饱和磁化强度的测量

实验报告一．实验名称：磁性材料性能测试实验二．实验原理简述如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：()km ft fCmA ==ππν2sin 2g ，其中，C 为耦合常数，取决于线圈的结构，m 为样品的磁矩，A 为振幅，f 为振动频率。

原则上，可以通过计算确定出v g 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。

但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。

实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压v g ，得到m v g=k ，这一过程称为定标。

定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。

VSM 测量采用开路方法，样品放置的位置对测量的灵敏度有影响。

假设线圈和样品按图1放置，沿x 方向离开中心位置，感应信号变大；沿y 和z 方向离开中心位置，感应信号变小。

中心位置是x 方向的极小值和y 、z 方向的极大值，是对位置最不敏感的区域，称为鞍点。

测量时，样品应放置在鞍点，这样可以使样品具有有限体积而引起的误差最小。

基本的VSM 由磁体及电源、振动头及驱动电源、探测线圈、锁相放大器和测量磁场用的霍耳磁强计等几部分组成，在此基础上还可以增加高温和低温系统，实现变温测量。

振动头用来使样品产生微小振动，振动频率应尽量避开50Hz 及其整数倍，以避免产生干扰。

为了使振动稳定，还要采取稳幅措施。

驱动方式有机械驱动、电磁驱动和静电驱动几种。

磁体有超导磁体、电磁铁和亥姆赫兹线圈等几种。

前两种能产生很强的磁场，用来测量高矫顽力的永磁材料。

亥姆赫兹线圈产生的磁场很小，但磁场的灵敏度很高，适于测量软磁材料。

磁矩m的测量由探测线圈和锁相放大器组成，锁相放大器有很高的放大倍数，保证了VSM有较高的灵敏度。

磁场的测量采用霍耳磁强计。

将m和H信号送给计算机，由计算机进行数据的处理，并对测量过程进行自动化控制。

一、实验目的1. 了解磁化曲线测量的基本原理和方法。

2. 掌握使用振动样品磁强计进行磁化曲线测量的操作技能。

3. 通过实验，了解材料的磁学性能，如饱和磁化强度、矫顽力等。

4. 训练数据处理和实验分析能力。

二、实验原理磁化曲线是描述磁性材料在磁场中磁化过程的重要曲线。

当磁性材料受到磁场作用时，其磁化强度M与磁场强度H之间的关系可以通过磁化曲线表示。

磁化曲线的形状可以反映材料的磁学性能，如饱和磁化强度、矫顽力、剩余磁化强度等。

本实验采用振动样品磁强计进行磁化曲线测量。

振动样品磁强计是一种高灵敏度的磁矩测量仪器，它采用电磁感应原理，测量在一组探测线圈中心以固定频率和振幅作振动的样品的磁矩。

三、实验仪器与材料1. 振动样品磁强计2. 样品（锰锌铁氧体小球）3. 电源4. 探测线圈5. 记录仪6. 标准样品（已知磁化曲线的镍球）四、实验步骤1. 样品准备：将锰锌铁氧体小球固定在振动样品磁强计的样品台上，确保样品与探测线圈之间的距离适中。

2. 磁强计校准：使用已知磁化曲线的镍球对振动样品磁强计进行定标，调整仪器参数，使测量结果准确。

3. 测量过程：a. 打开电源，调整磁场强度，使样品逐渐被磁化。

b. 记录样品在不同磁场强度下的磁化强度。

c. 重复步骤b，得到一组完整的磁化曲线数据。

4. 数据处理：a. 将测量数据绘制成磁化曲线。

b. 计算饱和磁化强度、矫顽力等参数。

五、实验结果与分析1. 磁化曲线：根据实验数据绘制磁化曲线，如图所示。

2. 磁学性能参数：a. 饱和磁化强度：根据磁化曲线，计算样品的饱和磁化强度为XX×10^-3 A/m。

b. 矫顽力：根据磁化曲线，计算样品的矫顽力为XX×10^-3 A/m。

六、实验总结1. 本实验成功测量了锰锌铁氧体小球的磁化曲线，得到了样品的磁学性能参数。

2. 通过实验，掌握了振动样品磁强计的测量原理和操作方法。

3. 训练了数据处理和实验分析能力。

七、注意事项1. 在实验过程中，注意安全操作，防止发生意外事故。

课程名称：大学物理实验（一）实验名称：磁特性综合实验图1 起始磁化曲线和磁滞回线0，这说明铁磁材料还残留一定值的磁感应强度B r，通常称B r若要使铁磁物质完全退磁，即B=0，必须加一个反方向磁场H c。

这个反向磁场强度材料的矫顽力。

的变化始终落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。

图2 基本磁化曲线开始周期性地改变磁场强度的幅值时，中，可以得到面积由大到小的一簇磁滞回线，如图2所示。

其中最大面积的磁滞回线称为极限中原点O和各个磁滞回线的顶点a1,，由于铁磁材料磁化过程的不可逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁滞回线时，必须将铁磁材料预先退磁，以保证外加磁场H=0，B=0；退磁方法：逐渐减少磁化电流，直到图6 B—H曲线的实验线路上式表明在交变磁场下，任一时刻示波器X轴的输入正比于磁场强度H。

为了测量磁感应强度构成一个回路，R2与C构成一个积分电路。

取电容的值，使R2≫1/ωC，则次级电流为I2=E2[R22+(1/ωC)2]1/2≈E2R2（4）为次级线圈的感应电动势：E2=N2dΦdt =N2S dBdt（5）图7 实验电路示意图磁特性综合测量实验仪图1 DH4516N磁特性综合测量实验仪实物图数字示波器图1 实验操作图50Hz时的磁滞回线) (1)H=N1V xLR1 (2)B=R2CV yN2S50Hz时的磁化曲线)S=1.24×10−4m2，N1=N2=N3=150 S=1.20×10−4m2，N1=N2=N3=150图1 电源频率磁滞回线。

磁化曲线的测量方法与结果分析磁化曲线是研究材料磁性特性的重要手段之一。

通过测量磁场与磁化强度之间的关系，可以获取材料的磁化曲线，进而研究材料的磁性行为。

本文将介绍磁化曲线的测量方法以及对测量结果的分析。

一、磁化曲线的测量方法1. 实验仪器准备在进行磁化曲线的测量前，需要准备一些实验仪器。

主要包括磁场强度计、电流源、磁感强度计等。

2. 测量步骤（1）在实验室条件下，安装好所需仪器，并确保其工作正常。

（2）将待测材料置于磁感强度计的探头位置。

（3）调节磁场强度计和电流源，使得磁场强度和电流满足实验需求。

（4）开始测量，通过改变磁场强度和电流大小，记录对应的磁感应强度。

（5）不断重复步骤4，直至测量得到完整的磁化曲线数据。

3. 实验注意事项在进行磁化曲线的测量过程中，需要注意以下几点：（1）材料的尺寸和形状对测量结果可能会产生影响，因此需要测量前对材料进行必要的处理。

（2）在改变磁场强度和电流时，要逐渐增减，避免突变引起测量误差。

（3）在实验进行中，需要保持稳定的温度，因为温度的变化也会对材料的磁性产生影响。

（4）每组测量数据需进行多次重复以提高结果的准确性。

二、磁化曲线结果的分析1. 基本形态分析磁化曲线的形态可以分为多种类型，如S型、N型、平直型等。

通过观察磁化曲线的形态特征，可以初步判断材料的磁性行为。

2. 磁化强度与磁场强度的关系磁化曲线上的每一个点都表示在给定磁场强度下的磁化强度。

通过研究磁化曲线的斜率和曲率，可以了解到磁化强度和磁场强度之间的关系。

例如，当磁化曲线的斜率逐渐减小，可以说明磁场对磁化强度的影响逐渐减弱。

3. 磁滞回线的分析在磁化曲线中，如果曲线的一部分呈现出封闭的环状，则称为磁滞回线。

磁滞回线是材料磁化和退磁过程的重要特征之一。

通过研究磁滞回线的形态和面积，可以进一步了解材料的磁性特性，如饱和磁化强度、剩余磁感应强度等。

4. 磁导率及磁阻的计算根据磁化曲线的测量结果，可以进一步计算出磁导率和磁阻等参数。

1 饱和磁感应强度：(饱和磁通密度)磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度.在实际应用中, 饱和磁感应强度往往是指某一指定磁场（基本上达到磁饱和时的磁场）下的磁感应强度.
2 剩磁感应强度：从磁性体的饱和状态,把磁场（包括自退磁场）单调的减小到0的磁感应强度.
饱和磁感应强度：也就是饱和磁通密度.当给一个磁体施加一个磁场以后,随着磁场强度增大,磁通密度也随之增大,但是有一个极限值,就是到了这个极限以后,磁场强度再增大,磁通密度也无法随之增大了,此为饱和磁通密度.
剩余磁感应强度：剩余磁通密度.当对磁体施加完一个磁场以后,产生磁通密度.但是把磁场去掉以后,磁通密度并不会减小到0,出现剩余磁场,此为剩余磁通密度.举例：你用磁铁磁化一个大头针,拿开磁铁后,大头针带磁了,这就是剩磁.
矫顽力：把刚才带了磁的大头针（具有饱和磁通密度的大头针）的磁场完全完全矫正到0磁场所需的磁场强度.
磁滞回线产生原因：磁通密度随着磁场变化而变化的曲线为磁滞回线.磁通密度的变化“滞后”于磁场强度的变化,因此产生“磁滞”,也就是减小的曲线与增大的曲线不能完全重合.。

材料磁学性能实验报告学号：姓名：班级：一、叙述实验原理和实验方法实验目的：1．了解振动样品磁强计（VSM ）测量材料磁性能的测试方法。

2．测定材料的磁化曲线和磁滞曲线，了解饱和磁化强度、剩磁、矫顽力等磁参量。

实验原理：振动样品磁强计（VSM ）是一种磁性测量常用的仪器，在科研和生产中有着广泛的应用。

它是利用小尺寸样品在磁场中做微小振动，使临近线圈感应出电动势而进行磁性参数测量的系统。

与一般的感应法不同，VSM 不用对感应信号进行积分，从而避免了信号漂移。

另一个优点是磁矩测量灵敏度高，最高达到10-7emu ，对测量薄膜等弱磁信号更具优势。

如果一个小样品（可近似为一个磁偶极子）在原点沿Z 轴作微小振动，放在附近的一个小线圈（轴向与Z 轴平行）将产生感应电压：km t m G e g ==ωωδcos其中G 为线圈的几何因子，ω为振动频率，δ为振幅， m 为样品的磁矩，N 、A 为线圈的匝数和面积。

原则上，可以通过计算确定出g e 和m 之间的关系k ，从而由测量的电压得到样品的磁矩。

但这种计算很复杂，几乎是不可能进行的。

实际上是通过实验的方法确定比例系数k ，即通过测量已知磁矩为m 的样品的电压g e ，得到k =e g m ，这一过程称为定标。

定标过程中标样的具体参数（磁矩、体积、形状和位置等）越接近待测样品的情况，定标越准确。

永磁材料的全部技术参数都可以由VSM 测量得到。

永磁材料的技术参数（饱和磁化强度、剩磁、矫顽力和磁能积等）可以由磁化曲线和磁滞回线反映出来，如图1，温度特性可以由不同温度下的磁滞回线给出。

720200)5(43r x r z NA G -=μπ图4 永磁材料的磁化曲线和磁滞回线图二、描述实验过程1. 准备样品。

样品重量约30mg 左右，形状尽量呈圆形。

2. 将样品用胶水粘到样品杆上，并晾干一天或吹风机烘干使其固定良好。

3.将样品竖直固定于仪器固定杆上，将接头连接稳固，放入磁场中，开始测试。