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基于超声光栅法测定电解质溶液浓度的研究

更新时间:2016-07-05

液体浓度与人们生产生活息息相关,在一定程度上能够反映物质的某些特点,因此液体的浓度也一直是科研工作者研究的热点问题;液体浓度的测量在医学领域,科研领域,生产生活领域等方面都有重要应用;虽然在测量液体浓度方法有光纤法、电容法、折射率法、超声光栅法等[1-4]。而超声光栅法测量浓度可以更好地保留液体原来的性质,本文研究利用超声光栅法测量电解质溶液的浓度,建立一个液体的性质和其他衡量液体性质参数的关系,用oringin8.0进行曲线拟合和线性回归分析,探讨超声光栅法测定电解质溶液浓度规律,通过研究声速与溶液浓度的关系并测量未知的溶液浓度,并验证结论的准确性与超声光栅仪器的稳定性。

1 超声光栅法测定电解质溶液浓度仪器与测量原理

1.1 实验仪器与溶液

WSG-1型超声光栅仪,汞灯,PZT晶片的液体槽等;配置浓度为0%~24%的氯化钠溶液。

威廉一世(约1027-1087)1066年-1087年的英格兰国王。他原是法国北部的诺曼底公爵,在英格兰国王“忏悔者”爱德华死后,他宣称爱德华曾许诺让他成为下任英格兰王国。之后,他率军入侵英格兰,在1066年的黑斯廷斯战役中战胜了国王哈罗德二世,并于同年成为英格兰国王。他将许多英格兰的权利和土地分给了法国诺曼人,还修建了很多用来控制英格兰人民的城堡(克劳瑟,2007)。[13]译者此处的直译未考虑到儿童读者的接受能力,所以亦未达到儿童文学的教育目的。译者应当根据儿童的心理特征和文化传统进行适当地对包含文化内涵的词语进行解释,以便儿童读者学习到更多西方文化。

1.2 实验测量原理

调整好分光计,将光束垂直地通过装有PZT晶片的液体槽,具体超声光栅仪衍射光路图如图1所示,液体槽的另一侧自准直望远镜的物镜L2和测微目镜组成测微望远系统;光源与平行光管中的会聚透镜L1与可调狭缝S组成平行光系统[5]

图1 超声光栅仪衍射光路图

若振荡器使PZT 晶片发生超声振动,一旦形成了稳定的驻波,从测微目镜我们可以观察到多级衍射光谱,由光栅方程可以得到超声波在液体中传播速度公式[5]

(1)

教学手段包括课本、演示文稿、讲座、文章研读、在线学习单元模块、做项目、同学间进行小组讨论、在线参与班级讨论并对至少两位同学的发言进行点评、回复等,还有案例分析。每周至少要就该门课投入九小时以上的学习时间。教学模式是以学生为中心的教师引领辅助型,充分发挥学生的主动性、责任心和创造力。要求学生每周登录教学软件(Canvas),完成在线学习任务并提交作业,教师线上线下对学生的提问、讨论和问题解决方案给出积极正面的反馈意见。

2 超声光栅法测量氯化钠溶液实验设计

在温度为17.0 ℃下,受配置浓度为0%~24%的氯化钠溶液,浓度间隔梯度为3%,用测微目镜分别测量不同颜色各级条纹位置读数(如-2,-1,0,1,2),具体氯化钠溶液实验数据,并用对线性回归法处理所得数据得到不同浓度的超声速度如表1所示。

1 超声光栅法测量氯化钠溶液实验数据表

溶液浓度/%谱线位置/mm谱线-2-1012频率/MHzΔLk/mm声速v/(m/s)声速v/(m/s)黄2.3023.083.9044.6765.4920.79761436.450绿2.3623.153.9044.6125.411.660.75381436.031500.77蓝2.7283.213.9044.4065.0080.57561457.75黄2.3123.1183.9044.6945.4480.78481457.373绿2.4443.1783.9044.625.34611.640.72461491.341483.17蓝2.7483.3223.9044.4765.0440.57461500.8黄2.423.1583.9044.645.4060.74541514.636绿2.5223.2143.9044.585.31811.490.69581533.051527.34蓝2.813.3583.9044.4625.0320.55481534.33黄2.4563.1683.9044.625.3060.71521542.879绿2.5143.2323.9044.5545.2111.230.67141552.811558.33蓝2.8383.3543.9044.394.9540.52681579.32黄2.483.173.9044.65.290.7051565.1912绿2.5663.2263.9044.545.1911.230.65621588.781578.77蓝2.8323.3643.9044.4064.940.52581582.3215黄2.4883.1783.9044.6065.2511.440.69521616.941631.89绿2.5783.2443.9044.5245.1660.64561645.07蓝2.8583.3863.9044.4144.9380.51881633.66黄2.5423.23.9044.5785.240.67741652.1718绿2.6243.2643.9044.5125.1611.390.6321673.121662.35蓝2.8923.3783.9044.44.920.50781661.76黄2.6043.2383.9044.5545.1880.64841700.321绿2.6823.2883.9044.4985.11411.220.60741714.91699.3蓝2.9063.3883.9044.364.890.4941682.68黄2.6263.2543.9044.5445.180.63981718.5524绿2.6983.3143.9044.5085.10411.190.60061729.681718.72蓝2.9223.4243.9044.3744.8740.48541707.92

3 超声光栅法测量氯化钠溶液实验结果

3.1 曲线拟合和回归分析

用计算机统计软件Origin 8.0对不同电解质浓度下的超声速度进行曲线拟合和回归分析,在电解质溶液中超声波传播速度与浓度关系曲线如图2所示,超声波传播速度和电解质浓度的关系符合线性回归方程:

参考文献

(2)

[1] 张娜.光纤传感器液体浓度检测系统的研究[D].山东大学,2005.

图2 线性回归拟合超声波传播速度 与电解质浓度关系曲线

3.2 未知溶液浓度验证回归方程结果

在温度为17.0 ℃下,利用超声光栅仪测量两种未知浓度氯化钠电解质溶液的超声波声速,并带入线性回归方程,得到未知溶液浓度验证回归方程见表2,表2中未知浓度1得到计算结果为4.97%,未知浓度2计算结果为10.11%,其真实浓度分别为5%和10%,计算得到相对误差分别为0.60%和1.10%,测得结果与真实值相对误差较小。

在温度为17.0 ℃下,利用超声光栅法测定不同浓度电解质溶液中超声波的传播速度,测得的超声波速度与溶液浓度呈良好的线性关系,超声波速度随着溶液浓度增加而增加,对曲线拟合和线性回归分析,从回归分析结果看,超声波传播速度与电解质浓度线性关系显著,得到超声波传播速度和电解质浓度的关系符合线性回归方程,线性拟合可信度相关系数r=0.997 3;在该温度下,用两种未知浓度氯化钠电解质溶液检验回归方程,通过回归方程计算未知电解质溶液浓度,测得结果与真实值相对误差较小,验证了回归方程准确性;虽然超声光栅方法测量液体浓度有一定的局限性,该温度下氯化钠溶解度限制测量范围较小。但实验仪器操作简单,且精度很高,可以更好地保留液体原来的性质,对提高产品产量和质量、降低成本、降低劳动强度、防止发生事故都有重大意义[6-9]

2 未知溶液浓度验证回归方程结果

未知浓度超声频率/MHzΔLk/mm声速v/(m/s)声速v(m/s)计算浓度/%真实浓度/%相对误差/%0.71041507.65未知110.900.66341525.361511.344.9750.600.53801501.000.68421568.25未知210.920.64081582.051569.5010.11101.100.51921558.20

4 结论和讨论

稳定下来后,她庆幸自己没有带小周去做笔录。会见室虽然有摄像头,但不录音,第三者听不到会见内容。新的《律师法》给了律师充分的自由,可以单独会见嫌疑人。

v=11.31w+1455.12

式中:f为透镜的焦距(f为170 mm),λ为所用光源的波长;γ 为振荡器和锆钛酸铅陶瓷片的共振频率;ΔLk为相邻两条同色光衍射条纹间距。

其中,v为超声波速度,w为液体浓度,线性拟合可信度相关系数r=0.997 3,从回归分析结果看,超声波传播速度与电解质浓度线性关系显著。在17.0 ℃时,可以根据回归方程由超声波声速测量值推算出其浓度。

[2] 郑小兵,之己.测量液体浓度的折射率方法[J].大气与环境光学学报,1998,11(4):35-36.

[5] 刘维,崔金刚,兰铖.近代物理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2008.

[3] 杨晓龙,陈孝友.电容法测液体高度和浓度实验[J].西华大学学报自然科学版,2000,19(1):76-78.

[4] 郭山河,高淑琴,何越.利用超声光栅测透明液体的浓度[J].吉林大学学报(工),2000,30(4):34-36.

当前主要表现:其一,思想观念错位。高校外部治理结构经历了松散管理、集权管理、分权管理,再到集权管理、现代化治理等多次变革和探索的轮回,很多人思想中没有高等教育“两治”现代化的概念,看不到“两治”现代化的功能作用,对高校法人治理模式的认识仍停留在传统的认识阶段。其二,原因分析缺位。虽注意到了存在的问题,但对问题原因的探究感到茫然,缺乏具体的对策。需要进一步研究存在的问题及原因,有针对性的提出“两治”现代化的对策,为党和国家的决策以及教育实践的开展提供理论依据。

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[6] 郭山河,高淑琴,何越.利用超声光栅测透明液体的浓度[J].吉林工业大学学报:自然科学版,2000,30(4):34-36.

[7] 梅振林,隋成华.超声光栅测量声速的研究及仪器化实现[J].大学物理实验,2004,17(1):28-31.

[8] 杨燕婷,王敏,周莹,等.超声光栅测量溶液中超声声速与浓度关系研究[J].实验技术与管理,2011,28(7):32-35.

[9] 张乾,沈星炣,芦立娟.超声传感器测不同浓度溶液中的声速及研究[J].大学物理实验,2015(3):7-10.

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乔凯,李晓娜,潘艳菲,姜宇航,李小栋,李景奎
《大学物理实验》 2018年第02期
《大学物理实验》2018年第02期文献

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