动态磁滞回线实验的不确定度评定
动态磁滞回线实验报告
一、实验目的1. 理解铁磁材料的磁滞现象及其在工程中的应用。
2. 学习使用示波器观察和测量动态磁滞回线。
3. 掌握磁滞回线中关键参数（如饱和磁感应强度、矫顽力、剩磁等）的测量方法。
4. 分析磁滞回线形状与材料特性之间的关系。
二、实验原理铁磁材料在外加磁场的作用下，其磁化强度B与磁场强度H之间的关系并非线性，而是呈现非线性关系。
当磁场强度H增加到一定值时，B几乎不再随H的增加而增加，此时的B值称为饱和磁感应强度（Bs）。
当外磁场去除后，铁磁材料仍保留一定的磁性，此时的B值称为剩磁（Br）。
矫顽力（Hc）是指使剩磁为零所需的反向磁场强度。
动态磁滞回线是指铁磁材料在交变磁场作用下，磁化强度B与磁场强度H之间的关系曲线。
通过测量动态磁滞回线，可以获得铁磁材料的磁性能参数，如饱和磁感应强度、矫顽力、剩磁等。
三、实验仪器1. 示波器2. 交流电源3. 铁磁材料样品4. 磁场发生器5. 测量装置四、实验步骤1. 将铁磁材料样品固定在磁场发生器上。
2. 接通电源，调节磁场发生器输出交变磁场。
3. 将示波器的X轴输入端连接到磁场发生器的输出端，Y轴输入端连接到测量装置的输出端。
4. 观察示波器屏幕上的动态磁滞回线，记录关键参数（如饱和磁感应强度、矫顽力、剩磁等）。
5. 改变磁场发生器的输出频率，重复上述步骤，观察磁滞回线形状的变化。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们观察到铁磁材料的动态磁滞回线呈现非线性关系，且存在饱和磁感应强度、矫顽力、剩磁等关键参数。
2. 随着磁场发生器输出频率的增加，磁滞回线形状发生变化，饱和磁感应强度和矫顽力降低，剩磁增加。
3. 分析磁滞回线形状与材料特性之间的关系，发现磁滞回线形状与材料的磁导率、矫顽力、剩磁等参数有关。
六、实验结论1. 动态磁滞回线实验可以有效地测量铁磁材料的磁性能参数，为工程应用提供重要依据。
2. 磁滞回线形状与材料特性密切相关，通过分析磁滞回线可以了解材料的磁性能。
动态磁滞回线
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线（动态磁滞回线实验）磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一. 实验目的1.了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2.用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度B m、剩磁B r和矫顽力H c。
3.学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4.用示波器显示硬铁磁材料（模具钢Cr12 ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，在B-H图中则相当于坐标原点O。
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 增加到一定值时，B不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
H m 和B m分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度（对应于图中A点）。
如果再使H逐步退到零，则与此同时B也逐渐减小。
然而，其轨迹并不沿原曲线AO，而是沿另一曲线AR 下降到B r ，这说明当H 下降为零时，铁磁物质中仍保留一 定的磁性。
磁滞回线实验报告精选全文完整版
〖实验三十〗用示波器观测动态磁滞回线〖目的要求〗1、学习使用示波器对动态磁滞回线进行观察和测量，了解磁感应强度和磁场强度的测量方法；2、学习应用RC 积分电路；3、了解铁磁性材料的动态磁化特性。
〖仪器用具〗动态磁滞回线测量仪（包括正弦波信号源、待测铁磁样品及绕组、积分电路所用的电阻和电容），双踪读出示波器，直流电源，数字多用表，滑线变阻器。
〖实验原理〗1、铁磁材料的磁化特性把物体放在外磁场H 中，物体就会被磁化，其内部产生磁场。
设其内部磁化强度为M ，磁感应强度为B ，可以定义磁化率m χ和相对磁导率r μ表征物质被磁化的难易程度：0m r M H B Hχμμ==物质的磁性按磁化率m χ可以分为抗磁性、顺磁性和铁磁性三种。
抗磁性物质的磁化率为负值，通常在5610~10--的量级，且几乎不随温度变化；顺磁性物质的磁化率通常为2410~10--之间，且随温度线性增大；而铁磁性物质的磁化率通常远大于1，且随温度增高而变小。
除了磁导率高以外，铁磁材料还具有特殊的磁化规律。
对一个处于磁中性状态（H=0且B=0）的铁磁材料加上由小变大的磁场H 进行磁化时，磁感应强度B 随H 的变化曲线称为起始磁化曲线，它大致分为三个阶段：①可逆磁化阶段，当H 很小的时候，B 随H 变化可逆，见图中OA 段，若减小H ，B 会沿AO返回至原点；②不可逆磁化阶段，见图中AS 段，若减小H ，B 不会沿SA 返回（比如当磁场从D 点的D H 减小到D H H -∆，再从D H H -∆增大到D H ，B-H 轨迹会是图中点线所示的回线样式）；③饱和磁化阶段，见图中SC 段，在S 点材料已经被磁化至饱和状态，继续增大H ，磁化强度M 不再增大，由于0(M H)βμ=+，B 会随H 线性增大，但增量极小。
图中S H 和S B 表示M 刚刚达到饱和值时的H 和B 的值，分别称为饱和磁场强度和饱和磁感应强度。
如果将铁磁材料磁化到饱和状态（图中S 点）后再减小磁场H ，那么磁感应强度B 会随H 减小而减小，但并不沿起始磁化曲线SAO 减小，而会沿着SP 这条更缓慢的曲线减小。
动态磁滞回线实验报告
动态磁滞回线实验报告
目录
1. 实验目的
1.1 实验原理
1.1.1 动态磁滞回线的概念
1.1.2 动态磁滞回线的影响因素
1.2 实验材料
1.3 实验步骤
1.3.1 准备工作
1.3.2 进行实验
1.4 实验结果分析
1.5 实验结论
实验目的
本实验旨在通过实验观察和测量动态磁滞回线，了解其特性及影响因素，从而加深对磁滞现象的理解。
实验原理
动态磁滞回线的概念
动态磁滞回线是指在磁场强度变化的作用下，磁介质磁化强度随着磁场的变化而发生的磁化-消磁过程。
它是磁介质对外加磁场响应的特征之一。
动态磁滞回线的影响因素
动态磁滞回线的形状和特性受到多种因素的影响，包括磁性材料的种类、外加磁场的频率和强度等。
实验材料
本实验所需材料包括磁性材料样品、磁场强度测量仪器、交变磁场发生器等。
实验步骤
准备工作
1. 将磁性材料样品置于磁场强度测量仪器中。
2. 调节交变磁场发生器的频率和强度参数。
进行实验
1. 开启磁场强度测量仪器和交变磁场发生器。
2. 调节磁场强度测量仪器测量动态磁化曲线。
3. 记录实验数据并进行分析。
实验结果分析
通过实验数据分析，可以观察到动态磁滞回线的形状、变化规律，进一步探讨其在不同条件下的变化趋势和影响因素。
实验结论
根据实验结果分析，可以得出关于动态磁滞回线特性和影响因素的结论，进一步加深对磁滞现象的理解和认识。
动态磁滞回线的测量实验报告
动态磁滞回线的测量实验报告实验目的：测量动态磁滞回线实验器材：1. 变压器2. 电流表3. 电压表4. 磁场计5. 电源6. 载流线圈7. 铁芯实验原理：当铁芯中通过交变电流时，会在铁芯中形成一个交变磁场。
磁场的大小和方向会随着电流的变化而发生变化，从而导致铁芯中的磁化程度发生变化。
磁化程度的变化也会在铁芯上产生一个磁场。
实验步骤：1. 将变压器连接到电源上，并保证电源的稳定。
2. 将电流表和电压表分别连接到变压器的输出端，测量电流和电压的数值。
3. 将磁场计连接到铁芯上的一个侧面，并将另一侧面放置在载流线圈中。
4. 开始测量，通过调整电流的大小和方向来改变铁芯中的电流磁场。
5. 同时通过磁场计来测量铁芯中的磁场的变化情况。
实验结果：根据测量所得的数据，绘制出动态磁滞回线的曲线。
根据曲线可以分析出铁芯的磁滞性能。
实验讨论及结论：根据实验结果，我们可以分析铁芯的磁滞性能。
磁滞回线的形状和大小可以反映出铁芯中的磁化程度和磁化的稳定性。
通过分析磁滞回线，可以得出铁芯的磁导率、矫顽力等参数。
实验的不确定性：由于实验中存在测量误差，可能导致实验结果与实际情况存在一定的差异。
为了减小测量误差，可以多次进行实验并取平均值，或者采用更精确的测量设备。
改进措施：在实验中，可以尝试使用更精确的设备，如数字电流表、数字电压表和高精度磁场计，以提高测量的精确度。
实验的应用：动态磁滞回线的测量可以应用于磁性材料的性能评估、电力设备的设计以及电磁场的模拟等领域。
实验的总结：通过本次实验，我们成功地测量了动态磁滞回线，并对铁芯的磁滞性能进行了分析。
实验结果对于磁性材料的研究和应用具有重要的意义。
同时，在实验过程中我们也发现了一些可以改进的地方，以提高测量结果的精确度。
整个实验过程进行顺利，实验目标得到了实现。
FD-BH-2动态磁滞回线使用说明
FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪说明书上海复旦天欣科教仪器有限公司中国上海FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪一．概述磁性材料在通讯、计算机和信息存储、电力、电子仪器、交通工具等领域有着十分广泛的应用。
磁化曲线和磁滞回线反映磁性材料在外磁场作用下的磁化特性，根据材料的不同磁特性，可以用于电动机、变压器、电感、电磁铁、永久磁铁、磁记忆元件等。
动态磁滞回线是磁性材料的交流磁特性，其在工业中有重要应用，因为交流电动机、变压器的铁芯都是在交流状态下使用的。
本公司研制生产的FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪具有以下特点：1. 提供形状尺寸相同的软磁铁氧体和硬磁模具钢(Cr12)两种典型磁性材料进行磁特性测量，可明显比较它们的磁特性参数不相同。
并可测量在磁场强度较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线磁参数(复数)，实验内容相当丰富；2.提供可变频率的正弦波交流电源，可观测频率对磁特性的影响;3.正弦信号源与220伏交流电源隔离(浮地)，实验安全可靠；4.提供准确度较高的交流数字电压表和细调正弦信号源。
校准示波器X轴和Y轴分度值(定标)相当方便、准确；5. 样品初级线圈串联取样电阻R和次级线圈串联电阻2R和电容C，均可单独引1出接线。
学生自己可用交流矢量合成法或等阻抗法精确测量R、2R和C值。
1 (外接一个电阻箱即可)本仪器是观测动态磁滞回线的优质仪器，可供高等院校、中等专业学校等基础物理实验，设计性综合性实验和演示实验使用。
二．仪器用途FD-BH-2型动态磁滞回线实验仪可以完成以下实验内容：1. 测量软磁铁氧体基本磁化曲线和磁滞回线，求材料饱和磁感应强度、矫顽磁力和剩磁值，磁导率与磁场强度关系。
2.观察硬磁模具钢(铬合金钢)的磁滞回线。
3.观察交流电频率对磁性材料磁特性参数的影响。
4.学习用正弦信号和交流数字电压表对示波器X轴和Y轴分度值进行校准(定标)。
5.学习用矢量合成法或等阻抗法测量电阻值和电容值。
6.观察在磁场强度H较小时，硬磁材料椭圆磁滞回线，测量椭圆磁滞回线的交流磁特性参数。
用示波器测动态磁滞回线、磁场测量实验报告
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度B、剩磁r B和矫顽力c H。
m3. 学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B -图中则相当于坐标原点O 。
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 增加到一定值时，B 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
然而，其轨迹并不沿原曲线AO ，而是沿另一曲线AR 下降到r B ，这说明当H 下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性。
铁磁材料动态磁滞回线实验
动态磁滞回线实验预习题1、磁性材料的分类？什么是动态磁滞回线？2、硬磁材料的交流磁滞回线与软磁材料的交流磁滞回线有何区别？磁性材料在通讯、计算机和信息存储、电力、电子仪器、交通工具等领域有着十分广泛的应用。
磁化曲线和磁滞回线反映磁性材料在外磁场作用下的磁化特性，根据材料的不同磁特性，可以用于电动机、变压器、电感、电磁铁、永久磁铁、磁记忆元件等。
铁磁材料分为硬磁和软磁两类。
硬磁材料（如模具钢）的磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力较大（120-20000安/米，甚至更高），因而磁化后，它的磁感应强度能保持，适宜制作永久磁铁。
软磁材料（如铁氧体）的磁滞回线窄，矫顽磁力小（一般小于120安/米），但它的磁导率和饱和磁感应强度大，容易磁化和去磁，故常用于制造电机、变压器和电磁铁。
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，也是设计电磁机构或仪表的依据之一。
动态磁滞回线是磁性材料的交流磁特性，其在工业中有重要应用，因为交流电动机、变压器的铁芯都是在交流状态下使用的。
通过实验研究这些性质不仅能掌握用示波器观察磁滞回线以及基本磁化曲线的测绘方法，而且能从理论和实际应用上加深对材料磁特性的认识。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度Bm、剩磁Br和矫顽力Hc。
3. 学习示波器的X轴和Y轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
5. 学习精确测量电阻和电容的实验方法，测量不同阻值电阻和未知电容。
6. 学习用计算机测量磁性材料动态磁滞回线和磁化曲线的方法。
(选配计算机接口后完成)二. 实验原理1、铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
用示波器测动态磁滞回线、磁场测量实验报告范文
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度m B 、剩磁r B 和矫顽力c H 。
3. 学习示波器的X 轴和Y 轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B -图中则相当于坐标原点O 。
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 增加到一定值时，B 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
铁磁质动态磁滞回线的测试解析
铁磁质动态磁滞回线的测试 一．实验目的1.学会如何用示波器变相地测量非电压量的方法2.了解用示波法测铁磁物质动态磁滞回线的基本原理3.了解磁性材料的特性 二．实验原理 1.铁磁质和磁滞在磁场的作用下，能发变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质，磁介质按其磁特性可分为铁磁质和非铁磁质（包括顺磁质和抗磁质）。
工艺技术上广泛应用的磁性材料主要是铁磁性材料，铁，钴，镍及其许多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）都属于铁磁质。
磁化性能（或磁化规律）是指M 与B 之间的依从关系。
由于M U B H-=0也可以说磁化性能是指M 与H 的关系或Ｂ与Ｈ的关系。
实验易于测量Ｂ和Ｈ，所以我们用实验来研究Ｂ与Ｈ的关系。
（图８－１）是一个典型的磁化曲线，表示磁化过程中磁化强度与磁场的变化关系。
ＯＳ表示对于未磁化的样品施加磁场Ｈ，随Ｈ增加磁化强度不断增加，当Ｈ增加到ＨＳ（称为饱和磁场强度）时磁化强度达到饱和强度M S，曲线ＯＳ称为起始磁化曲线。
这条曲线的显著特点是它的非线性。
达到饱和以后，再减小磁场，磁化强度并不是可逆地沿原始的磁化曲线下降，而是沿着图中ＳＲ变化，与起始磁化曲线并不重合在Ｒ点磁场已减为零，但磁化强度并没有消失。
比较曲线ＯＳ段与ＳＲ段可知，虽然Ｈ减少时Ｂ也随时减少，但是Ｂ的减少“跟不上”Ｈ的减少，这种现象叫做磁滞（磁性滞后），B R称为剩磁。
当磁场沿相反方向增加-H C到时，磁化才变为零，H C称为矫顽力。
继续增加反向磁场到-H S可以使磁化强度将完成如图所示的回线SRCS’R’C’S，称为磁滞回线，上面的磁滞回线是令H从饱和磁化强度H S出发得到的，实际上，从起始磁化曲线上的任一点Ｍ(H M<H S)开始减少磁场强度，都可得到一个磁滞回线，对同一个铁磁质存在无数个磁滞回线，如图（８－２）所示。
但是如果从起始磁化曲线上Ｈ值大于H S的一点（如图的Ｎ点）出发，减小Ｈ时，则磁化状态将先沿起始磁化曲线退到S然后沿磁滞回线上半段到S’，再沿反向的起始磁化曲线到N’，再沿同一曲线退回S’，再沿磁滞回线下半段S’S到S,最后回到N。
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( 3) 合成不确定度 : 合成不确定度 U 由 A 类分量和 B 类分量合成 得到 : U= uA + uB ( 3) ( 4) 不确定度的传播: 通常 , 实验测量结果多为间接测量量, 其不确 定度是由各直接测量量的不确定度通过传播公式 获得 , 在近似情况下 , 可采用高斯误差传播方法中 的简化公式表示。 设有待测物理量 y , 由一系列直接测量的物 理量 x 1 , x 2 , x 3 ##x n 通过相应的计算间接得来。 设 y = f ( x 1 , x 2 , x 3 # #x n ) , 且 x 1 , x 2 , # #x n 之 间相互独立, 则 的合成不确定度为:
n
i= 1
∃
( x - x)2 n- 1
n 2
测量列算术平均值的标准偏差为: sx = sx = n
i= 1
∃
(x - x) n( n - 1 )
当测量次数 n % & 时, 许多其它形式的分布 ( 如多项分布、 二项分布、 t 分布等 ) 都趋于正态分 布。 但物理实验测量一般为有限次测量 , 特别是在 大学物理实验中。 测量次数一般在 5 ~ 30 次之
,- H Bs Br c
6 . 80 6. 90 6. 85 6. 80 6. 85 6 . 85 6 . 90 6 . 85 6 . 85 2 . 70 2. 80 2. 75 2. 75 2. 85 2 . 80 2 . 80 2 . 75 2 . 78 4 . 80 4. 70 4. 75 4. 75 4. 80 4 . 80 4 . 70 4 . 75 4 . 76 2. 90 2. 80 2. 85 2. 90 2. 80 2. 80 2. 85 2. 90 2. 85
图6 调用函数的计算结果
H s、 Hc、 Bs 、 B r 的最终表达式可以写成 ( 图中 av er_H s 代表H s 的值 , U_H s 代表 H s 的合成不确 度 U, 依此类推 ) : H s = 228 ∀ 20( A/ m ) ; H c = 92. 5 ∀ 8 . 6( A/ m ) ; B s = 0. 99 ∀ 0. 15( T ) ; B r = 0. 594 ∀ 0 . 088 ( T ) 。 一般认为 , 矫顽力小的( H c ) 1A/ m ) 称软磁 材料 ; 矫顽力大的( H c ) 104 ∗106 A/ m ) 称硬磁材 料 ; 矫顽力在 1A/ m ∗ 10 A/ m 之间的是半硬磁 材料。 据此可以确定所测样品为半硬磁材料。
[ 3] 4
公式 ( 2) 算出 : u B =
( 3) L H s ,- H s 、 L H c, - H c 、 L B s ,- B s 、 L B r, - B r 的 合 成 不确定度 U( 取 p = 0 . 95) 。 上述参数的合成不确定度由公式 ( 3) 算出, 调用 m at lab 中的平方根 sqr t( ) 函数计算, 其结果 如图 3 所示( 图中 U_L_H s 代表 L H s ,- H s 的合成不 确定度 U, 依此类推 ) : ( 4) R 1 、 R2 、 C、 Sx 、 S y 的合成不确定度 U( 取 p = 0. 95 ) 。 由于上述各量均为单次测量量 , 其合成不确 定度主要由 B 类分量决 定, 查仪器说明书可知: Sx 、 Sy 、 R1 、 R 2 误差为 5% , C 误差为 10% , 因此它 们的合成不确定度由公式( 2) 计算可得 ( 此时 R 1 = 25 、 R 2 = 10k 、 C = 10uF 、 S x = 0. 2V / 格、 Sy = 0 . 05V / 格) , 用 mat lab 计算出的结果如图 4 所 示( 图中 U_R1 代表 R 1 的合成不确度 U, 依此类 推) 。 此外 , 公式 ( 5) ~ ( 8 ) 中的 N 1 , N 2 , L , S 在仪
( 格)
L Bs , L Br , -
( 格) ( 格)
式中 : N 1 , N 2 , L , S 的数值由仪器生产厂家给 出, 其余参数 可由仪器量出 或直接读 出。 L H s ,- H s 定义为在示波器上显示如图 1 所示的动态磁滞回 线时 , 点 A 和 A ( 在 水 平方 向 的 距 离 ( 格 数 ) ,
大学物理实验是理科学生的一门专业基础必 修课。长期以来, 在物理实验教学中, 人们关注的 重点一般侧重于实验原理、 方法及实际操作等方 面, 却往往忽视了实验数据的处理与分析这个重要 的环节。实际上我国于 1991 年批准公布的计量技 术规范 JJG1027 91 测量误差及数据处理( 试行) ! 中就已经明确规定: 测量的最终结果用不确定度进 行评定。在国际上, 各国计量部门也都使用不确定 度来评定测量的结果, 但由于评定方法不一致以及 评定结果表达不一致, 使得各国在互相利用成果时 极为困难[ 1] 。为此国际标准化组织等 7 个组织于 1993 年发表 测量不确定度表达指南!, 为实验不 确定度计算的统一奠定了基础。 早在 1992 年国家教委高等学校工科物理课程 指导小组在 高等工业学校物理实验课程教学基本 要求修订征求意见稿![ 2] 中就建议在条件允许的情 况下, 高校可在教学中引入不确定度的相关内容进 行教学试点。但由于课时缩减等因素, 在本科物理 实验教学中却并没有真正注重实验的数据处理环 节。其实, 无论是在工程设计还是科学研究中, 往 往都会涉及到实验数据处理。通过对数据进行处 理与分析, 既可以判断实验方法是否满足要求, 又 可以从中找出规律或作出发现。 由于实验数据处理如此重要 , 这就要求教师 在物理实验教学中, 针对每个具体实验 , 指导学生 对实验结果的不确定度进行深入分析。这其中包 括训练学生采用新的处理数据手段并借助一定的 数学工具来简化计算过程 , 使得实验数据的表述 更科学、 更客观。目的是使学生在梳理数据的过
LH
c
图1
磁滞回线
2. 2
实测样品( 待测铁磁材料) 数据 表 1 是实际测得的一组原始数据。
表1 次数 1 2 3 原始数据 4 5 6 7 8 平均
CR 2 L B s, - B s S y Bs = 2N 2 S CR 2 L B r ,- B r S y Br = 2N 2 S
L H s , - H s ( 格)
2
动态磁滞回线测量实验的不确定 度评定
主要参数及实验仪器
2. 1
在用模拟双踪示波器及磁滞回线实验箱测量 动态磁滞回线实验中, 主要要求学生测量饱合磁 场强度 H s 、 饱合磁感应强度 B s 、 矫顽力 H c 、 剩余 磁感应强度 B r 等几个量的值 , 同时要求根据矫顽 力的大小判 断样品 的性质 ( 硬磁 或软 磁或 半硬 磁) 。 实验计算公式如下: N 1 L H s ,- H s S x Hs = 2LR 1 Hc= N 1 L H c ,- H c S x 2LR 1 ( 5) ( 6) ( 7) ( 8)
84
动态磁滞 回线实验的不确定度评定
间, 这时测量结果往往偏离正态分布, 而服从 t 分 布: 则有: t ( x - x)2 ∋ ∃ ( 1) n- 1 i= 1 n 在不同置信概率情况下, t 的大小可通过查 t 值表 uA = t ∋ s x 得到。 ( 2) 不确定度的 B 类分量: 由于 B 类不确定度无法用统计方法分析, 在 作简化考虑的情况下, 其主要与测量仪器的误差 等因素相关。 仪器误差可从技术手册、 仪器出厂说 明书等获知, 且在大学物理教学实验中 , 若在仪器 误差分布不能确定的情况下, 一般默认仪器误差 分布为均匀分布 , 即 : uB = ( p = 0 . 638 ) ; u B = 2 ( p = 0. 95) 3 3 ( 2) Uy = f x1
2. 3
结果的不确定度评定 ( 1) L H s, - H s 、 L H c ,- H c 、 L B s ,- B s 、 L B r , - B r 的 A 类不
动态磁滞 回线实验的不确定度评定
85
确定度 uA ( 取 p = 0. 95) 。 上述参数的 A 类 不确定度 可由公式 ( 1) 算 出, 式中 t 值查表可得 t = 2. 36。 调用 m at lab 中的 标准差 st d( ) 函数即可完成上述计算 , 结果如图 2 所示 ( 图中 U_L _H s_a 代表 L H s, - H s 的 A 类不确定 度 uA , 依此类推 ) :
收稿日期 : 2010 03 24
程中 , 养成正确判断实验结果 , 提出改进措施以及 从中发现问题的能力。 本文即试图结合动态磁滞回线测量这一典型 的本科物理实验来分析与讨论实验结果的不确定 度评定问题。
1
实验结果的不确定度评定
众所周知 , 不确定度有若干分量, 按其数值评
定方法可归并成两类, A 类分量是由测量列的统 计分析方法评定的不确定度分量, 记作 uA ; B 类分 量是由非统计分析方法评定的不确定度分量, 记 作 uB 。 A 类和 B 类分量合成则得到合成不确定度, 记作 U 。 测量的最终结果一般以如下方式表达: Y = y ∀ U ( 单位) , ( p 为置信概率) 。 ( 1) 不确定度的 A 类分量 : 在相同条件下, 对某物理量作 n 次等精度测 量, 得一测量列 : x 1 , x 2 , x 3 ##x n 。 测量列的标准偏差为 : sx =
( U x1 ) 2 +
f x2
2
( Ux 2 ) 2 +
f x3
2
( U x3 ) 2 + # #
f xn
2
( Ux n ) 2
( 4)
式中 : Ux n 表示直接测量的物理量 x n 的合成不确 定度。
L Bs ,- B s 定义为点 A 和 A ( 在垂直 方向的距离 ( 格 数) , L H c ,- H c 、 L B r, - B r 代表的含义依此类推。