材料科学基础实验指导书(77份) - 图文(4)

2019-03-29 14:04

其中:D——样品直径,单位cm或mm,注意与S 单位一致;

S——平均探针间距,单位:cm或mm,注意与D单位一致; W——样品厚度,单位:cm,在F(W/S)中注意与S单位一致; Fsp——探针间距修正系数;

F(W/S)——样品厚度修正系数,由附表II查出; F(D/S)——样品直径修正系数, 由附表I查出;

I——1、4探针流过的电流值,单位mA,选值可参考表2; V——2、3探针间取出的电压值,单位:mV

B. 薄层方块电阻R□:

R□=V/I×F(D/S) ×F(W/S) ×Fsp (Ω/□)

其中:D——样品直径,单位cm或mm,注意与S 单位一致;

S——平均探针间距,单位:cm或mm,注意与D单位一致; Fsp——探针间距修正系数;

F(W/S)——样品厚度修正系数,由附表II查出; F(D/S)——样品直径修正系数, 由附表I查出;

I——1、4探针流过的电流值,单位mA,选值可参考表1; V——2、3探针间取出的电压值,单位:mV

C. 棒材或厚度大于4mm的厚片电阻率ρ:

当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于4S时,测量区的电阻率为:

??V/I ?C ??cm ?3?

其中:C=2πS为探针系数,单位:cm;S的取值来源于:

1S ?1S1 ?1S3 ?1S1?S3 ?1S2?S3 ,S1为(1-2)针、S2为(2-3)针、S3为

(3-4)针的间距,单位:cm;

I——1、4探针流过的电流值,单位mA,选值可参考表2; V——2、3探针间取出的电压值,单位:mV

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[实验内容及方法]

首先连接四探针探头与SDY-4主机,接上电源,再按以下步骤进行操作: 1、开启主机电源开关,此时―R□‖和―I‖指示灯亮。预热约5分钟;

2、估计所测样品方块电阻或电阻率范围,按表1和表2选择电流量程,按下K1、

K2、K3、K4中相应的键;(如无法估计样品方块电阻或电阻率的范围,可以―0.1mA‖量程进行测试,再以该测试值作为估计值按表1和表2选择电流量程。)

表1 方块电阻测量时电流量程选择表 方块电阻(Ω/□) <2.5 2.0~25 20~250 >200 表2 电阻率测量时电流量程选择表

电阻率(Ω·cm) <0.06 0.03~0.6 0.3~60 >30 电流量程(mA) 100 10 1 0.1 电流量程(mA) 100 10 1 0.1 3、放置样品,压下探针,使样品接通电流。主机此时显示电流数值。调节电位

器W1和W2,即可得到所需的测试电流值。推荐按以下方法,根据不同的样品,调定不同的测试电流值,即可方便得到测试结果: A. 测试薄圆片(厚度≦4 mm )电阻率: 按以下公式:

??V/I ?F ?D/S ??F ?W/S ??W ?F s p ??cm

选取测试电流I:I=F(D/S)×F(W/S) ×W×Fsp.(式中各参数按―测量原理简介‖中的定义可分别得出。)然后计算出测试电流值:I=0.ABCD

在仪器上调整W1和W2,使测试电流显示值为―□ABCD‖。当选取不同的电流量程时,测试电流显示值与实际电流值的关系如表3:

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表3 测试电流显示值与实际电流值的关系

电流显示值 □ABCD □ABCD □ABCD □ABCD 电流量程(mA) 100 10 1 0.1 实际电流值(mA) AB.CD A.BCD 0.ABCD 0.0ABCD 按以上方法调整电流后,按K6键选择“R□/ρ”,按K5键选择“ρ”,仪器则直接显示测量结果(Ω?cm)。

B. 测试薄层方块电阻R□: 按以下公式:

R□=V/I×F(D/S) ×F(W/S) ×Fsp (Ω/□)

选取测试电流I:I=F(D/S)×F(W/S)×Fsp. (式中各参数按“测量原理简介”中的定义可分别得出。)然后计算出测试电流值:I=A.BCD

在仪器上调整W1和W2,使测试电流显示值为“□ABCD”。当选取不同的电流量程时,测试电流显示值与实际电流值的关系如表3。

按以上方法调整电流后,按K6键选择“R□/ρ”,按K5键选择“R□”,仪器则直接显示测量结果(Ω/□)。

C. 测试棒材或厚度大于4mm的厚片电阻率ρ: 按以下公式:

??V/I ?C ??cm

选取测试电流I:I=C(式中参数C的说明见―测量原理简介‖。C数值见探头合格证。)然后得出测试电流值:I=0.ABCD

在仪器上调整W1和W2,使测试电流显示值为“□ABCD”。当选取不同的电流量程时,测试电流显示值与实际电流值的关系如表3。

按以上方法调整电流后,按K6键选择“R□/ρ”,按K5键选择“ρ”,仪器则直接显示测量结果(Ω?cm)。 4、测量薄圆片硅材料的电阻率。

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实验五 示波器法测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞曲线

【实验目的】

1.了解用示波器法显示磁滞回线的基本原理 2.学会用示波器法测绘磁化曲线和磁滞回线

3.根据磁滞回线确定磁性材料的饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力 【实验原理】

1.铁磁材料(如铁、镍、钴和其他铁磁材料)除了具有高的磁导率外,另一个重要的特点就是磁滞。磁滞现象是材料磁化时,材料内部磁感应强度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。图1表示铁磁质的这种性质,设铁磁质在开始时没有磁化,如磁场强度H逐渐增加,B将沿oa增加,曲线oa叫做起始磁化曲线,当H增加到某一值时,B几乎不变。若将磁场强度H减小,则B并不沿原来的磁化曲线减小,而是沿图中ab曲线下降,即使H降到零(图中b点),

B的值仍接近于饱和值,与b点对应的B值,称为剩余磁感应强度Br(剩磁)。当加反向磁场H时,B随着减小,当反向磁场H达到某一值(如图中c点)时,B=0,与oc相当的磁场强度Hc称为矫顽磁力。当反向磁场继续增加时,铁磁质中产生反向磁感应强度,并很快达到饱和。逐渐减小反向磁场强度,减到零,再加正向磁场强度时,则磁感应强度沿defa变化,形成一闭合曲线abcdefa,称该闭合曲线为磁滞回线。

由于有磁滞现象,能够有若干个B值与同一个H值对应,即B是H的多值函数,它不仅与H有关,而且与这铁磁质磁化程度有关。例如:与H=0相应的B有以下3个值。

⑴B=0的O点,这与原来没有磁化相对应。 ⑵B=Br,这是在铁磁质已磁化后发生的。

图1 磁滞回线

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⑶B=-Br,这是在反向磁化后发生的。

必须指出,当铁磁材料从未被磁化开始,在最初的几个反复磁化的循环内,每一个循环H和B不一定沿相同的路径进行(曲线并非闭和曲线)。只有经过十几次反复磁化(称为―磁锻炼‖)以后,才能获得一个差不多稳定的磁滞回线。它代表该材料的磁滞性质。所以样品只有―磁锻炼‖后,才能进行测绘。

不同铁磁材料,其磁滞回线有―胖‖、―瘦‖之分,通常根据磁滞回线的不同形状将磁铁分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等几种。

软磁材料的磁滞回线窄而长,剩余磁感应强度Br和矫顽力Hc都很小,其基本特征是磁导率高,易于磁化及退磁。软铁、硅钢等属于这一类,它们常用来制造变压器及电机的转子。当铁磁质反复被磁化时,介质要发热。实验表明,反复磁化所产生的热与磁滞回线包围的面积成正比,变压器选用软磁材料就是考虑了这一点。

硬磁材料的磁滞回线较宽,Br和Hc都较大,因此,其剩余磁感应强度Br可保持较长时间。铬、钴、镍等元素的合金属属于硬磁材料。它常用于制造永久磁铁。

矩磁材料的磁滞回线接近矩形,其特点是剩余磁感应强度Br接近饱和时的 Bm,矫顽磁力小。若使矩磁材料在不同方向的磁场下磁化,当磁化电流为零时,它仍能保持+Br和-Br两种不同的剩磁,矩磁材料常用作记忆元件,如电子计算机中存储器的磁芯。软磁材料和硬磁材料的根本区别在于矫顽磁力Hc的差别。

对于高磁导率的软磁材料,Hc很小,只有1~10 A/m;对高矫顽磁力硬磁材料,Hc在105 A/m以上;矩磁材料的矫顽磁力Hc一般在102 A/m以下。

可见,铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性,也是设计电磁机构和仪表的重要依据之一。

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,首先必须对铁磁材料预先进行退磁,以保证外加磁场H=0时,B=0;其次,磁化电流在实验过程中只允许单调增加或减小,不可时增时减。

图2 退磁示意图

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