第一篇：流體流動阻力測定實驗報告（共）

.實 驗 報 告 專業(yè)：

姓名：

學號：

日期：

地點：

課程名稱：

過程工程專業(yè)實驗流體流動阻力實驗 指導老師：

成績：

實驗名稱：

實驗類型：

同組學生：

一、實驗目的和要求（必填）

二、實驗容和原理（必填）

三、主要儀器設備（必填）

四、操作方法和實驗步驟

五、實驗數(shù)據記錄和處理 六、實驗結果與分析（必填）

七、討論、心得

一、實驗目的和要求 裝 1.掌握測定流體流經直管、管件（閥門）時阻力損失的一般實驗方法。

2.測定直管摩擦系數(shù) λ 與雷諾準數(shù) Re的關系，流體流經管件（閥門）

時的局部阻力系數(shù)，驗 訂 證在一般湍流區(qū) λ 與 Re的關系曲線，考察 ζ 與 Re 是否相關。

線 3.識辨組成管路的各種管件、閥門，并了解其作用 , 獲得對 Re，摩擦系數(shù)λ，局部阻力系數(shù)ζ的感性認識。

二、實驗容和原理 1 流量計校核 通過計時稱重對渦輪流量計讀數(shù)進行校核。

2.Re 數(shù)：

3.直管阻力摩擦系數(shù) λ 的測定 流體在水平等徑直管中穩(wěn)定流動時，阻力損失為：

.4.局部阻力系數(shù)ζ的測定

局部阻力壓力降的測量方法：測量管件及管件兩端直管（總長度 l“）總的壓降 p，減去其直管段的壓降，該直管段的壓降可由直管阻力 p f（長度 l）實驗結果求取。

三、主要儀器設備

.Figure 1 實 1—水箱 2 —離心泵 3、11、12、13、14—壓差傳感器 —引水漏斗 4 —溫度計 21、22—調節(jié)閥 5—渦輪流量計 16—粗糙管實驗段 17 —光 滑管實驗段 18 a b c de f g h —閘閥 19 —截止閥 20 23 —泵出口閥 24 —旁路閥（流量校核）

— 取壓點 表格 1 表格 2，名稱 類型 直管規(guī)格 管徑 直管段長度 截止閥 局部阻力 閘閥 閘閥兩端直管（粗糙管）ab = 680

光滑管

不銹鋼管

光滑直管（mm）（mm）

ef = 1000

粗糙直管 22 bc =1000 粗糙管 鍍鋅鐵管

截止閥兩端直管（光滑管）

de = 660

四．操作方法和實驗步驟 1.離心泵灌水，關閉出口閥（23），打開電源，啟動水泵電機，待電機轉動平穩(wěn)后，把泵的出口閥（23）緩緩開到最大。對壓差傳感器進行排氣，完成后關閉排氣閥門，使壓差傳感器處于測量狀態(tài)。

2.開啟旁路閥（24），關閉光滑管段閥件，選定最小流量 1.00m /h，, 記錄最大流量，設定大于 10個數(shù)值上等比的流量觀測值。自大至小，改變流量，每次改變流量，待流動達到穩(wěn)定后，記錄壓 差、流量、溫度等數(shù)據。粗糙管段測量同光滑管段測量。

3.實驗結束，關閉出口閥（23）。

五、實驗數(shù)據記錄和處理 5.1 流量計校核 3-1 儀器讀數(shù)：

V1=0.61m ·h，空桶質量 m0 =0.46kg

V2= τ =50.00s

時，桶的質量 m 1 =10.22kg，水溫 t r =32.1 ℃，ρ =995.0kg/m 實 際 流 速 ：

偏差 E=(0.71-0.61)/0.61 *100%=16.4% 表格 3 光滑管段實驗數(shù)據記錄

No V1/m3 ·h-1 t1/ p11/kpa p12/kPa(加管件)1 0.95 32.1 0.43 9.8 2 1.21 32 0.66 11.6 3 1.44 31.9 0.84 12.9 4 1.71 31.8 1.14 14.8 5 2.05 31.8 1.55 18.2 6 2.26 31.7 1.83 20.4 7 2.71 31.6 2.52 26.5 8 3.23 31.6 3.34 34.6 9 3.74 31.6 4.32 44.2 3

[1]4.5 31.4 6.11 60.8 11 5.25 31.2 7.99 79.5 12 5.39 31.1 8.22 83.6

表格 4 粗糙管段實驗數(shù)據記錄

件)

實驗所用流體為水，ρ，μ的計算參考文獻值 , 插法處理

t=20 ,;t=30 ,;t=40 , t=28 ,;t=29 ,;t=30 ,;t=31 , No 3-1 V2/m ·h T2/ P21/kpa P22/kPa(加管1 0.97 30.4 1.44 1.05 2 1.24 30.3 2.24 1.73 3 1.44 30.2 3.01 2.43 4 1.7 30.1 4.09 3.42 5 2.05 30 5.83 5.03 6 2.37 29.9 7.67 6.72 7 2.77 29.8 10.395 9.25 8 3.2 29.5 13.2 12.5 9 3.82 29.3 19.87 17.71 10 4.45 29.2 24.93 24.15 11 5.07 28.7 24.83 24.94

t=32 , 表格 5.光滑管段流動阻力參數(shù)計算結果

No-1 u/m·s

0.6942 3 ρ /kg ·m

995.0 μ/Pa ·s

0.000766 Re

19828.7 λ

0.03946 δ

39.65707 2 0.8842 995.0 0.000768 25205.1 0.03733 28.67032 3 1.0523 995.0 0.000770 29934.5 0.03355 22.38011 4 1.2496 995.1 0.000771 35474.2 0.03228 18.05326 5

1.4980

995.1

0.000771

42527.6

0.03054

15.35699 6 1.6515 995.1 0.000773 46788.0 0.02967 14.11610 7 1.9803 995.1 0.000774 55989.6 0.02841 12.70268 8 2.3603 995.1 0.000774 66732.9 0.02651 11.66286 9 2.7330 995.1 0.000774 77269.7 0.02557 11.10278 10

3.2883

995.2

0.000778

92593.1

0.02498

10.52757 11 3.8364 995.3 0.000781 107587.3 0.02400 10.11264 12 3.9387 995.3 0.000782 110232.9 0.02342 10.10460

表格

No

粗糙管段流動阻力參數(shù)計算結果

-1 3 u/m·s ρ/kg ·m

μ/Pa ·s

Re

λ

δ 1

0.7779 995.6 0.000794 20483.1 0.10038 0.33063

0.9945 995.6 0.000796 26130.6 0.09555 0.51107 3 1.1549 995.6 0.000797 30282.7 0.09520 0.66783 4 1.3634 995.7 0.000799 35676.9 0.09282 0.77871 5 1.6441 995.7 0.000801 42934.0 0.09098 0.87851 6 1.9007 995.7 0.000802 49530.1 0.08955 0.92170 7 2.2215 995.8 0.000804 57766.5 0.08884 0.97242 8 2.5664 995.8 0.000809 66310.9 0.08453 1.15510 9 3.0636 995.9 0.000813 78825.6 0.08928 0.98338 10 3.5689 995.9 0.000815 91632.9 0.08255 1.21348 11 4.0661 996.0 0.000823 103289.4 0.06333 1.03868

Figure 2 ．摩擦系數(shù)λ與 Re 的關系曲線（y1 為光滑管摩擦系數(shù)，y2 為粗糙管摩擦系數(shù)）

.[1] [2]

對照 Moody圖，F(xiàn)igure 3 ． Moody 圖

查得光滑管段λ 1-Re 圖對應的相對粗糙度ε 1/d1=0.002;粗糙管段λ 2-Re 圖對應的相對粗糙度ε 2/d2>0.05.絕對粗糙度：ε 1=0.002*21=0.42mm，ε 2>0.05*22=1.10mm;查表 知，中等腐蝕的無縫鋼管絕對粗糙度：ε ~0.4mm；普通鍍鋅鋼管絕對粗糙度：ε：

0.1~0.15mm

.Figure 4 ．局部阻力系數(shù)ζ與 Re 的關系曲線（y1 為光滑管局部阻力系數(shù)，y2 為粗糙管局部阻力系數(shù)）

截止閥局部阻力系數(shù) : ζ1=10.70 閘閥局部阻力系數(shù)：ζ

2=1.04（兩者均取ζ-Re 曲線上平直部分對應的局部阻力系數(shù)）

查文獻，知截止閥在全開時ζ =6.4，閘閥在全開時ζ =0.17

六．實驗結果與分析 1.實驗誤差分析：

1.1 由對渦輪流量計的校核知，當流速較小時，流量計的測量誤差較大，可達 16.4%，因而λ-Re，ζ-Re 圖上，Re 值較小時，實驗數(shù)據點的誤差較大。

1.2 實驗讀數(shù)時，由于儀表顯示的讀數(shù)值并不穩(wěn)定，液體實際的流動不是不可壓縮的穩(wěn)定流動，Δ p，V，t 值隨時間變化存在一定程度上的波動。

1.3 溫度傳感器，流量計，壓差傳感器的儀器測量誤差不可避免。

1.4 調節(jié)流量時，流動并未完全穩(wěn)定讀數(shù)

1.5 計算局部阻力系數(shù)時，采用的公式：，合成不確定度相較摩擦阻力系數(shù)測定時，引入的不確定度增加了一項，誤差增大。

1.6 所用的水不夠潔凈，含較多雜質，而實驗中都做純水處理，實際流體的μ，ρ值與計算得到 的值存在一定程度的偏差。

.2.實驗結果分析 2.1.實驗測得光滑管的絕對粗糙度ε 1=0.42mm, 在給出的參考圍 ~0.4mm，粗糙管的絕對粗糙度>1.10mm,偏大，可能原因水管使用較久由于污垢腐蝕而造成絕對粗糙度偏大 2.2

實驗測得的截止閥與閘閥在全開時，局部阻力系數(shù)較文獻值均偏大，可能的原因：

a.實際因為閥件的制造水平，加工精度不同的原因，不同的閥件的局部阻力系數(shù)在一定圍波動；

b.實驗用閥件可能存在積垢，腐蝕的問題，導致局部阻力系數(shù)偏大。

3.思考題 3.1 在對裝置做排氣工作時，是否一定要關閉流程尾部的出口閥？為什么？ 答：是，由離心泵特性曲線知，流量為零時，軸功率最小，電動機負荷最小，不會過載燒毀線 圈。

3.2 ．如何檢測管路中的空氣已經被排除干凈？ 答：關閉出口閥后，打開 U 形管頂部的閥門，利用空氣壓強使 U形管兩支管水往下降，當兩支管 液柱水平，證明系統(tǒng)中空氣已被排除干凈。

3.3 ．以水做介質所測得的λ～ Re 關系能否適用于其它流體？如何應用？ 答：能用，因為雷諾準數(shù)是一個無因次數(shù)群，它允許 d、u、ρ、μ變化。

3.4.

在不同設備上（包括不同管徑），不同水溫下測定的λ～ Re 數(shù)據能否關聯(lián)在同一條曲線上？

答：不可以，, 設備改變，相對粗糙度也發(fā)生改變，從而λ變化。

3.5 ．如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不垂直，對靜壓的測量有何影響？ 答：有毛刺，增加額外的阻力損失，安裝不垂直，增加額外的壓差，使測量誤差增大。七．參考文獻 [1].何潮洪，霄.化工原理（上冊）

.[M] 科學：

2013 [2].時均.化學工程手冊 上卷.[M] 化學工業(yè)：

1996.

第二篇：流體流動阻力的測定(教案)

化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

實驗二 流體流動阻力的測定

難點：因次分析方法對工程實際問題的分析解決； 重點：測定流體經直管和管件時阻力損失的實驗組織法； 課時：4學時，其中實驗講解約1學時，學生完成實驗3學時；

流體流動阻力測定是化工領域中最重要的實驗之一，是運用因次分析方法的理論來具體解決復雜工程問題的實例，通過實驗掌握工程實驗的基本實驗技能。

一、實驗目的

1.熟悉測定流體經直管和管件時阻力損失的實驗組織法及測定摩擦系數(shù)的工程意義；

2.學會用因次分析方法解決工程實際問題； 3.學會壓差計、流量計的使用方法；

4.學會識別組成管路中各個管件，閥門并了解其作用。

二、實驗任務

1.測定特定ε/ d條件下直管摩擦系數(shù)和雷諾數(shù)的關系。2.測定流體流經閥門和彎頭時的阻力系數(shù)。

三、實驗原理

由于流體粘性的存在，流體在流動的過程中會發(fā)生流體間的摩擦，從而導致阻力損失。層流時阻力損失的計算式是由理論推導得到的；湍流時由于情況復雜得多，未能得出理論式，但可以通過實驗研究，獲得經驗的計算式。

1、直管阻力——采用因次分析法規(guī)劃實驗：（1）影響過程的主要因素

hf =f(d, u,ρ,μ, l,ε)湍流時直管阻力損失hf與的大小取決于流體的物性（密度ρ、粘度μ）、流動狀況（流速u）及流道的幾何尺寸和形狀（內直徑d、長度l、管壁粗糙程度ε），若每個自變量的數(shù)值變化10次，測取hf的值而其它自變量保持不變，6個自變量，根據正交網絡法規(guī)劃，實驗次數(shù)將達10。

6化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

2、因次分析法規(guī)劃實驗因次分析法是通過將變量組合成無因次數(shù)群，從而研究無因次數(shù)群之間的關系，大大減少實驗自變量的個數(shù)，大幅度地減少實驗次數(shù)。在物理方程因次一致性的條件下，任何一個方程都可化為無因次方程；原方程共有7個變量；它們的因次分別為：d--[L]；u--[LT－]；ρ– [ML－]；μ--[ML－

113T－]；ε--[L]；h f--[LT－]，其中有[L]、[M]、[T] 3個基本因次；根據無因122次方程的變量總數(shù)等于原方程變量總數(shù)和基本因次數(shù)之差，可得無因次數(shù)群的個數(shù)π=7-3=4個。

即h f =f(d, u,ρ,μ, l,ε)→ π4 =f（π1，π2，π3）式中：?1?LL? ?L?d??L???d

?2??3??MLT??ML??L??LT??1?1?3?1????Re?1

?4??LT??u2?2hfhf2

由因次分析法可將對h f =f(d, u,ρ,μ, l,ε)的研究轉化成對無因次數(shù)群π4 =f（π1，π2，π3）之間關系的研究，即：

du?l??f(，)2u?dd'hf實驗工作量將從106次實驗 → 103次實驗，若實驗設備已定，則：

du??lu2hf?f(,)???dd2 實驗次數(shù)又將從103次實驗 → 102次實驗，從而，實驗工作量大大降低。若實驗設備是水平直管，阻力損失表現(xiàn)為壓強的降低，即：

?Pdu??lu2?f(,)????dd2 2 化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

所以

du????f(,)2?ld?Pu?????d2其中

在實驗裝置和物系已確定的情況下，摩擦系數(shù)λ只隨Re而變，實驗操作變量僅是流量，通過閥門的開度改變流量，用流量計測定流速，由壓差計測定壓差，用溫度計測定物系溫度，從而確定ρ和μ。

四、實驗裝置

光滑直管為不銹鋼管，管徑20.5mm，測壓點間長度2m；粗糙直管為鍍鋅管，管徑20.5mm，測壓點間長度2m；兩根管并聯(lián)，通過球閥控制，直管和彎頭的壓強損失使用水銀壓差計測定，閘閥的壓強損失通過氯仿壓差計測定。

化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

實驗介質為自來水，置于水箱內循環(huán)使用，通過離心泵輸送，用流量計測定流速，用出口控制閥調節(jié)流量（注意：出口控制閥的安裝位置，流量調節(jié)閥一般不設在吸入側，以免在關小閥門使發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，也不宜裝在離泵很遠的出口線上否則，在調節(jié)閥前面管段內若有積存空氣時會發(fā)生泵的喘振，通常在靠近出口的管上安裝流量調節(jié)閥）。

五、實驗步驟

1、實驗準備：對照實驗流程圖，熟習實驗裝置及流程，識別組成管路中各個管件、閥門、壓差計并了解其作用；檢查軸承潤滑情況，用手轉動聯(lián)軸節(jié)看其是否轉動靈活；同時將水箱充水至80％。

2、打開壓差計平衡閥、四個引壓閥和切換閥；關閉各放氣閥和離心泵的出口控制閥，啟動電源。（為什么？——離心泵在啟動時關閉出口閥門，可使軸功率低，以免電機燒壞；同時，在出口閥全開的情況下開動離心泵，管內流量瞬間達到最大值，壓差計也會隨著迅速上升，這樣很可能導致壓差計中的指示液被沖走）。

3、系統(tǒng)排氣（為什么？——氣體的存在會影響壓力傳遞，導致測量誤差）。? 管路排氣：先將控制閥開足然后再關閉，重復三次，排走總管中的大部分氣體，然后打開總管排氣閥，開足然后再關閉，重復三次。（注意平衡閥處于開啟狀態(tài)）

? 引壓管排氣：依次分別對六個放氣閥，開關重復三次，應保持平衡閥在開啟狀態(tài)。

? 壓差計排氣：關閉平衡閥，緩慢旋動壓差計上放氣閥排除壓差計中的氣泡，注意：此時眼睛要注視著U型壓差計中的指示液面的上升，先排進壓管，后排低壓管（嚴防壓差計中水銀沖走），排氣完畢。

4、檢驗排氣是否徹底。（如何檢驗？——將出口控制閥打開至最大，再關閉出口閥，看U型壓差計讀數(shù)，若左右讀數(shù)相等，說明排氣徹底，若左右讀數(shù)不等，重復上述3排氣順序。

化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

5、實驗布點（如何布點？——將控制閥開至最大，讀取流量顯示儀讀數(shù)F大，然后關至水銀壓差計差值約0.08時，再讀取流量顯示儀讀數(shù)F小，確定流量范圍，在F大和F小之間布12～14個點，其中在大流量時少布點，小流量時多布點，這是由于Re在充分湍流區(qū)時λ～Re的關系是直線，所以在大流量時少布點，而Re在比較小時λ～Re的關系是曲線，所以在小流量時多布點。

6、測定：通過控制閥調節(jié)管道中的流量，從流量儀讀出一系列流量，從相應的壓差計讀取壓差。

7、開啟切換閥，測定另一根直管。

8、實驗結束后，打開壓差計上的平衡閥，先關閉控制閥后，再關閉泵（為什么？——防止出口管內的流體倒流使葉輪受損），排出水槽內的水（為什么？避免設備的銹蝕和凍裂），實驗裝置恢復原狀，并清理實驗場地。

9、上機處理實驗數(shù)據，并打印處理結果，每小組打印一份。

六、思考題

1.本實驗裝置采用了哪種型式的泵，操作時要不要灌水？ 2.流體在管路中流動產生阻力的起因是什么？它取決于哪些因素？

3.實驗數(shù)據測定前，為什么一定要排氣？如何排氣？如何檢查氣是否排凈？

七、注意事項

1、啟動電源時，應打開壓差計平衡閥和四個引壓閥，關閉各放氣閥，關閉離心泵的出口控制閥。

2、在排氣時，應嚴防壓差計中的指示液被沖走。

3、測定數(shù)據前必須對管路及測壓系統(tǒng)進行排氣，并檢查空氣是否確實排盡。

4、兩根并聯(lián)管共用一個流量計及測壓裝置，實驗中只能逐根測定；進行管道切換時，一定要先打開待測管道閥門，再關閉當前管道閥門。

5、測定時待流量穩(wěn)定后再讀數(shù)。

八、作業(yè)

1、上機處理數(shù)據，并打印處理結果，每小組打印一份。

化工原理實驗教案

實驗二

流體流動阻力的測定

2、完成實驗報告，應包含：實驗目的、實驗原理、實驗流程、實驗步驟、原始數(shù)據、計算示例，討論等，其中對計算示例，同一小組同學不得采用同一組數(shù)據處理。

第三篇：流體局部阻力系數(shù)的測定實驗小結

流體局部阻力系數(shù)的測定實驗小結

這次開放性實驗我做了流組局部阻力測定與離心泵特性曲線測定兩個實驗。之前有做過相關實驗，但這次雖然差不多，但在細節(jié)上還是有許多的不一樣。實驗前經過和老師商討操作步驟和數(shù)據處理上可以看出流體局部阻力系數(shù)測定實驗在操作上雖簡單，但要一份完美的報告還是需要再三的修改。

我從這次試驗 認識和掌握流體局部阻力實驗的一般實驗方法測定突然擴大管和閥門的局部阻力系數(shù)ξ。實驗過程中，在取三個不同流量時必須在1~4m3之間，全開時為了方便測閥門在不同開度時的局部阻力系數(shù)，需記下全開時的總圈數(shù)，為了數(shù)據圖完美點需要多測幾組。還學到了在計算機上繪圖的一些技巧。處理局部阻力數(shù)據時學到兩種不同方法處理數(shù)據，一種是根據公式分別算出在不同閥門開度和不同流量的阻力系數(shù)，最后求平均值。另一種是根據公式，畫出在不同閥門開度下局部阻力損失與動能的關系曲線，得出曲線的斜率即局部阻力系數(shù)。

通過這次試驗，在加深對實驗原理理解的基礎上，又通過反復操作，掌握實驗步驟，為實際操作做好充分準備，同時培養(yǎng)了我們理論聯(lián)系實際的能力，提高了獨立思考和獨立工作的能力。

第四篇：無機化學測定實驗報告

無機化學測定實驗報告

實驗名稱：室溫：氣壓：

年級組姓名實驗室指導教師日期 基本原理（簡述）：

數(shù)據記錄和結果處理：

問題和討論

附注：

指導教師簽名

第五篇：聲速的測定實驗報告

聲速的測定實驗報告

1、實驗目的

（1）學會用駐波法和相位法測量聲波在空氣中傳播速度。（2）進一步掌握示波器、低頻信號發(fā)生器的使用方法。（3）學會用逐差法處理數(shù)據。

2、實驗儀器

超聲聲速測定儀、低頻信號發(fā)生器DF1027B、示波器ST16B。

3、實驗原理

3．1 實驗原理

聲速V、頻率f和波長λ之間的關系式為V?f?。如果能用實驗方法測量聲波的頻率f和波長λ，即可求得聲速V。常用的測量聲速的方法有以下兩種。

3．2 實驗方法

3．2．1 駐波共振法（簡稱駐波法）

S1發(fā)出的超聲波和S2反射的超聲波在它們之間的區(qū)域內相干涉而形成駐波。當波源的頻率和駐波系統(tǒng)的固有頻率相等時，此駐波的振幅才達到最大值，此時的頻率為共振頻率。

駐波系統(tǒng)的固有頻率不僅與系統(tǒng)的固有性質有關，還取決于邊界條件，在聲速實驗中，S1、S2即為兩邊界，且必定是波節(jié)，其間可以有任意個波節(jié)，所以駐波的共振條件為：

L?n,n?1,2,3??2（1）

即當S1和S2之間的距離L等于聲波半波長的整數(shù)倍時，駐波系統(tǒng)處于共振狀態(tài)，駐波振幅最大。在示波器上得到的信號幅度最大。當L不滿足（1）式時，駐波系統(tǒng)偏離共振狀態(tài)，駐波振幅隨之減小。

移動S2，可以連續(xù)地改變L的大小。由式（1）可知，任意兩個相鄰共振狀態(tài)之間，即

?S2所移過的距離為：（2）

??可見，示波器上信號幅度每一次周期性變化，相當于L改變了2。此距離2可由超聲聲速測定儀上的游標卡尺測得，頻率可由低頻信號發(fā)生器上的頻率計讀得，根據V???f，就可求出聲速。

3．2．2 兩個相互垂直諧振動的合成法（簡稱相位法）

在示波器熒光屏上就出現(xiàn)兩個相互垂直的同頻率的諧振動的合成圖形——稱為李沙如圖形。其軌跡方程為： ?L?Ln?1?Ln??n?1??2?n??2???X??Y?2XY?Cos??2??1??Sin2??2??1??????????A1A2 ?A1??A2?（5）

在一般情況下，此李沙如圖形為橢圓。當相位差22????2??1?0時，由（5）式，得y?A2xA1，即軌跡為一條處在于第一和第三象限的直線[參見圖16—2(a)]。

2yx???1????2??1?222時，得A1A2，軌跡為以坐標軸為主軸的橢圓 當

2當????2??1??時，得

y??A2xA1，軌跡為處于第二和第四象限的一條直線。

改變S1和S2之間的距離L，相當于改變了發(fā)射波和接受波之間的相位差（????2??1），熒光屏上的圖形也隨之變化。顯然，L每變化半個波長（即?L?Ln?1?Ln?)2，位相差??就變化?。隨著振動相位差從0→?的變化，李沙如圖形就按圖16——2(a)→（b）→(c)變化。因此，每移動半個波長，就會重復出現(xiàn)斜率符號相反的直線。測得波長和頻率f，根據V?f?，就可計算出聲速。?

4、實驗內容

（1）熟悉聲速測定儀

該儀器由支架、游標卡尺和兩只超聲壓電換能器組成。兩只超聲壓電換能器的位置分別與游標卡尺的主尺和游標相對定位，所以兩只換能器相對位置距離的變化量可由游標卡尺直接讀出。

兩只超聲壓電換能器，一只為發(fā)射聲波用（電聲轉換），一只為接收聲波（聲電轉換），其結構完全相同。發(fā)射器的平面端面用以產生平面聲波；接收器的平面端面則為聲波的接收面和反射面。壓電換能器產生的波具有平面性、單色性好以及方向性強的特點。同時可以控制頻率在超聲波范圍內，使一般的音頻對它沒有干擾。

（2）駐波法測量聲速

1）按圖接好線路，把換能器S1引線插在低頻信號發(fā)生器的“功率輸出孔”，把換能器S2接到示波器的“Y input”。

2）打開電源開關，把頻率倍乘按鈕×10K壓入，調節(jié)幅度電位器，使數(shù)碼顯示屏讀數(shù)5--8V電壓,電壓衰減按鈕為20dB；波形選擇為正弦波（彈出狀態(tài)）。

3）壓入示波器電源開關，把示波器Y衰減開關VOLTS/DIV置0.5v檔，Y輸入方式置AC位。掃描檔TIME/DIV為20us，觸發(fā)源（觸發(fā)TRIG）選擇“內同步INT”；觸發(fā)方式為“自動”。

4）移動S2位置，目測S1與S2的距離為3cm左右，調整低頻信號發(fā)生器的“頻率調節(jié)”波段開關，調節(jié)頻率微調電位器，使數(shù)碼顯示屏的頻率讀數(shù)為34.000—36.000KHz范圍。觀察示波器，當屏幕的波形幅度最大時，說明換能器S1處于共振狀態(tài)。記下頻率f值（實驗過程中，頻率f不許改變，否則影響實驗數(shù)據）。

5）示波器熒幕的波形若不在中央，可調節(jié)垂直或水平位移電位器；波形太?。赡懿环€(wěn)定）或太大，可調節(jié)Y增益電位器VARIABLE，使波形幅度適中。

6）注意：實驗過程中不要用手觸摸兩個換能器，以免影響測量精確性。

7）向右稍移S2，并調整游標卡尺的微調螺絲，同時觀察示波器上波形，使波形幅度最大，幅度如果超過屏幕，可調整Y增益VARIABLE，使波形滿屏。記下S2的初始位置L0。8 由近至遠慢慢移動接收器S2，逐個記下九個幅度最大的位置（即Li值）。（3）相位法測聲速

1）把示波器觸發(fā)方式選擇“外接”。

2）把示波器的“Y input”接超聲波測速儀的接收器S2,示波器“X輸入”聯(lián)接到低頻信號發(fā)生器的電壓輸出（不能接同步輸出）。

3）把S2調回距S1大約3cm，移動接收換能器S2，調節(jié)游標卡尺微調螺絲，同時觀察示波器的圖形變化，使圖形為“/”，記下S2初始位置LO。

4）由近至遠，慢慢移動S2,并注意觀察圖形變化，逐下記下每發(fā)生一次半周期變化（即圖形由“/”直線變到“”直線）接收換能器S2的位置讀數(shù)Li值，共測十個數(shù)據。5）實驗完畢，關掉電源，整理好儀器

5、實驗參考數(shù)據

1）駐波法測量聲速

共振頻率f=34.583KHz

表1 駐波法測量波長的測量數(shù)據

次序 Li10?3mm

93.72 98.84 104.02 109.22 114.38 次序

Li10?3mm

119.54 124.70 129.90 135.02 140.18

Li?5?Li10?3mm vLI?5?Li10?3mm

25.82 25.86 25.88 25.80 25.80

0.012 0.028 0.048 0.032 0.032 1 2 3 4 5 7 8 9 10 逐差法處理表1數(shù)據

152SL?L?vLi?5?Li?I?5in?1i?1標準偏差=0.036mm CnSLi?5?Li?1.65?0.036?0.06?vLI?5?Li

uB??m3?0.023?0.012mm

合成不確定度為

222222uLI?5?LI?uA?uB?SL?u?0.036?0.012?0.038(mm)?LBi?5i

3頻率f不確定度聲速V的相對不確定度

EV?(uff)?(2uf??mf?0.3463?0.2(HZ)

uLI?5?LiLi?5?Li)2?(0.220.0382)?()?0.006?0.6%34.58325.832

聲速的計算

V? 22f(Li?5?Li)?34.583?25.832?357.34(m/s)55

聲速V不確定度為

uV?VEV?357.34?0.006?3(m/s)

室溫時聲速結果表達式： ?V?V?uV?357.34?0.006(m/s)(p?0.683)??EV?0.6%

2）相位法測量聲速

參考駐波法。

6.結論：1)實驗測量結果與理論值接近，是誤差允許范圍。2）相位法測量優(yōu)于駐波法測量。

7.誤差分析：1）共振頻率的不穩(wěn)定。2）換能器的不完全平行。3）示波器上振幅極大值的不穩(wěn)。4）隨著換能器的距離的增加能量會有減弱。5）測量時會含有回程差。