超聲聲速測(cè)量

1、超聲聲速測(cè)量預(yù)習(xí)提綱1、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：（1）用相位法、共振法測(cè)空氣中的聲速；（必做）（2）用時(shí)差法測(cè)空氣中的聲速； （選做） 2、實(shí)驗(yàn)原理：（1）壓電陶瓷換能器如何進(jìn)行工作的？ （2）駐波如何形成？（3）三種測(cè)量方法的主要實(shí)驗(yàn)原理如何？xi是半個(gè)波長(zhǎng)還是一個(gè)波長(zhǎng)？ （4）2x5（5）如何利用逐差法計(jì)算波長(zhǎng)？（入=，測(cè)10個(gè)數(shù)據(jù)用逐差法進(jìn)行處理）3、操作規(guī)范：（1）為什么要進(jìn)行諧振頻率調(diào)節(jié)？如何調(diào)？（2）如何理解示波器上的的直線、橢圓圖形？ （3）如何避免回程差？（4）時(shí)差法中如何調(diào)節(jié)使接收波信號(hào)幅度始終保持一致？ （5）如何正確使用示波器？4、數(shù)據(jù)處理：（1）逐差法是采用逐項(xiàng)逐差還是隔項(xiàng)逐差； （

2、2）如何設(shè)計(jì)表格及必要數(shù)據(jù)的具體計(jì)算過程；（3）為什么時(shí)差法中延遲時(shí)間ti-ti-1必需是三位有效數(shù)？5、結(jié)果討論和誤差分析：（本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)）。 （1）二種或三種測(cè)量方法的優(yōu)劣比較，定量分析引起誤差的原因；（2）百分差一般控制在5%以內(nèi)。超聲聲速測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計(jì)提示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果：1、共振干涉法： 溫度：t= ± 01、 共振干涉法：xi=(xi+5-xi)=儀S=-mmx=-mm21=x=-mmx=xi55=-m-m22=x=-mm =x=-mm V=f=-55V=f =- V=V±=-±-()VS=V0=331.45=-()=VV100%=-%V-V

3、SE=100%=-%P VS2、相位比較法： 計(jì)算過程同上=0.5s =3、時(shí)差法： L=0.015mm 同理:tLV=- V=V=- tVV-V100% EP=100% V=V±V=-±- EV=VSV()誤 差 分 析 舉 例結(jié)果討論及定性分析：1、從百分差中可知，共振干涉法的誤差最大，其次是相位比較法，最小是時(shí)差法。共振干涉法的誤差最大原因：主要是每次觀察正弦波波峰最大時(shí)容易出現(xiàn)誤差，而相位比較法用里薩爾圖形的斜率正、負(fù)直線觀察出現(xiàn)誤差較小，而時(shí)差法誤差最小，其實(shí)驗(yàn)原理決定了該實(shí)驗(yàn)方法的誤差。2、在調(diào)節(jié)諧振頻率時(shí)，由于信號(hào)源穩(wěn)定性較差，開始時(shí)的諧振頻率跟實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的諧

4、振頻率有變化，變小，存在系統(tǒng)誤差。3、聲速測(cè)量?jī)x存在一定的回程差，所以在調(diào)節(jié)時(shí)一定要朝同方向調(diào)節(jié)，盡量避免回程差。結(jié)果討論及定量分析：測(cè)得諧振頻率：f1=37018赫茲 f2=37016赫茲 f3=37015赫茲 f4=37013赫茲 f5=37011赫茲 f=37015赫茲測(cè)得波長(zhǎng)：1=9.5410-3米2=9.5810-3米2=9.4010-3米2=9.5410-3米2=9.4610-3米=9.50410-3米定量分析一：測(cè)得超聲聲速：V=f=370159.50410-3=351.8米(2)取諧振頻率：f1=37011赫茲 波長(zhǎng)：=9.50410-3米 可得：Vf=f1=370119.50

5、410-3=351.8米(2)取諧振頻率：f=37015赫茲 波長(zhǎng)：1=9.4010-3米 可得：V=f1=370159.4010-3=347.9米(秒2) 351.8-351.8100%=0% 351.8（諧振頻率變化）E（波長(zhǎng)變化）定量分析二： Pf=V-VfV100%=EPV-V351-.8347.9=10%0=1%=001. 1351.8V%V=VV從不確定度傳遞公式來考慮： 從不確定度傳遞公式可知：諧振頻率的相對(duì)不確定度跟波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度相比，大大小于波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度，速度的不確定度主要取決于波長(zhǎng)的相對(duì)不確定度，而諧振頻率的相對(duì)不確定度可以忽略不計(jì)。（具體數(shù)據(jù)代入誤差定量說明過程由學(xué)生處理）從上誤差定量分析可得：該實(shí)驗(yàn)諧振頻率變化引起誤差對(duì)超聲聲速的測(cè)量結(jié)果影響可以忽略不計(jì)，而波長(zhǎng)變化引起誤差比諧振頻率變化