0 0化工原理实验基础知识 李李 玉玉化工与能源学院化工与能源学院1 1第一部分第一部分 化工原理实验简介化工原理实验简介 课程简介课程简介 化工原理实验是一门以化工单元操作过程原理和设备为主要内容，以处理工程问题的实验研究方法为特色的实践性课程。 化工原理实验不同于基础实验课，具有典型的工程实践特点，其实验设备、工艺流程、操作条件和参数变量，都接近于工业生产实际。研究问题的方法是用工程的观点去分析、观察和处理数据。实验结果可以直接用于或指导工程计算和设计。 2 2课程特点 1 1、单独设课，必修，、单独设课，必修，12 12 学时，学时，0.5 0.5 个学分。个学分。 2 2、具有明显的工程特点：实验装置设计的较大，且、具有明显的工程特点：实验装置设计的较大，且操作点较多，比较接近工程实际，可是学生在实验过程操作点较多，比较接近工程实际，可是学生在实验过程中获得一些化工操作的感性认识，培养学生的工程概念。中获得一些化工操作的感性认识，培养学生的工程概念。3 3实验目的与要求 1 1、验证、巩固、加深理解有关理论：提高利用基本理、验证、巩固、加深理解有关理论：提高利用基本理论、分析解决化工实际问题的能力。论、分析解决化工实际问题的能力。 2 2、熟悉实验流程、设备以及仪器仪表的原理和使用方、熟悉实验流程、设备以及仪器仪表的原理和使用方法：基本掌握化工实验的基本技能。法：基本掌握化工实验的基本技能。 3 3、正确对实验数据进行分析整理，总结出规律：学习、正确对实验数据进行分析整理，总结出规律：学习处理数据的方法，培养化工实验的研究能力。处理数据的方法，培养化工实验的研究能力。 4 4、通过实验使同学们初步建立基本的工程概念。、通过实验使同学们初步建立基本的工程概念。4 4实验性质： 基本实验：这部分实验有学生自己动手操作，测取基本实验：这部分实验有学生自己动手操作，测取数据。数据。 两类：演示实验、基本实验两类：演示实验、基本实验 演示实验：目的是将课堂教学中提到的公式和概念，演示实验：目的是将课堂教学中提到的公式和概念，通过实验使之形象化和具体化，以加深同学们对抽象公通过实验使之形象化和具体化，以加深同学们对抽象公式和概念的理解。式和概念的理解。5 5完成基本实验步骤：完成基本实验步骤： 预习：预习： （以大班为单位） 课堂集体预习：了解实验目的、原理、设备流程、操作步骤和注意事项。 现场分班预习：（以小班为单位）现场弄清楚流程、操作、所测取的数据及方法，并预分工。实验操作：实验操作： （以小组为单位） 1、实验前的提问检查：笔试（提问分，7） 2、操作：组长按预分工情况对组员合理分工，按预定方案分组操作。（操作分，5分） 3、数据检测：不符合规律的要求重做。（实验质量，2）6 6完成基本实验步骤：完成基本实验步骤： 实验报告实验报告：实验总结实验总结： 要按时上交，并按学号排整齐。（不按时要扣分）下一个实验预习之前总结。7 7实验报告书写格式封皮：见：见实验报告封皮告封皮-阻力阻力纸张要求：优质稿纸或B5打印纸 8 8实验报告书写格式 1、实验目的、实验目的 不能按照讲义上的死搬照抄，具体实验，具体分析。（照抄扣分） 如：实验一：流体流动阻力的测定中实验目的二：了解并掌握流经直观和管件引起的压降（阻力损失）及阻力系数的变化规律。但实验装置是分为三种情况设计的，即流体流经直管和阀门、直管和弯头、直管和突缩引起的阻力损失，每个组作的情况是不同的，所以不能照抄讲义。9 9实验报告书写格式 2、实验原理、实验原理以集体预习时教师讲的为准。（照抄扣分）1010实验报告书写格式 3 3、流程图、流程图 通过流程图可以了解我们是采用什么样的方法以及利用什么仪器、仪表来实现试验目的。可了解流体的走向。 （1）、按合适的比例画出流程示意图。用稿纸时，线条不能与稿纸横线重叠，可用白纸或稿纸的背面。 （2）、要用序号列出主要的仪器、设备。 （3）、流程描述：即用箭头将操作步骤表示出来1111实验报告书写格式 4 4、计算示例、计算示例 每位同学选择一组数据，且数据不能重复，利用公式或原理，手算出结果。即原始数据公式/原理结果5 5、结果表示、结果表示：三种方法：表格、坐标图、回归（不要求）1212实验报告书写格式 6、对实验结果的分析与讨论、对实验结果的分析与讨论： （1）从理论上对实验所得结果进行分析和解释,说明其必然性 ； （2）对实验中的异常现象进行讨论; (3)分析误差的大小以及产生的原因，如何提高测量精度; (4)本实验结果在生产实践中的价值和意义; (5)由实验结果提出进一步的研究方向或对实验装置和实验方法等提出改进意见。1313实验报告书写格式6、实验结论、实验结论 结论是根据实验结果所做出的最后判断,得出的结论要从实际出发,要有理论根据.1414五、单个实验成绩评定单个成绩（单个成绩（100100）= =实验现场成绩（实验现场成绩（4040）+ + 实验报告成绩实验报告成绩（6060） 1 1现场成绩现场成绩 （4040） 实验现场（40）= 纪律（5）+ 预习报告（5）+ 笔试考察（10）+操作（15）+ 实验质量（5）2 2实验报告（实验报告（6060） 实验报告（60）=原理（10）+流程成图（10）+计算示例（10）+结果表示（10）+ 分析（10）+整洁度（10） 整洁度指报告整体情况，包括封皮、条理、思路、整洁及装订等多方面考察。15153总成绩： 每个实验打出分数，F = F现场 + F报告 最后按实验个数进行算术平均，即为最终成绩： F = F（现场+报告）/n1616第二部分第二部分: : 实验结果的两种表示方式实验结果的两种表示方式 表表 格格分横表和竖表，本实验要求用竖表。在列表时，应包括记录表和结果综合表两部分。 记录表部分包括原始数据记录表、中间和最终计算结果记录表。原始记录表应在实验前拟就，包括序号、各测量点的读数，当时大气压力和温度条件。 计算结果综合表也应包括序号、必要的中间运算结果和最终结果。它们应按先后次序顺序列出。实验结果综合表反映变量间的依从关系，表达实验过程中得出的结论。该表应简明扼要，只包括所研究变量之间的关系。1717表 格 如如 Re=du/=4Re=du/=4/d/d 1表头：项目用符号表示，并标注单位，如P/Pa ，h/mm 2数字要注意有效数字：有效数字4位即可。No.X1单位X2单位中间计算值Y1单位、数量级Y2单位、数量级备注1231818表 格 3数字较大或较小时应当用科学计数法；将阶数写在表头，如51000=5.100104 ，表格中填写5.100，而在表头中应注明10-4。再如：0.0003246，表格中应填写3.246，而在表头中应注明104。 4对实验中的常数项，例如管长、管径应在表格上方注明，而不能写在表头中。 5、数据要求：同一行代表同一个实验条件，同一列中数据小数点应照齐。1919实验结果的两种表示方式 坐标图坐标图分为直角坐标、半对数坐标、双对数坐标 作图原则：既要保证按预定准确度从图上标出数值，又要使全部数据大体均匀分布在整个图面上。习惯上常以横坐标表示自变量，纵坐标表示因变量。尽量使标绘在图纸上的图线越简单越好，最好为一条直线。 2020坐标图 两个轴的标度按均匀分度。 一般情况下符合线形关系的函数可采用，也可用于标绘常见的曲线关系，如：圆、抛物线、双曲线等。1、直角坐标2121坐标图坐标图 2、双对数坐标 是由两个均以对数标度的坐标轴构成的。一般适用于幂函数方程，如：y = axb 用双对数坐标表示则成一条直线。两边取对数，则得：logy=loga+blogx 令 Y= logy, A= loga, X=logx 则 Y= A+bX 原点可以选择10，102，103，104，具体情况具体分析。 实验 1 流体流动阻力的测定，实验 2 离心泵特性曲线的测定，实验 5 传热测定实验要求用双对数坐标。2222双对数坐标 在下列情况下，建议用双对数坐标：在下列情况下，建议用双对数坐标： （1 1）所研究的函数）所研究的函数 y y 和自变量和自变量 x x 均发生了几个数量级均发生了几个数量级的变化；的变化； （2 2）需要将曲线开始部分划分成展开的形式；）需要将曲线开始部分划分成展开的形式； （3 3）需要将某种曲线函数关系变换为直线函数关系。）需要将某种曲线函数关系变换为直线函数关系。2323坐标图坐标图3、半对数坐标： 半对数坐标系是按以下方法制成的：一个轴的标度按均匀分度，另一个轴的标度是对数标度。 一般适用于指数函数方程，如y = abx 两边取对数，则得：logy = loga + xlogb 令 Y = logy, A= loga, B=logb 则 Y= A+BX 实验3：流量计的标定要求用半对数坐标2424半对数坐标 在下列情况下，建议用半对数坐标：在下列情况下，建议用半对数坐标： （1 1）变量之一在所研究的范围内发生了几个数量级的）变量之一在所研究的范围内发生了几个数量级的变化；变化； （2 2）在自变量由零开始逐渐增大的初始阶段，当自变）在自变量由零开始逐渐增大的初始阶段，当自变量少许变化会引起因变量极大变化时。此时，用半对数量少许变化会引起因变量极大变化时。此时，用半对数坐标，曲线最大变化的范围可伸长，使图形轮廓清楚；坐标，曲线最大变化的范围可伸长，使图形轮廓清楚； （3 3）需要将某种曲线函数关系变换为直线函数关系。）需要将某种曲线函数关系变换为直线函数关系。2525坐标图坐标图 特别注意特别注意，使用对数坐标时应明确的是： （1）标在对数坐标纸上的数值是真数标在对数坐标纸上的数值是真数，而不是对数； （2）由于log1= 0，故普通坐标纸上x = 0 处的垂线（即轴线），在对数坐标纸上则为 x = 1处的直线； （3）由于0.001，0.1，1，10，100，等的距离相等。因此，即使数据范围很大（几个数量级），这种坐标纸还可以容纳得下。这是采用双对数坐标纸的优点之一。2626第三部分：误差计算 科学是从测量开始的，对自然界各种现象的定量研究，科学是从测量开始的，对自然界各种现象的定量研究，都需要借助与实验和测量手段。但由于认识水平和数据处都需要借助与实验和测量手段。但由于认识水平和数据处理本身的限制，测量值和真值并不一致，这就是理本身的限制，测量值和真值并不一致，这就是误差误差。误。误差理论是在实验基础上发展起来的。这里只阐述那些与我差理论是在实验基础上发展起来的。这里只阐述那些与我们实验处理结果有关的的一些概念和方法。们实验处理结果有关的的一些概念和方法。 误差是指测量值和真值之差。偏差是指测量值与平均误差是指测量值和真值之差。偏差是指测量值与平均值之差。在测量次数足够多时，误差与偏差很接近。习惯值之差。在测量次数足够多时，误差与偏差很接近。习惯上，常将两者混用。上，常将两者混用。2727误差分析的应用 误差分析理论不但用于计算测量结果的误差，确定实验误差分析理论不但用于计算测量结果的误差，确定实验的精度，同时由误差分析可以找到误差的主要来源及每一的精度，同时由误差分析可以找到误差的主要来源及每一个因素所引起的误差大小，从而可以改进研究方法和实验个因素所引起的误差大小，从而可以改进研究方法和实验方案。在实验前，也可根据这些概念选用实验方案和使用方案。在实验前，也可根据这些概念选用实验方案和使用仪表。仪表。 2828一、误差的分类： 按表达方式分为三类：按表达方式分为三类：绝对误差绝对误差相对误差相对误差 标准误差（均方根误差）标准误差（均方根误差）2929一、误差的分类绝对误差绝对误差： 它是测量值它是测量值x x与真值与真值x0 0之间的差值，可表示为之间的差值，可表示为 = = x - - x0 0 一般真值很难测出，所以往往用残差一般真值很难测出，所以往往用残差V= V= x x - - xp表示。表示。 根据根据误差的性质及产生的原因，可将误差分为：，可将误差分为： 偶然误差偶然误差 系统误差系统误差 粗大误差。粗大误差。3030一、误差的分类相对误差相对误差： 是指绝对误差是指绝对误差和真值和真值x0 的比值，即的比值，即=/ x0 但误差较小时，可近似等于但误差较小时，可近似等于/ x 。通常用百分数来表示。通常用百分数来表示。 绝对误差和相对误差都可用来判断测试的准确程度，绝对误差和相对误差都可用来判断测试的准确程度，但在比较不同类量或同类量但不同值下的测试情况，相对但在比较不同类量或同类量但不同值下的测试情况，相对误差较为有用。误差较为有用。 3131 如测量工具如测量工具 A A 测试测试xA = 100mm的长度时，其极限误的长度时，其极限误差为差为0.1mm0.1mm；而另一种测量工具；而另一种测量工具B B测试测试xB = 10mm的长度时，的长度时，其极限误差为其极限误差为0.05mm.0.05mm. 若按绝对误差，则若按绝对误差，则B B由于由于A A ，但若比较其相对误差则，但若比较其相对误差则， SA =A / xA = 0.1/100 = 0.1 % SB =B / xB = 0.05/10 = 0.5 % 则前一种测试，准确度更高。则前一种测试，准确度更高。 因此，在进行一种测试时，既要考虑测试工具的精因此，在进行一种测试时，既要考虑测试工具的精度，又要注意到被测量值的大小，只有两者匹配才能减小度，又要注意到被测量值的大小，只有两者匹配才能减小测量结果的相对误差。测量结果的相对误差。一、误差的分类3232一、误差的分类 标准误差（均方根误差）标准误差（均方根误差） ： 方差方差 的大小反映的是各个测量值对其平均的大小反映的是各个测量值对其平均值的分散程度。值的分散程度。 值越小，说明是小的误差占优势，精度值越小，说明是小的误差占优势，精度愈高。愈高。3333二、直接测量中误差的估计二、直接测量中误差的估计 1、有仪表精度等级直接测量值的误差的估算：仪表的精度仪表的精度: :所得测量值接近真实值的准确程度所得测量值接近真实值的准确程度. . 仪表的精度等级常用的有仪表的精度等级常用的有0.250.25，0.40.4，1.51.5，2.52.5，4.04.0等，等，它们都用一个小圈印在仪表面板上。圈内的数字既代表相它们都用一个小圈印在仪表面板上。圈内的数字既代表相对误差，也表示仪表的精度等级。若某仪表为对误差，也表示仪表的精度等级。若某仪表为s s级，说明该级，说明该仪表在出厂时规定的条件下，此仪表的最大引用误差不会仪表在出厂时规定的条件下，此仪表的最大引用误差不会超过超过s%s%。若仪表的测量点为。若仪表的测量点为X X测，则该仪表在测，则该仪表在X X测的示值误测的示值误差应为：绝对误差：差应为：绝对误差：=满量程满量程s%s% 相对误差：相对误差：=最大最大/X/X测测由此可见由此可见X X测测越接近满量程，其准确度越高。一般越接近满量程，其准确度越高。一般情况下，取情况下，取 X X测测= =满量程满量程3/43/434342 2、无仪表精度等级直接测量值的误差的估算、无仪表精度等级直接测量值的误差的估算 最大读数误差：最大读数误差： 最大最大 = = 最小刻度的一半最小刻度的一半长度、重量、时间数显仪表 最大最大 = = 最小显示数字最小显示数字5 5 如温度数显仪表如温度数显仪表0.10.1，其最小刻度为，其最小刻度为11，则最大读，则最大读数误差为数误差为0.50.5； 功率显示仪表功率显示仪表0.01KW0.01KW，其最小刻度为，其最小刻度为0.1KW0.1KW，则最大读，则最大读数误差为数误差为0.05KW0.05KW；3535（1）长度 误差估算 如在实验流体流动阻力的测定中如在实验流体流动阻力的测定中, ,要测定液位的要测定液位的高度，高度的单位为高度，高度的单位为 mmmm，那么，那么 其最大读数误差其最大读数误差 = = 0.50.5 mmmm 在读取高度的过程中要读两次读数，所以在读取高度的过程中要读两次读数，所以 =0.5=0.52/X2/X测测=1/X=1/X测测 若若1%1%，那么，那么X X测测100mm100mm3636（2）时间误差估算时间误差估算 机械秒表：机械秒表： 最小刻度是最小刻度是0.1s0.1s 最大的读数误差最大的读数误差=0.1s=0.1s =0.01/X =0.01/X测测=0.1/X=0.1/X测测 若若 1%1%，那么，那么X X测测10 s 10 s （虽只读一次，却卡两次表）（虽只读一次，却卡两次表）3737（3）压差计读数误差估算 形管压差计每一小格代表形管压差计每一小格代表1010 Pa,Pa,则则最大读数误差最大读数误差 = = 5 Pa5 Pa，则，则= 5= 52/P = 10/P2/P = 10/P若若 1%1%，那么，那么P1000PaP1000Pa3838三、间接测量中误差的估计 误差传递：由于直接测量值存在误差，会给计算结果误差传递：由于直接测量值存在误差，会给计算结果（即间接测量值）带来误差，其误差大小取决于各直接测（即间接测量值）带来误差，其误差大小取决于各直接测量值的误差及相互间的函数关系，这就是所谓的误差传递。量值的误差及相互间的函数关系，这就是所谓的误差传递。 1、误差传递的一般公式若间接测量值y 是各等精度的直接测量值x1，x2， xm的函数，表示为y = (x1，x2，xm)，直接测量值的绝对误差分别为x1，x2， xm，将函数式求全微分得：39391、误差传递的一般公式 （1） 将上式中的微分换成差分表示，则有：将上式中的微分换成差分表示，则有：（2） 其极限误差为：其极限误差为： （3） 40401、误差传递的一般公式 其中，-称为误差传递系数； -直接测量值的绝对误差； -间接测量值的极限误差。其相对误差为：41412、误差均分原则 在设计一套实验测试装置时，若要求间接测量值的相在设计一套实验测试装置时，若要求间接测量值的相对误差对误差 ，又知其系数，因此可以求出相对误差间的关，又知其系数，因此可以求出相对误差间的关系，例如：系，例如： 式中式中n n1 1，n n2 2，n n3 3为系数。为系数。 假设：，各直接测量值的相对误差相等。 则有：此即为误差均分原则。此即为误差均分原则。4242 误差的计算，是根据最保险的原则，用绝对值的求和结误差的计算，是根据最保险的原则，用绝对值的求和结果，来确定误差的最大值。果，来确定误差的最大值。 4343四、和、差误差的计算 1、和、差的绝对误差设函数形式 y = x1 + 2x2 - x3由可知此函数的绝对误差为 由于x1、 x2、 x3可正可负，故函数的最大绝对误差为4444四、和、差误差的计算 2、和、差的最大相对误差设函数形式 y = x1 + x2 + xn则绝对误差相对误差为例如：设y = x1 - x2,则相对误差为4545时间安排 2012安全环科化原实验安排安全环科化原实验安排.doc 12-13学年第学年第1学期各专业课表学期各专业课表.doc4646欢迎指正！欢迎指正！Thank you for your attentionThank you for your attention！