超聲聲速測量

1、超聲聲速測量預習提綱1、實驗任務：（1）用相位法、共振法測空氣中的聲速；（必做）（2）用時差法測空氣中的聲速； （選做） 2、實驗原理：（1）壓電陶瓷換能器如何進行工作的？ （2）駐波如何形成？（3）三種測量方法的主要實驗原理如何？xi是半個波長還是一個波長？ （4）2x5（5）如何利用逐差法計算波長？（入=，測10個數(shù)據(jù)用逐差法進行處理）3、操作規(guī)范：（1）為什么要進行諧振頻率調節(jié)？如何調？（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）時差法中如何調節(jié)使接收波信號幅度始終保持一致？ （5）如何正確使用示波器？4、數(shù)據(jù)處理：（1）逐差法是采用逐項逐差還是隔項逐差； （

2、2）如何設計表格及必要數(shù)據(jù)的具體計算過程；（3）為什么時差法中延遲時間ti-ti-1必需是三位有效數(shù)？5、結果討論和誤差分析：（本次實驗項目的重點）。 （1）二種或三種測量方法的優(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。超聲聲速測量數(shù)據(jù)記錄表格設計提示實驗數(shù)據(jù)及結果：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： 計算過程同上=0.5s =3、時差法： 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容易出現(xiàn)誤差，而相位比較法用里薩爾圖形的斜率正、負直線觀察出現(xiàn)誤差較小，而時差法誤差最小，其實驗原理決定了該實驗方法的誤差。2、在調節(jié)諧振頻率時，由于信號源穩(wěn)定性較差，開始時的諧振頻率跟實驗結束時的諧

4、振頻率有變化，變小，存在系統(tǒng)誤差。3、聲速測量儀存在一定的回程差，所以在調節(jié)時一定要朝同方向調節(jié)，盡量避免回程差。結果討論及定量分析：測得諧振頻率：f1=37018赫茲 f2=37016赫茲 f3=37015赫茲 f4=37013赫茲 f5=37011赫茲 f=37015赫茲測得波長：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：=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：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：諧振頻率的相對不確定度跟波長的相對不確定度相比，大大小于波長的相對不確定度，速度的不確定度主要取決于波長的相對不確定度，而諧振頻率的相對不確定度可以忽略不計。（具體數(shù)據(jù)代入誤差定量說明過程由學生處理）從上誤差定量分析可得：該實驗諧振頻率變化引起誤差對超聲聲速的測量結果影響可以忽略不計，而波長變化引起誤差比諧振頻率變化