金屬線膨脹系數(shù)的測定

請按照序號簽到在學生實驗登記表的表上, 并且按照序號入座,簽到,金屬線膨脹系數(shù)的測定,實驗目的 測量金屬線膨脹系數(shù)； 測量銅和鋁的線膨脹系數(shù)(溫度范圍:0-100度) 其中公認值 : 實驗要求；課堂計算 分別測量銅和鋁的線膨脹系數(shù)并計算相對誤差,相對誤差不超過5% 了解千分表的原理及使用方法； 學習PID調(diào)節(jié)的原理。,鋁線膨脹系數(shù)為:23.810-6 K-1,銅線膨脹系數(shù)為:17.110-6 K-1,多數(shù)金屬的線膨脹系數(shù)在 (0.82.5) 10-5/ 之間。 線膨脹系數(shù)是與溫度有關的物理量。當t是一個不太大的變化區(qū)間時，對于確定的材料，我們近似認為是不變的。,實驗原理,物體的長度與溫度的關系: 其中為線膨脹系數(shù).如果在常溫下,我們認為為常量; 長度與溫度的關系變?yōu)? 其中L0為t=0 時,物體長度 作冪級數(shù)展開(很小)得:,實驗表明，當溫度變化范圍不大時，可以忽略. 測量公式: 測量微小變化量方法:光杠桿法,讀數(shù)顯微鏡法,千分表法等,可以將理解為當溫度升高1時，固體增加的長度與原長度之比，單位為/,實驗儀器,金屬線膨脹實驗儀 PID溫控實驗儀 千分表,實驗儀器介紹,一 、金屬線膨脹實驗儀,二、千分表 精密測量微小位移量的測量工具，主要由3個部件組成：表體部分、傳動系統(tǒng)、讀數(shù)裝置。工作原理是將被測尺寸引起的測桿微小直線移動,經(jīng)過齒輪傳動放大,變?yōu)橹羔樤诳潭缺P上的轉(zhuǎn)動,從而讀出被測尺寸的大小。,千分表讀數(shù),金屬棒伸長0.2mm，即探針移動0.2mm時，大表針正好轉(zhuǎn)一周。大表盤上均勻地刻有200個格，因此大表盤的每一小格表示0.001 mm。當大表針轉(zhuǎn)動一圈的同時，小表針跟著轉(zhuǎn)動一小格，所以小表盤的一格代表線位移0.2mm，小表盤上均勻地刻有5個小格，千分表可測量的最大線位移為1mm。,實際測量值等于小表盤讀數(shù)+大表盤讀數(shù)，應該讀到最小刻度0.001mm的下一位，所以若以毫米為單位，測量結(jié)果在小數(shù)點后應有四位數(shù)。,三、開放式PID溫控實驗儀: 包括水箱,水泵,加熱器,控制及顯示電路. 作用:自動控制水箱中水的溫度 執(zhí)行方式：通過可控硅加熱電流來加熱功率P PID調(diào)節(jié)器：按偏差的比例，積分，微分進行調(diào)節(jié) 偏差e(t):設定值-被控量 u(t):調(diào)節(jié)信號 自動控制系統(tǒng)框圖,實驗步驟,1.準備工作。 檢查儀器各部分的水電是否連接好。檢查儀器前面的水位管，將水箱水加到適當值。檢查金屬棒固定端是否連接好。千分表安裝位置是否合適。一旦開始升溫及讀數(shù)，避免再觸動實驗儀器。 2. 設置測量的溫度。 a) 開機，檢查水是否循環(huán)良好 工作方式：進行實驗（確認） b） 設置參數(shù): N 1 室溫：25 設定溫度：30 ,PID調(diào)節(jié)規(guī)律,Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù),其中 選擇項目， 設置參數(shù)。按確認進入下一屏， c)實驗前記錄L0時，千分表讀數(shù) d)按（啟控）按鈕，實驗指示燈即綠燈亮。,PID控制就是閉環(huán)控制，P（比例）：放大作用，快速對偏差作反映；I（積分）：消除靜態(tài)偏差；D（微分）：加快系統(tǒng)反映，提高穩(wěn)定性。,可以用 改變溫度坐標值,實驗數(shù)據(jù)記錄及處理,線膨脹系數(shù)的測定,(1)用作圖法作出Li-ti的曲線 (2)根據(jù)L=L0t，從所作的直線上求出Li-ti直線的斜率K (3)已知長度l=500 mm，根據(jù)=K/l求線膨脹系數(shù),注意事項,1.在實驗過程中（升溫及讀數(shù)）不能接觸和移動實驗儀，否則會影響千分表的讀數(shù)。每個同學的動作要輕，以免影響他人。 2.水箱水位合適 3.溫控儀設置溫度不能超過60。,實驗結(jié)果及評分標準,1、誤差大于5%的90以下。小于5%的90分以上 2、作圖（1）數(shù)據(jù)點（2）取 P1,P2（3）直線擬合合適 3、表格記錄數(shù)據(jù)（1）單位 （2）有效數(shù) 其中公認值 : 25 紫銅線膨脹系數(shù)16.610-6 K-1 20 鋁線膨脹系數(shù)22.010-6 K-1,銅線膨脹系數(shù)為:17.110-6 K-1,鋁線膨脹系數(shù)為:23.810-6 K-1,利用計算機計算最小二乘法系數(shù)a,b,1、清除數(shù)據(jù)和模式（SHIFT+CLR;選3；=）,2、模式選擇（MODE;選3 ，REG：回歸計算，選1，線性回歸）,3、數(shù)據(jù)輸入（ , M+;