中南大学物理实验报告doc.docx
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中南大学物理实验报告doc
中南大学物理实验报告
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附一逻辑无环流系统实验报告
一、实验目的：
1）熟悉和掌握逻辑无环流可逆调速系统的调试方法和步骤；
2）通过实验，分析和研究系统的动、静态特性，并研究调节的参数对动态品质的影响；3）通过实验，提高自身实际操作技能，培养分析和解决问题的能力。
二、实验内容：
各控制单元调试；
整定电流反馈系数β，转速反馈系数α，整定电流保护动作值；测定开环机械特性及高、低时速的静特性n?
f（Id）；闭环控制特性n?
f（Id）的测定；
改变调节器参数，观察、记录电流和速度走动、制动时的动态波形。
三、实验调节步骤：
1双闭环可逆调速系统调试原则：
①先单元，后系统； ②先开环，后闭环； ③先内环，后外环 ④先单向，后双向。
2系统开环调试
系统开环调试整定：
定相分析：
定相目的是根据各相晶闸管在各自的导电范围，触发器能给出触发脉冲，也就是确定触发器的同步电压与其对应的主回路电压之间的正确相位关系，因此必须根据触发器结构原理，主变压器的接线组别来确定同步变压器的接线组别。
Α=90°的整定制定移相特性
带动电机整定α和β3系统的单元调试
ASR、ACR和反相器的调零、限幅等
逻辑单元的转矩特性和零电流检测的调试4电流闭环调试5转速闭环调试
四、触发器的整定
先将DJK02的触发脉冲指示开关拨至窄脉冲位置，合DJK02中的电源开关，用示波器观察A相、B相、C相的三相锯齿波，分别调节所对应的斜率调节器，使三相锯齿波的斜率一致。
观察DJK02中VT1~VT6孔的六个双窄脉冲，使间隔均匀，相位间隔60度。
触发器移相控制特性的整定；
V时，?
?
如图6-1所示，系统要求当U90?
，电机应停止不动。
因此要调ct?
0
整偏移电阻U
p
，使?
?
90?
。
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图6-2-1触发器移相控制特性
测得当?
时所对应的值?
，该值将作为整定ACR输U?
?
?
?
?
30?
ctmmin出
最大正限幅值的依据；测得当
时所对应的值?
，U?
?
?
?
150?
（?
?
?
?
30?
）
min
ctm
该值将作为整定ACR输出最大负限幅值的依据。
五、系统的开环运行及特性测试
高速特性的测试：
逐步增加给定电压，使电动机启动、升速。
调节Ug（Uct）和滑动变阻器的阻值，
I?
?
n?
1600rpm使电机电流I，转速n。
给定Uct保持不变，做得高速特d?
eded
性如表6-1所示。
改变滑动变阻器，使负载电流Id由下降，并记录所对应的转速和整流电压Ud，即可测出高速时的开环机械特性n?
f（Id）。
表6-3-1电机高速特性
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低速特性的测试：
调节Ug，电机仍然旋转，（Uct）和滑动变阻器的阻值，使电机电流Id?
N?
转速n?
100左右。
测得低速特性如表6-3-2所示。
rpm
表6-3-2电机低速特性
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图6-3-3电机高低速开环特性图
速度反馈特性的测试：
改变uct，使电动机的转速分别为下列表中所示，读出所对应的反馈电压ufn的大小，作出u=f特性，并检查其反馈的线性度
图6-3-5电机转速反馈的线性度六、系统单元调试
1、电流调节器ACR的调试
先切断主电路和励磁电源开关，切断DJK02中的电源开关；合电源总开关和DJK04中的电源控制开关，DJK04中的电源控制开关，DJK04中的给定电位器逆时针调至零位，使给定Uct为0V。
将ACR接成比例调节器，给定Uct为0V，调节放大器调零电位器RP4，使其输出为0V。
给定Ug为正信号，其输出应为负，调节负限幅电位器RP2，使给定Ug继续增大，其值不变。
给定Ug为负信号，其输出应为正，调节负限幅值=3V。
当给定Ug继续增大，其值不变。
2、速度调节器ASR的调试
调试方法同ACR的调试方法，但输出的正负限幅值为?
5V。
3、反相器AR的调试
将输出给定单元输出直接输入AR的输入端，用万用表测量输入与输出，特性就满足式。
U ?
?
Uoutin
4、逻辑控制单元的调试①电平检测器的调试
a）转矩极性鉴别器DPT的调试
将输入给定单元输出直接接到DPT的输入端，用万用表或示波器观察其输出。
先检测回环宽度，调节电位器RP1，使回环宽度对称纵坐标，如特性图。
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图6-4-1入—回环特性图b）零电平监测器DPZ的调试
将输入给定单元输出直接接到DPZ的输入端，用万用表或示波器观察其输出。
先检测回环宽度；调节电位器RP3，使回环如图所示。
图6-4-2DPZ特性
②逻辑控制器DLC的调试
DLC有两个输入端：
vr和vz，若要求两个输入端同时为“1”态或“0”态，其信号可以直接从输入给定单元输出端获得；若一个为“1”态可从输入给定单元测试其逻辑功能，逻辑功真值表应如表6-4-3所示。
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5、系统整体调试
1）合保护电路开关K1→电动机励磁开关→控制电源开关→合直流高速主电源开关
K2。
2）系统动态波形的观察与性能指标分析。
①闭环机械特性的测定n?
f（Id）：
先将系统停下来，将发电机输出接滑动变阻器，
?
n?
1600rpmI?
调节调动变阻器和速度给定，使n，I，给定不变，调节edd?
ed
滑动变阻器使Id下降，从而测出其高速机械特性。
低速机械特性仿照开环系统n?
f（Id）方法进行。
②调节活动变阻器，使Id?
1A左右，观察系统从原始突加正向起动→正向运行→突给正向停车的转速和电流的波形。
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3）测试系统对扰动信号的抵抗能力。
电机起动后在稳态情况下，先使主回路电流Id?
左右。
①突加负载，用示波器观察电动机转速变化情况；
②突降负载
七、小结
在实验室模拟条件下，所设计的直流双闭环调速系统可以满足四辊冷轧机的卷取机所要
求的性能指标：
?
，?
；?
5%?
10%i%i%
稳态时，转速无静差；能够快速起动、制动；
经过实验室的调试，系统最终能较好的运行，从灵素开始速度给定，以及突加速度给定信号，系统都能够正常地启动，升速至给定的速度值。
电动机在零速时出现蠕动，现象是左右转，这种现象有两种可能性，一是系统的晶闸管的触发的偏置电压未调整好，另外一种就是系统的回环比较整定不理想，但偏置电压已确认调整好，只有回环比较环节，因给定单元的旋钮有故障，无法比较为准确的调整回环比较参数，所以不是偏置电压的问题，而应该是回环比较的问题。
而且调试中发现回环参数调整得电位器出现了误差较大，难以整定的。
系统突加给定时，开始这个速度给定难以调到很高，否则也同样出现过流跳闸报警，速度也只能在800左右突加速度给定，可能是系统的电流超调量过大，PI参数中，增大比较有利于系统的快速性，但与此同时也增加了系统的超调量，从而必须加大反馈的作用或者增加I的作用，稍微减少P的强度，按照这样，经过调试果然效果不一样，突加给定的信号可以给到很大，基本上是零至额定速度的给定范围，说明系统的参数经过整定后比较好，而且系统在正反转情况下都可以突加给定，正常运行。
在试验中还出现了缺相的故障，导致系统转速无法升高以及出现较为明显的电流波动现象，并使电流调节器一直出去饱和输出限幅状态，使系统工作于开环状态，电流环不起作用，修股缺相故障后，系统可以正常运行。
通过本次实验，使自己加深了对电力电子技术中的三相整流、运动控制中的系统分析和验证的理解，并通过实际动手，将理论与实际相结合，提高了自己的设计和动手能力。
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物理实验竞赛实验设计报告
三线扭摆法测量圆环转动惯量实验的改进
一.实验前提
用三线摆测量转动惯童实脸中，一般采用直接观察三线摆下圆盘的振动来测量周期，这样测量有以下两条弊病:
1.下圆盘扭转的角度不易确定。
2.做为计时起止点的平衡位置不易看准。
由此带来的误差较大，且计时不方便。
所以我们采用了利用激光器与镜面投影，找到5度的位置，使之摆动角度可以精确到5度以内，减少误差。
然后我们在转动惯量实验中利用光电门和MUJ-6B电脑通用计数器,在不改变悬盘形状与质量分布的前提下,采用非接触式测量,可以更准确地测量摆盘的摆动周期。
这样我们克服了前述二条弊病，使实验精度有所提高。
二.改进原理简述
1.转动惯量测量公式与摆角的关系
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三.实验仪器
基本仪器设施：
三线摆台架，待测金属圆环，游标卡尺，米尺，激光器，光电门，MUJ-6B电脑通用计数器，水准仪，自制纸质挡屏，机械秒表，小立镜。
主要仪器用途介绍：
1.小立镜：
用于反射激光至挡屏，观察扭摆角度，方向垂直于激光方向摆放。
2.MUJ-6B电脑通用计数器：
用于记录周期。
其
精度可以达到级别，可以有效提高实验的精度。
在计算周期的时候，将功能键调整到周期一档，然后通过长按转换键，调整需要记录的周期数。
3.激光器:
在将激光器通过水准仪调平之后，使光线水平发射到小立镜处反射到挡屏。
4.光电门：
配合MUJ-6B电脑通用计数器记录每次
挡光小纸片经过光电门的时间间隔。
5.自制纸质挡屏：
挡屏朝
向三线摆仪的面与圆盘中心的距离为一米，然后通过
找5度的角度找到挡屏上对应的点，并在位置处画线以示标记。
具体的实验仪器组合为：
四.实验步骤
1.按照普通方法测量周期等物理量。
2.通过借用米尺，使三条摆线等长，然后将水准仪放到圆盘上，通过调整底座，使水准仪的气泡处于中间位置。
2.在三线摆下圆盘上放置宽l厘米、高3厘米的矩形玻璃小镜。
让小镜的竖直中心轴与三线摆扭转轴重合。
距小镜一定距离处放置一长度45厘米、宽20厘米的挡屏（硬纸板盒），挡屏正面正对镜面，屏背面放置一激光源，在屏正中间开一窄缝，使激光束能通过窄缝照在小镜上，从小镜面反射的光束照在屏上，屏上窄缝两侧画有对称线，对称线根据小镜的距离所画。
这样当光点在距离s=摆角不超过5度。
3.调整激光器的高度和水平，通过垫高和水准仪不断调整，使激光器水平照射到三线摆仪圆盘上的小镜子上，然后调整挡屏的位置，使激光正好从缝中穿过，并有光线反射投影在挡屏之上。
4.在圆盘上粘贴上一个挡光片，然后将光电门安置在桌面，使挡光片和光电门有充分长的重合部分，使之完全挡光。
5.将光电门与MUJ-6B电脑通用计数器连接。
6.打开激光器，通过观察挡屏上光点的位置确认圆盘完全静止。
然后使圆盘进行扭转，通过调整和观察光点位置使扭摆角度小于5度。
7.然后使用MUJ-6B电脑通用计数器在测量周期的时候，将功能键调整到周期一档，然后通过长按转换键，调整需要记录的周期数，然后在这个数的基础上，数字不断减少，直到为零时读出所有数量周期的总时间。
然后我们选择不同的周期数，对其进行精确测量。
五.数据处理
下面是某个实验最终算出的数据：
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上表中不确定度的计算结果表明,周期T0和T的不确定度在转动惯量的最终不确定度中占的比重最大,它们的相对不确定度之和为8·38%,占Er（I）的比例为99·8%,可见周期的不确定度是最终不确定度的主要来源。
因此,提高周期的测量精度对降低转动惯量的不确定度具有重要意义。
在周期的相对不确定度中,A类不确定度占的权重均要比B类不确定度大,说明三线摆在摆动过程中,周期变化较大,而能引起周期变化较大的原因可能是三线摆的调节没有达到测量要求;或是由于三线摆摆幅过大,测量过程中摆幅会逐渐衰减,而周期也会随着摆幅的衰减产生较大的波动所致。
所以在测量周期前,三线摆上下圆盘应调节至完全水平,并且摆线长度应远大于圆盘直径。
在测量时,应尽量使三线摆绕中心轴OO′转动,摆角控制在5°以内,且待三线摆的转动稳定以后再计时，并控制好测量的周期次数。
下面对其进行具体分析：
转动惯量是刚体在转动中惯性大小的量度，它与刚体的总质量、形状和转轴的位置有关。
对于形状较简单的刚体，可以通过数学方法计算出它绕特定轴的转动惯量。
但是，对于形状较复杂的刚体，用数学方法计算它的转动惯量非常困难，故大都用实验方法测定。
由于三线摆具有
结构简单、操作简便、比较实用等优点，因此实用较广泛。
但是在做该实验时，往往出现实验结果与理论值比较的误差较大，所以我们通过新的方法对其进行改进，加大精度，减小误差
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六.分析与讨论实验结果
1.实验过程中遇到的问题及解决方法
在实验开始阶段，我们最先遇到的问题就是仪器整体的摆放问题，由于其中挡屏朝向三线摆仪的那面与圆盘中心要求一米，而且所有物品需要水平放置，并要激光器发射点与镜面在水平线上，而难以找到合适的位置。
由于实验条件所限，不能使其完全达到标准，且没有够长的桌面，所以我们选用两张桌子拼起，并找一些相对几何形状比较规则的物品来垫高，在加上水准仪的而配合，简略地完成了仪器的摆放安置工作。
在准备阶段，首先要进行调平工作。
开始阶段，我们只是调节底座，使圆盘水平，但后来发现，这样无法保证三条摆线的等长，所以我们先通过米尺调整三条摆线等长，再调节底座，使圆盘水平，这样就保证了实验的要求。
然后在激光器和镜子的摆放上，开始阶段，我们只是用激光照射到镜子上，但这样不能使激光水平反射，没有反射到挡屏上，所以我们经过不断调整使激光器基本保持水平，达到预期要求。
在开始使三线摆进行扭摆的时候，我们发现每次实验在挡屏上的反射并不关于缝对称，原因是挡光片方向与激光方向垂直，且与镜子方向平行，所以若从挡光片正好处于光电门中间开始扭摆，必然无法使其关于缝对称，所以在每次首先使圆盘完全静止时，使挡光片偏离一些角度，而这个角度可以通过反射在挡屏上看到，使其不大于5度，从这样的位置开始扭摆，就能基本使其扭导致的反射的位置关于缝对称，更好地进行比对。
我们在此实验中需要采用MUJ-6B电脑通用计数器和光电门的配合使用。
对于这个仪器的使用，我们只在研究气体导轨上的运动定律中学过，而且只学了计时的功能，并应用两个光电门来测量时间间隔。
所以首先在基本将光电门固定好和将挡光片与圆盘粘合之后，我们开始进行周期的测量。
开始我们忽略了挡光片的宽度，采用计时功能来计时，记录20组数据，但是后来发现，这样测得的时间仅仅是挡光片挡光的时间，并不是所需要的时间间隔。
然后经过查阅资料发现，对周期的测量可以选择周期功能键，长按转换键选择所需测量的周期数，然后再按功能键使之逐个减少，直至减为0，输出经过这么多个周期的总时间。
通过这样的改正与修正，可以基本达到预期要求。
2.实验结果分析
用三线摆测量转动惯量是一种常用的方法，从理论上讲，被测刚体在运动过程中必须是单一的定轴转动，不存在其它运动形式。
但实际情况是这一条件很难满足，其原因又是多方面的，所以实验产生的误差是各种原因的组合。
当我们深入了解产生误差的原因后，我们才能采取适当的措施对实验仪器和测量方法进行改进，最大限度的减小实验误差。
通过前后两次的实验对比，我们可以得到以下几个结论。
1.我们发现在没有控制角度的情况下的误差是%，虽然这个数值已经很小，但是我们在改进之后的误差是%。
基于前面的角度对实验结果的影响，我们对转动的角度的控制能很好的减少这个因素对实验结果带来的影响。
由前面的周期与摆角关系曲线，我们的角度基本控制在5度以内，此时的角度对整个实验结果带来的误差基本可以忽略。
2.前面的第一次实验我们是用数周期的方法来判断50此转动所经过的时间。
这样的误差就有以下两个方面。
第一是按下秒表计时的误差。
在扭摆开始摆动的时候我们的开始记录值往往是不准确的，这样会有不可避免的误差。
第二就是我们数的过程中很容易出现错误，就算没有，在最后停表的那一下也很容易在时间上产生微小的误差。
而我们的后来的时间的测定完全是由机器来控制的。
并且是精确到毫秒。
我们可以从实验记录的数据上分析这些数据的波动非常的小。
而且用光电门计时的时候完全是整数个周期，这就避免了我们人工计数的时
候周期不全或者多了半个周期的情况，因为用肉眼有个时候容易产生一些错觉。
3.虽然我们这个实验中用到了小镜子，但是由于这个镜子在两次测量时位置均没有发生变化。
而且它的质量很小，可以忽略不计。
对于圆环的转动惯量的测量不产生影响。
但是对圆盘的转动惯量会有轻微的影响。
但是我们的实验装置的主要目的并不在于测圆盘的转动惯量而是在测其他物体的转动惯量，故这个实际中是可以相切合的。
并不和我们的目的相违背。
中南大学物理化学实验1
4.2分（8414）为测定物质在600～100℃间的高温热容,首先要精确测量物系的温度。
此时测温元件宜选用：
（D）
（A）贝克曼温度计 （B）精密水银温度计 （C）铂-铑热电偶（D）热敏电阻
11.2分（8457）对旋光度不变的某样品,若用长度为10cm,20cm的旋光管测其旋光度,测量值分别为a1,a2,则：
（B）
（A）a1=２a2（B）２a1=a2
（C）a1=a2（D）a1≠a2
27.2分（8554）在电导实验测定中，需用交流电源而不用直流电源其原因是：
（A ）
（A）防止在电极附近溶液浓度发生变化（B）能准确测定电流的平衡点
（C）简化测量电阻的线路（D）保持溶液不致升温
28.1分（8556）测量溶液的电导时,应使用：
（B ）
（A）甘汞电极 （B）铂黑电极 （C）银—氯化银电极 （D）玻璃电极
29.1分（8557）用电导法可以测量下列哪种溶液的平衡电离常数?
（B）
（A）CH3COONa（B）CH3COOH（C）CH3CH2OH （D）H2SO4（稀）
37.5分（8552）测定电解质溶液的电导常用__惠斯顿交流电桥________法，电导池常数的定义是____Kcell=l/A_____，它的测定方法是 由交流电桥测已知电导率溶液的电阻得R，1/R=k/Kcell。
38.2分（8555）对溶液电导的测量时，由于离子在电极上放电，会产生极化现象，因此通常都是用较高___频率____的__交流_____电桥来测量的，所用的电极均镀以___铂黑____以减少极化作用。
43.10分（8413）现要安装一个50℃以下的恒温水槽,应如何考虑下列问题：
①需要有哪些部件?
②如何配置恒温槽各部件?
③恒温槽放在20℃的实验室内,欲控制℃的恒温温度。
恒温槽在℃时的散热速率是℃·min,恒温槽内盛水dm,问应使用多少瓦的控温加热器为好?
己知1dm水为1000g,水的热容为J·g·K。
④若恒温槽控制的温度略低于室温,应采取什么措施才能达到恒温目的（不用现 成的致冷仪器）?
答:
（1）玻璃缸一个,加热器一个（功率恰当）,水银温度计一根（50℃以下,1/10刻度精度）,水银导电表（至少50℃以下）一个,搅拌器一个,继电器一个,调压变压器（功3-1-1-13
率与加热器相当）一个。
（分）
（2）搅拌器与加热器靠近,以迅速传递热量使浴槽温度均匀。
温度计与水银导电表 靠近并尽量放置在恒温槽要使用的区间周围,以便使用区间的恒温温度控制好。
部件的 安放要注意恒温槽的横截面,亦要注意深度。
（分）
（3）/60××1000××?
42W。
加热器功率为42W与散热速率 匹配。
（分）
（4）需在恒温槽内放置金属（传热好）蛇形管,管内通温度较低的冷却水,冷却水带走
的热量要比室温传给恒温槽的热量多,再用小功率的加热器由水银导电表及继电器控温, 以达到低于室温的恒温。
（分）
45.10分（8452）已知某物质的相对分子质量为146,它溶于环己烷中,但不知道它在环己烷中是以单体还是二聚体，或两者的平衡状态存在。
请提出一种实验方法,对该物质在环己烷中的存在状况作出判断。
答:
可用凝固点降低测相对分子质量（或摩尔质量）的方法。
公式：
MB=KfWB/△TfWA计算MB（4分）需知道环己烷的凝固点降低常数Kf，测纯环己烷的凝固点（T1）和已知溶剂质量WA和溶质质量WB的溶液的凝固点（T2）。
若MB算得为146则为单体存在，若为292，则为二聚体存在，若在146-292之间则为两者平衡存在。
47.10分（8551）强电解质稀溶液符合∧m=∧-Ac规律，请设计一个实验方案，以求出KNO3稀溶液的∧m与c的具体函数关系式。
[答]测定线路：
（3分）
原理：
1/R=k/Kcell，得k
∧m=k/c
作图∧m对得截距a=∧斜率为-A步骤：
（1）测Kcell
（2）测R
1/2
1.2分（8542）
在氨基甲酸铵分解反应的实验装置中采用等压计,其中封闭液的选择对实验结果颇
有影响,为减少封闭液选择不当所产生的实验误差及提高实验测定的灵敏度,下列各液体中宜选用：
（）
（A）水
（B）液体石蜡
（C）硅油
（D）汞
物理化学实验试卷4
1.2分（8542）在氨基甲酸铵分解反应的实验装置中采用等压计,其中封闭液的选择对实验结果颇
有影响,为减少封闭液选择不当所产生的实验误差及提高实验测定的灵敏度,下列各液体中宜选用：
（C）（A）水（B）液体石蜡（C）硅油（D）汞
2.2分（8558）电导率仪在用来测量电导率之前,必须进行：
（D）
（A）零点校正（B）满刻度校正（C）定电导池常数（D）以上三种都需要
3.2分（8464）在20℃室温和大气压力下，用凝固点降低法测摩尔质量,若所用的纯溶剂是苯,其正常凝固点为℃,为使冷却过程在比较接近平衡的情况下进行,作为寒剂的恒温介质浴比较合适的是：
（A）（A）冰-水（B）冰-盐水（C）干冰-丙酮（D）液氮
5.2分（8655）极谱分析的基本原理是根据滴汞电极的：
（B）
（A）电阻（B）浓差极化的形成（C）汞齐的形成（D）活化过电位
7.2分（8905）实验室常用的气体钢瓶颜色分别是：
（B）
（A）N2瓶蓝色,
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