實驗結(jié)果的表示方法
實驗結(jié)果的表示方法有列表法、圖示法和回歸法,并注明實驗設(shè)備和實驗條件。 在工程實驗中,根據(jù)設(shè)計的實驗裝置和選用的測試儀表,通過測量相關(guān)參數(shù),可以計算得到相應(yīng)的實驗結(jié)果,并可以采用不同的方式來表示實驗結(jié)果。 如采用如圖1.2所示的裝置測定孔板流量計的流量曲線,該實驗以水為實驗介質(zhì),汞為壓差計的指示劑,測量孔板流量計在不同流量時壓差計的讀數(shù),可以分別采用列表法、圖示法和回歸法來表示孔板流量計測量的實驗結(jié)果。
圖1.2 孔板流量計實驗裝置圖
(1)列表法
表1.2給出了采用列表法表示孔板流量計實驗測定的流量與壓差計讀數(shù)的關(guān)系。 一般實驗數(shù)據(jù)量較少的實驗結(jié)果較適合采用列表法來表示,但列表法描述的實驗結(jié)果不能形象、直觀的表示變量之間的變化趨勢。
表1.2 孔板流量計的流量與壓差計讀數(shù)關(guān)系
(2)圖示法
圖1.3是孔板流量計實驗測定的流量與壓差計讀數(shù)的實驗數(shù)據(jù)采用圖示法來表示的結(jié)果。 圖中曲線十分直觀地表述了流量隨壓差計讀數(shù)的變化趨勢。
圖1.3 孔板流量計的流量曲線
采用圖示法描述實驗結(jié)果時,其關(guān)鍵在于選用合適的坐標(biāo)系,常用的坐標(biāo)系有直角坐標(biāo)、半對數(shù)坐標(biāo)和雙對數(shù)坐標(biāo)。 坐標(biāo)系的選用應(yīng)遵循下列原則。
1)直角坐標(biāo)系
當(dāng)變量關(guān)系為y=ax+b(a,b為常數(shù))時應(yīng)選用直角坐標(biāo)。圖1.4是將表1.2中的實驗數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中作圖的結(jié)果。
2)雙對數(shù)坐標(biāo)
當(dāng)變量關(guān)系為y=mxn(m,n為常數(shù))時應(yīng)選用雙對數(shù)坐標(biāo)。將變量關(guān)系式兩邊取對數(shù),原變量關(guān)系可改寫為lgy=lgm+nlgx。因此,lgy與lgx滿足直線關(guān)系,對數(shù)坐標(biāo)在坐標(biāo)上對數(shù)化,免除了在直角坐標(biāo)系中先將x,y取對數(shù)計算后再繪圖的不便。 對數(shù)坐標(biāo)是以lg1為原點, lg10為1,lg100為2,lg1000為3,…,一個數(shù)量級之間的距離相等,而坐標(biāo)上以真數(shù)1,10, 100,1000,…進(jìn)行標(biāo)度,因此對數(shù)坐標(biāo)以真數(shù)x,y直接繪圖。 但必須注意的是對數(shù)坐標(biāo)不能自取分度值,而只能平移數(shù)量級。 圖1.3是將表1.2中的實驗數(shù)據(jù)在對數(shù)坐標(biāo)系中作圖的結(jié)果。
3)半對數(shù)坐標(biāo)
當(dāng)變量關(guān)系為y=m10nx(m,n為常數(shù))時應(yīng)選用半對數(shù)坐標(biāo)。將原變量關(guān)系式兩邊取對數(shù),原變量關(guān)系改寫為lgy=lgm+nx,說明lgy~x滿足線性關(guān)系,因此采用一個對數(shù)化的坐標(biāo)軸而另一個仍為直角坐標(biāo)軸的半對數(shù)坐標(biāo)系,作圖時變量y選擇對數(shù)坐標(biāo),變量x選用直角坐標(biāo)。 圖1.5是將表1.2中的實驗數(shù)據(jù)在半對數(shù)坐標(biāo)系中作圖的結(jié)果。
圖1.4 直角坐標(biāo)系中的孔板流量計的流量曲線
圖1.5 半對數(shù)坐標(biāo)系中的孔板流量計的流量曲線
采用圖示法描述實驗數(shù)據(jù)時,選擇好坐標(biāo)系后確定分度值(對數(shù)坐標(biāo)除外)和起點。 坐標(biāo)系的分度值及最小值應(yīng)與測試參數(shù)的儀表最小分度值保持一致。 對一些計算結(jié)果,其分度值取得恰當(dāng)。 分度值取得太細(xì)會放大誤差,從而掩蓋了實驗結(jié)果的變化規(guī)律,圖1.6是孔板流量計的流量系數(shù)曲線;而分度值取得太粗則會壓縮曲線,也不能正確實驗結(jié)果的變化規(guī)律,圖1.7是孔板流量計的流量系數(shù)曲線。 坐標(biāo)的起點不一定?。?,0),而且直角坐標(biāo)的橫軸與縱軸的分度可以不同,但應(yīng)盡可能在45°的圖幅上布置曲線。
選好坐標(biāo)系、起點、坐標(biāo)分度后,用實驗數(shù)據(jù)描點,當(dāng)需要在同一張圖中繪制多條曲線時,不同曲線的數(shù)據(jù)點應(yīng)采用不同符號表示。 曲線的連接不是將每個實驗數(shù)據(jù)點依次連接為一條折線,而是通過觀察實驗數(shù)據(jù)點的分布狀況后讓實驗數(shù)據(jù)點均勻地落在線上以及曲線的兩側(cè),從而連接成一條光滑的曲線。 同時在圖中應(yīng)標(biāo)注出相應(yīng)的實驗條件。
用圖示法描述實驗結(jié)果,變量之間的變化趨勢形象直觀,而且方便計算機(jī)編程使用。 但采用查圖法獲取的數(shù)據(jù)誤差較大。
圖1.6 分度太細(xì)時的孔板流量計流量系數(shù)曲線
圖1.7 分度太粗時的孔板流量計流量系數(shù)曲線
(3)回歸法
隨著電子計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,計算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計、化工過程模擬與優(yōu)化、化工生產(chǎn)過程控制、實驗數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、信息處理與信息發(fā)布等各個領(lǐng)域,且不斷地向各個學(xué)科領(lǐng)域滲透,促進(jìn)了學(xué)科間的交叉、融合和滲透。
為了使計算機(jī)技術(shù)能更好地利用實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行工程設(shè)計、建立化工過程模型,可以根據(jù)實驗原理選用合適的方程形式來擬合實驗數(shù)據(jù),即將實驗數(shù)據(jù)擬合為經(jīng)驗公式來描述變量間的變化關(guān)系。 如將表1.2的實驗數(shù)據(jù)采用公式回歸的方式來表示,可以寫為
Vs=0.00022R0.4927(1.9)
式中 Vs為流量(m3/s),R為孔板流量計兩側(cè)壓差計的讀數(shù)(mm Hg),回歸公式的相關(guān)系數(shù)為0.9871。
引用回歸公式描述的實驗結(jié)果時,引用時的條件應(yīng)在回歸式的實驗條件范圍內(nèi)。 如果引用時的條件超出回歸式的實驗條件范圍時,則誤差相應(yīng)增加。
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