金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)定

請(qǐng)按照序號(hào)簽到在學(xué)生實(shí)驗(yàn)登記表的表上, 并且按照序號(hào)入座,簽到,金屬線膨脹系數(shù)的測(cè)定,實(shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)量金屬線膨脹系數(shù)； 測(cè)量銅和鋁的線膨脹系數(shù)(溫度范圍:0-100度) 其中公認(rèn)值 : 實(shí)驗(yàn)要求；課堂計(jì)算 分別測(cè)量銅和鋁的線膨脹系數(shù)并計(jì)算相對(duì)誤差,相對(duì)誤差不超過5% 了解千分表的原理及使用方法； 學(xué)習(xí)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(guān)的物理量。當(dāng)t是一個(gè)不太大的變化區(qū)間時(shí)，對(duì)于確定的材料，我們近似認(rèn)為是不變的。,實(shí)驗(yàn)原理,物體的長(zhǎng)度與溫度的關(guān)系: 其中為線膨脹系數(shù).如果在常溫下,我們認(rèn)為為常量; 長(zhǎng)度與溫度的關(guān)系變?yōu)? 其中L0為t=0 時(shí),物體長(zhǎng)度 作冪級(jí)數(shù)展開(很小)得:,實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí)，可以忽略. 測(cè)量公式: 測(cè)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(dāng)溫度升高1時(shí)，固體增加的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)度之比，單位為/,實(shí)驗(yàn)儀器,金屬線膨脹實(shí)驗(yàn)儀 PID溫控實(shí)驗(yàn)儀 千分表,實(shí)驗(yàn)儀器介紹,一 、金屬線膨脹實(shí)驗(yàn)儀,二、千分表 精密測(cè)量微小位移量的測(cè)量工具，主要由3個(gè)部件組成：表體部分、傳動(dòng)系統(tǒng)、讀數(shù)裝置。工作原理是將被測(cè)尺寸引起的測(cè)桿微小直線移動(dòng),經(jīng)過齒輪傳動(dòng)放大,變?yōu)橹羔樤诳潭缺P上的轉(zhuǎn)動(dòng),從而讀出被測(cè)尺寸的大小。,千分表讀數(shù),金屬棒伸長(zhǎng)0.2mm，即探針移動(dòng)0.2mm時(shí)，大表針正好轉(zhuǎn)一周。大表盤上均勻地刻有200個(gè)格，因此大表盤的每一小格表示0.001 mm。當(dāng)大表針轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的同時(shí)，小表針跟著轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)小格，千分表可測(cè)量的最大線位移為1mm。,實(shí)際測(cè)量值等于小表盤讀數(shù)+大表盤讀數(shù)，應(yīng)該讀到最小刻度0.001mm的下一位，所以若以毫米為單位，測(cè)量結(jié)果在小數(shù)點(diǎn)后應(yīng)有四位數(shù)。,三、開放式PID溫控實(shí)驗(yàn)儀: 包括水箱,水泵,加熱器,控制及顯示電路. 作用:自動(dòng)控制水箱中水的溫度 執(zhí)行方式：通過可控硅加熱電流來(lái)加熱功率P PID調(diào)節(jié)器：按偏差的比例，積分，微分進(jìn)行調(diào)節(jié) 偏差e(t):設(shè)定值-被控量 u(t):調(diào)節(jié)信號(hào) 自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖,實(shí)驗(yàn)步驟,1.準(zhǔn)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(dāng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器。 2. 設(shè)置測(cè)量的溫度。 a) 開機(jī)，檢查水是否循環(huán)良好 工作方式：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（確認(rèn)） b） 設(shè)置參數(shù): N 1 室溫：25 設(shè)定溫度：30 ,PID調(diào)節(jié)規(guī)律,Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù),其中 選擇項(xiàng)目， 設(shè)置參數(shù)。按確認(rèn)進(jìn)入下一屏， c)實(shí)驗(yàn)前記錄L0時(shí)，千分表讀數(shù) d)按（啟控）按鈕，實(shí)驗(yàn)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(duì)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(biāo)值,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理,線膨脹系數(shù)的測(cè)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(zhǎng)度l=500 mm，根據(jù)=K/l求線膨脹系數(shù),注意事項(xiàng),1.在實(shí)驗(yàn)過程中（升溫及讀數(shù)）不能接觸和移動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀，否則會(huì)影響千分表的讀數(shù)。每個(gè)同學(xué)的動(dòng)作要輕，以免影響他人。 2.水箱水位合適 3.溫控儀設(shè)置溫度不能超過60。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),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(diǎn)（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(rèn)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(jì)算機(jī)計(jì)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(jì)算，選1，線性回歸）,3、數(shù)據(jù)輸入（ , M+;