試驗(yàn)13X光透視與食鹽晶體結(jié)構(gòu)分析-復(fù)旦大學(xué)物理教學(xué)試驗(yàn)中心

1、7-5用計(jì)算機(jī)實(shí)測(cè)技術(shù)研究冷卻規(guī)律1. 實(shí)驗(yàn)沿革：對(duì)流冷卻規(guī)律是量熱學(xué)的根本規(guī)律，在熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到它。而籍計(jì)算機(jī)用最小二乘法作直 線擬合來求得對(duì)流冷卻的經(jīng)驗(yàn)公式，又是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的根本方法之一。傳統(tǒng)的冷卻規(guī)律實(shí)驗(yàn)，在 冷卻過程中的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)結(jié)果變換、處理、結(jié)果分析，均由實(shí)驗(yàn)者人工記錄及處理，而本實(shí)驗(yàn) 利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)時(shí)地對(duì)整個(gè)冷卻過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄和分析，由此更準(zhǔn)確地獲 取實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)信息，提高了實(shí)驗(yàn)精度，加速了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析過程，從而大大節(jié)省實(shí)驗(yàn)工作人員的 勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量，這也是現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)的開展方向。2. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?初步掌握如何利用溫度傳感器及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行冷卻規(guī)

2、律物理實(shí)驗(yàn)研究；2熟悉并了解本實(shí)驗(yàn)對(duì)原始測(cè)量的物理量溫度如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換過程；3掌握對(duì)非線性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換的根本方法之一對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換；4進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)專用軟件的運(yùn)用，體會(huì)計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方面 的異同及優(yōu)缺點(diǎn)。3. 實(shí)驗(yàn)原理：熱量傳遞三種方式：輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流。 對(duì)流兩種類型：自然對(duì)流、強(qiáng)迫對(duì)流。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)熱體因?qū)α鞫⑹У臒崃靠捎上率奖硎荆汗?Er 一如m 1QA：t：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)熱體因?qū)α鞫⑹У臒崃?；，：熱體外表的溫度；no：周圍流體的溫度室溫 ； E與流體的比熱容、密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)以及流體速度的大小和方向等有關(guān)。由量熱學(xué)可知，對(duì)一定的物體，單位時(shí)間損失的熱量

3、與單位時(shí)間溫度的下降值成正比，d .經(jīng)推導(dǎo)得： d kv0m 2dt0流體是氣體時(shí)：自然對(duì)流 m = 1.25 ;強(qiáng)迫對(duì)流 m = 1。冷卻規(guī)律曲線方程2兩邊取對(duì)數(shù)，變換為直線方程：砸()=mlog(如 log(-K) dtd日log(-不) x = log(v0) b=log(-K)y = m x +b4. 預(yù)習(xí)要求及質(zhì)疑：1熟悉計(jì)算機(jī)實(shí)測(cè)物理實(shí)驗(yàn)的整體實(shí)驗(yàn)框架及信號(hào)流程；2知道本實(shí)驗(yàn)主要是研究在對(duì)流狀態(tài)下物體的冷卻規(guī)律；3了解自然對(duì)流與強(qiáng)迫對(duì)流的定義；4熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并寫好預(yù)習(xí)報(bào)告和記錄表格。5質(zhì)疑：1儀器設(shè)備及實(shí)用軟件的開啟順序是如何規(guī)定的？2加熱物體散熱過程主要有哪三種方式？實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如

4、何控制環(huán)境條件的相對(duì)穩(wěn)定從而減小實(shí)驗(yàn)誤差？5 實(shí)驗(yàn)步驟及考前須知：設(shè)備儀器啟動(dòng)：連接溫度傳感器與通用實(shí)驗(yàn)室接口(DIN1 )7開啟通用實(shí)驗(yàn)室接口尾部電源開關(guān)t開啟計(jì)算機(jī)電源t點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)應(yīng)用軟件圖標(biāo)翻開軟件窗口t正常狀態(tài)下“工具欄將顯示出 現(xiàn)紅色“ Collect 按鈕。6.操作：(有者為菜單操作流程)1 .設(shè)置端口： 設(shè)置 T傳感器(S) t “傳感器設(shè)置卡選中 DIN1(或 DIN2，此時(shí) DIN1tNone ) 端口 , 傳感器 t“ Temperature = Direct Connect , 定標(biāo) t“ deg _ c _ dc ,按“確定鈕。定標(biāo)以后，傳感器的溫度顯示在曲線圖窗口下方的

5、狀態(tài)欄上實(shí)時(shí)顯示。2. 設(shè)置采樣長度及采樣速度： 設(shè)置 t 數(shù)據(jù)收集 t “Sampling 卡采樣長度(Experiment Length) 50 S ,采樣速度(Sampling Speed) _0.5點(diǎn)/S ,按“確定鈕.3. 測(cè)室溫：按“Collect 鈕，得到室溫曲線，對(duì)室溫曲線求平均：查看 t自動(dòng)比例調(diào)整，看到室溫曲線。分析(Analyze ) t 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(Statistics )。記錄下室溫的平均值T° (Mean)。4. 自然冷卻：1) 采樣長度t 300s2) Y軸標(biāo)度修改為 0100 C 查看t曲線圖選項(xiàng)T “軸線選項(xiàng)卡：在Y軸比例框內(nèi)選中“手工比例調(diào)整，最小值

6、 t 0 ,最大值 T 100。3) 對(duì)傳感器加熱：調(diào)壓變壓器調(diào)至20V,溫度傳感器在電阻加熱器中加熱至90100 C,調(diào)壓變壓器調(diào)回0V,取出傳感器，放平穩(wěn)后，立刻按回車鍵開始采集數(shù)據(jù)，得到自然冷卻曲線。5. 建立垂直雙窗口，并建立新的坐標(biāo)系： 建立垂直雙窗口查看(View )t曲線圖窗口布局( Graph Layout ) 選中“垂直雙窗口布局圖，按“確定鈕。 1個(gè)窗口為Temperature - time坐標(biāo)系，選中另外 1個(gè)窗口建立為dTlog(-一) log(T -T0)坐標(biāo)系。dt-JT建立新列l(wèi)og( -)：dt 數(shù)據(jù)(Data )t 新建數(shù)據(jù)列(New Column )t 通項(xiàng)

7、公式(Formula) 選中“選項(xiàng)(options )卡，在標(biāo)號(hào)框內(nèi)用鍵盤輸入：全稱(Long Name)log(-dT/dt),簡(jiǎn)稱(Short Name )y_,單位(Un its )c/s選中“ Definition 卡，在Equation框內(nèi)定義新列l(wèi)og(-匹)dt用鍵盤輸入，變量"Temperature "Time在"Variables 框內(nèi)選。最后，在 Equation 框內(nèi)顯示 log(- derivative( “Temperature )/ derivative( “Time )，按"確定鈕。建立新列l(wèi)og(T -T0): 數(shù)據(jù)(Da

8、ta) 新建數(shù)據(jù)列(New Column )宀 通項(xiàng)公式(Formula)選中“選項(xiàng)(options )卡，在標(biāo)號(hào)框內(nèi)用鍵盤輸入：全稱(Long Name)log(T -T0)簡(jiǎn)稱(Short Name )x ,單位(Un its )c。選中“ Definition 卡，在 Equation框內(nèi)定義新列l(wèi)og(T -T0):其中函數(shù)“ log()在“ Function 框內(nèi)選，變量“Temperature 在“ Variables框內(nèi)選，To為已測(cè)好的室溫?cái)?shù)值(如：25.078 )。最后，在 Equation 框內(nèi)顯示 log( “Temperature - 25.078)，按“確定鈕。-JT

9、單擊Y軸坐標(biāo)名t多項(xiàng)選擇框內(nèi)僅選擇為log()；dt同樣，單擊X軸坐標(biāo)名(time) t單項(xiàng)選擇框內(nèi)僅選擇為log(T -T0)。dT6對(duì)log() log(T -T0)坐標(biāo)系內(nèi)圖線進(jìn)行擬合：dt 分析(An alyze ) t 線性擬合，得 mb值。7 .重測(cè)室溫：操作同第2、3點(diǎn)。把新的室溫平均值通過修改數(shù)據(jù)列修改到log(T-T0)中： 數(shù)據(jù)(Data )t 修改數(shù)據(jù)列l(wèi)og (T-T0)，對(duì)式中T0值進(jìn)行修改，按“確定鈕。&強(qiáng)迫冷卻：1) 采樣長度t 100 s2) y軸標(biāo)度：0100 C3) 調(diào)壓變壓器調(diào)至 20V,溫度傳感器在電阻加熱器中加熱至90100 C,調(diào)壓變壓器調(diào)回

10、0V,取出傳感器，用電風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻，立刻按回車鍵開始采集數(shù)據(jù)，得強(qiáng)迫冷卻曲線。dT9對(duì)log() log(T -T0)坐標(biāo)系內(nèi)圖線進(jìn)行擬合：dt 分析(An alyze ) t 線性擬合，得 mb值。4.實(shí)驗(yàn)操作及結(jié)果的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):1)預(yù)習(xí)報(bào)告3分2)實(shí)驗(yàn)操作2分3)實(shí)驗(yàn)觀察與記錄2分4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象討論和思考題3分5. 實(shí)驗(yàn)儀器及器材:風(fēng)扇、電阻加熱器、調(diào)壓變壓器、AD590作為溫度傳感器、電流(I)/電壓(V)轉(zhuǎn)換器、通用實(shí)驗(yàn)室接口( ULI )、計(jì)算機(jī)。6. 實(shí)驗(yàn)操作指南:7. 典型測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算作圖：輸入端口： DIN1 DIN2自然冷卻強(qiáng)迫冷卻自然冷卻強(qiáng)迫冷卻自然冷卻強(qiáng)迫冷卻第1次:第1次第2次第2次第3次第3次測(cè)量室 溫采樣長度/S505050505050采樣速度/點(diǎn)/ s0.50.50.50.50.50.5室溫/0c數(shù)據(jù)采 集采樣長度/S300100300100300100采樣速度/點(diǎn)/ s0.150.150.50.511溫度范圍/ 0cmb冷卻曲線對(duì)數(shù)變換后冷卻曲線y = m x +b&思考題1、實(shí)驗(yàn)中是否應(yīng)對(duì)溫度傳感器定標(biāo)？為什么？ 略。3中的k值是否相同？為什么?2