材料还大量应用在作为产生直流磁通的场合，因此测量软磁磁性能的直流磁特性是评价低频场下材料性能的关键指标。

1.3软磁磁性能测量内容

由上述特点可知，软磁磁性能测量分软磁直流磁性能测量和软磁交流磁性能测量两种方式。本文主要介绍软磁磁性能之直流测量方法，即指在静态（直流）条件下，依据GB/T 13012-2008 《软磁材料直流磁性能的测量方法》测量：饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br、矫顽力 Hc、起始磁导率 μi、最大磁导率 μm 等静态磁特性参数，并绘制基本磁化曲线和磁滞回线。

2、软磁磁性能直流特性测量

2.1 软磁直流测量简介

软磁磁性能之直流特性测量的试样分为闭磁路和开磁路样品，GB/T 13012-2008 《软磁材料直流磁性能的测量方法》分别对这二类样品描述了测量方法：

a) 环样法——闭路样品测量

环样法适用于测量片材叠装的环样，或整体实心的环样以及烧结环样，且磁场强度在10KA/m以下闭路样品测量；环样自身可形成闭合磁路，且形状规则，磁路长度L可较精确计算，励磁线圈N1和次级线圈N2绕组，如下图：

b) 磁导计法——开路样品测量

磁导计法用于磁场强度范围在（1-200）KA/m之间的开路样品测量。

磁导计分A类磁导计和B类磁导计，A类磁导计磁化线圈N1绕于磁导计骨架上，测量试样最小长度250mm，B类磁导计磁化线圈N1绕于磁导计磁轭上，测量试样最小长度100mm，最主要区别在于产生磁场强度大小不同。因条形、棒状、片状试样无法自身形成闭合磁路，需将试样夹在磁导计两块磁轭之间，形成闭合磁路。

2.1软磁磁性能直流测量原理

软磁磁性能直流特性，主要测量磁场强度H和磁通密度B，且B=u0H+J，可绘制出基本B-H或B-J磁化曲线和磁滞回线，从而计算出饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br、矫顽力 Hc、起始磁导率 μi、最大磁导率 μm 等静态磁特性参数。

a) 磁场强度H测量

励磁电源对磁化线圈N1进行励磁，产生磁场强度H，可由安培环路定律计算得到（安培环路定理如下图）。环样法可根据安培环路定理直接计算H，磁导计法需在试样上外接H线圈测量。

b) 磁通密度B测量

通过磁通积分器与次级绕组N2连接，读取磁通积分器示值，并计算得出磁通密度的变化值。环样测量方法如下图，磁导计法需外接B线圈（次级绕组N2）测量，测量原理与环样法类似。

2.2软磁磁性能直流测量步骤

软磁磁性能直流特性测量，依据GB/T 13012-2008《软磁材料直流磁性能的测量方法》，步骤如下：

a) 试样退磁，从磁场强度不小于5KA/m开始，反复换向，并逐渐降低退磁场；

b) 校准测量磁场强度H和磁通密度B或磁极化强度J的磁通积分器；

c) 调节稳定输出直流源大小，从零开始增大磁化电流，直至产生最大磁场强度的电流值，绘制出正常的B-H或B-J磁化曲线；

d) 慢慢减小电流至零，变向，再增大至其最大负值，回调至零，再变相并增大至最大值，绘制去完整的B-H或B-J磁滞回线。

e) 通过软件X-Y记录及分析，绘制完整的B-H或B-J磁化曲线和磁滞回线，并得到饱和磁感应强度 Bs、剩磁 Br、矫顽力 Hc、起始磁导率 μi、最大磁导率 μm 等静态磁特性参数。

软磁磁性能测量结果

3、典型软磁磁性能直流测量装置

软磁磁性能直流测量数据的重复性、一致性、可比性和准确度，以及磁参量溯源至电学基本量的能力，是评估软磁磁性能直流测量设备优劣的关键指标。

经对国内生产制造商综合能力对比，长沙天恒测控技术有限公司各方面表现突出，且软磁磁性能直流测量系列产品完善。特别是TD8220软磁直流测试系统，不仅克服了继电器电流调节的弊端，实现了宽范围电流连续稳定调节，还内置了长沙天恒测控专用的校准程序，并对磁参量直接溯源至电学基本量，国内仅长沙天恒测控一家。