金属线膨胀系数的测定

金属线膨胀系数的测定 实 验 目 的p 测 量 金 属 线 膨 胀 系 数 ； 测 量 铜 和 铝 的 线 膨 胀 系 数 (温 度 范 围 :0-100度 ) 其 中 公 认 值 : 实 验 要 求 ； p 了 解 千 分 表 的 原 理 及 使 用 方 法 ；p 学 习 PID调 节 的 原 理 。铝 线 膨 胀 系 数 为 :23.8 10-6 K-1铜 线 膨 胀 系 数 为 :17.1 10-6 K-1 多 数 金 属 的 线 膨 胀 系 数 在 (0.82.5) 10-5/ 之 间 。 线 膨 胀 系 数 是 与 温 度 有 关 的 物 理量 。 当 t是 一 个 不 太 大 的 变 化 区 间 时 ，对 于 确 定 的 材 料 ， 我 们 近 似 认 为 是 不变 的 。 实 验 原 理 时 ,物 体 长 度 实 验 表 明 ， 当 温 度 变 化 范 围 不 大 时 ， 可以 忽 略 .测 量 公 式 :测 量 微 小 变 化 量 方 法 :光 杠 杆 法 ,读 数 显 微镜 法 ,千 分 表 法 等可 以 将 理 解 为 当 温 度 升 高 1 时 ， 固 体增 加 的 长 度 与 原 长 度 之 比 ， 单 位 为 / 实 验 仪 器p金 属 线 膨 胀 实 验 仪 pPID温 控 实 验 仪p千 分 表 实 验 仪 器 介 绍p 一 、 金 属 线 膨 胀 实 验 仪 p 二 、 千 分 表 精 密 测 量 微 小 位 移 量的 测 量 工 具 ， 主 要 由 3个部 件 组 成 ： 表 体 部 分 、传 动 系 统 、 读 数 装 置 。工 作 原 理 是 将 被 测 尺 寸引 起 的 测 杆 微 小 直 线 移动 ,经 过 齿 轮 传 动 放 大 ,变为 指 针 在 刻 度 盘 上 的 转动 ,从 而 读 出 被 测 尺 寸 的大 小 。 千 分 表 读 数 金 属 棒 伸 长 0.2mm， 即 探 针移 动 0.2mm时 ， 大 表 针 正 好转 一 周 。 大 表 盘 上 均 匀 地 刻有 200个 格 ， 因 此 大 表 盘 的每 一 小 格 表 示 0.001 mm。 当大 表 针 转 动 一 圈 的 同 时 ， 小表 针 跟 着 转 动 一 小 格 ， 所 以小 表 盘 的 一 格 代 表 线 位 移0.2mm， 小 表 盘 上 均 匀 地 刻有 5个 小 格 ， 千 分 表 可 测 量的 最 大 线 位 移 为 1mm。 实 际 测 量 值 等 于 小 表 盘 读 数 +大 表 盘 读 数 ， 应 该 读 到 最 小 刻 度 0.001mm的 下 一 位 ， 所 以 若 以 毫 米 为 单 位 ， 测量 结 果 在 小 数 点 后 应 有 四 位 数 。 三 、 开 放 式 PID温 控 实 验 仪 : 包 括 水 箱 ,水 泵 ,加 热 器 ,控 制 及 显 示 电 路 . 作 用 :自 动 控 制 水 箱 中 水 的 温 度 执 行 方 式 ： 通 过 可 控 硅 加 热 电 流 来 加 热 功 率 P PID调 节 器 ： 按 偏 差 的 比 例 ， 积 分 ， 微 分 进 行 调 节 偏 差 e(t):设 定 值 -被 控 量 u(t):调 节 信 号 自 动 控 制 系 统 框 图 实 验 步 骤1.准 备 工 作 。 检 查 仪 器 各 部 分 的 水 电 是 否 连 接 好 。 检 查 仪 器 前 面的 水 位 管 ， 将 水 箱 水 加 到 适 当 值 。 检 查 金 属 棒 固 定端 是 否 连 接 好 。 千 分 表 安 装 位 置 是 否 合 适 。 一 旦 开始 升 温 及 读 数 ， 避 免 再 触 动 实 验 仪 器 。2. 设 置 测 量 的 温 度 。 a) 开 机 ， 检 查 水 是 否 循 环 良 好 工 作 方 式 ： 进 行 实 验 （ 确 认 ） b） 设 置 参 数 : N 1 室 温 ： 25 设 定 温 度 ： 30 PID调 节 规 律Kp为 比 例 系 数 ， Ti为 积 分 时 间 常 数 ， Td为 微 分 时 间 常 数其 中 选 择 项 目 ， 设 置 参 数 。 按 确 认 进 入 下 一屏 ，c)实 验 前 记 录 L0时 ， 千 分 表读 数d)按 （ 启 控 ） 按 钮 ， 实 验 指示 灯 即 绿 灯 亮 。PID控 制 就 是 闭 环 控 制 ， P（ 比 例 ） ： 放 大 作 用 ， 快 速 对 偏 差 作 反 映 ； I（ 积分 ） ： 消 除 静 态 偏 差 ； D（ 微 分 ） ： 加 快 系 统 反 映 ， 提 高 稳 定 性 。 可 以 用 改 变 温 度 坐 标 值 实 验 数 据 记 录 及 处 理次 数 0 1 2 3 4 5 6 7 8千 分 表 读 数 L0=温 度 / t0=30 32 34 36 38ti=ti-t0Li=Li-L0 线 膨 胀 系 数 的 测 定(1)用 作 图 法 作 出 Li- ti的 曲 线(2)根 据 L=L 0t， 从 所 作 的 直 线 上 求 出 Li- ti直 线的 斜 率 K(3)已 知 长 度 l=500 m m ， 根 据 =K/l求 线 膨 胀 系 数 注 意 事 项1.在 实 验 过 程 中 （ 升 温 及 读 数 ） 不 能 接 触 和移 动 实 验 仪 ， 否 则 会 影 响 千 分 表 的 读 数 。 每个 同 学 的 动 作 要 轻 ， 以 免 影 响 他 人 。2.水 箱 水 位 合 适3.温 控 仪 设 置 温 度 不 能 超 过 60 。 实 验 结 果 及 评 分 标 准 1、 误 差 大 于 5%的 90以 下 。 小 于 5%的 90分 以 上 2、 作 图 （ 1） 数 据 点 （ 2） 取 P1,P2（ 3） 直 线 拟 合 合 适 3、 表 格 记 录 数 据 （ 1） 单 位 （ 2） 有 效 数其 中 公 认 值 : 25 紫 铜 线 膨 胀 系 数 16.6 10-6 K-120 铝 线 膨 胀 系 数 22.0 10-6 K-1铜 线 膨 胀 系 数 为 :17.1 10-6 K-1 铝 线 膨 胀 系 数 为 :23.8 10-6 K-1 利 用 计 算 机 计 算 最 小 二 乘 法 系数 a,b 1、 清 除 数 据 和 模 式 （ SHIFT+CLR;选 3； =）2、 模 式 选 择 （ MODE;选 3 ， REG： 回 归 计 算 ，选 1， 线 性 回 归 ）3、 数 据 输 入 （ , M+; , M+;.）在 REG模 式 中 起 起 DT键 的 作 用4、 获 得 回 归 系 数 ， a,b(SHIFT+2 - - 选 1 = ； 得 到 a(截 距 ） ; SHIFT+2 ;- - 选 2 = ； 得 到 b（ 斜 率 ） )