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        Mixly開源項目設(shè)計10:用自制多量程歐姆表測量電位器的電阻

        2017-01-03 22:24:15賀凱強
        中國信息技術(shù)教育 2016年23期
        關(guān)鍵詞:歐姆表精確性電位器

        賀凱強

        回顧歐姆表的制作過程,筆者先將Mixly編程與Arduino結(jié)合,制作了0~10KΩ的歐姆表。但經(jīng)過測試,筆者發(fā)現(xiàn)0~1KΩ的電阻測量誤差較大。于是經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn),增加歐姆表0~1KΩ的量程。這樣,既增強了精確性,又使得歐姆表從單量程變?yōu)槎嗔砍獭2粩鄡?yōu)化歐姆表的目的是讓其盡可能接近真實歐姆表,并成為一件既有趣又具有實用價值的測量工具。本文將使用自制歐姆表探究電位器的電阻變化,并試圖用萬用表驗證自制歐姆表的精確性。

        制作

        電位器,也被稱為電位計,是一種可以改變阻值的電子元件,其阻值的最大值一般會標(biāo)到外殼上(如圖1)。電位器主要由轉(zhuǎn)動軸、金屬腿、碳環(huán)等幾部分組成。碳環(huán)是電位器的核心部分,是由碳混合黏土制成的。黏土是絕緣體,碳是導(dǎo)體。碳和黏土的比例決定了電位器的最大阻值。黏土越多,阻值越大,反之,阻值越小。電位器的轉(zhuǎn)動軸通過旋轉(zhuǎn)改變碳環(huán)接觸點的位置,使電阻值發(fā)生變化。電位器的金屬腿有三根,將中間位置和任意一側(cè)的金屬腿接入電路,即可通過旋轉(zhuǎn)旋鈕來調(diào)節(jié)電位器的阻值。

        改裝

        接下來,筆者用自制的歐姆表與電位器連接,測量電位器的阻值變化。將歐姆表的紅表筆與電位器左側(cè)的金屬腿連接,黑表筆與電位器中間的金屬腿連接。旋轉(zhuǎn)旋鈕,可以觀察到什么變化?紅黑表筆分別連接電位器中間和右側(cè)的金屬腿,會發(fā)生什么變化?如果紅黑表筆分別連接電位器左側(cè)和右側(cè)的金屬腿,又會發(fā)生什么變化?圖2所示是測量電位器電阻變化的三種連接方式。

        玩轉(zhuǎn)

        首先,將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器左側(cè)和中間的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過程中,用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值,同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性,測量結(jié)果如下頁表1所示。

        其次,將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器右側(cè)和中間的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過程中,用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值,同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性,測量結(jié)果如表2所示。

        最后,將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器左側(cè)和右側(cè)的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過程中,用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值,同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性,測量結(jié)果如表3所示。

        通過分析測量結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):將電位器中間和任意一側(cè)金屬腿接入電路中,旋轉(zhuǎn)旋鈕,電阻才會發(fā)生變化。第一次電阻值從小到大變化,第二次電阻值從大到小變化。將電位器左側(cè)和右側(cè)金屬腿接入電路中,電位器變成定值電阻,阻值接近10KΩ。

        如果對比分析萬用表與自制歐姆表的數(shù)據(jù),會發(fā)現(xiàn)自制歐姆表的誤差多數(shù)在10%左右,有的甚至可以達(dá)到5%以下??梢娮灾茪W姆表的精確性比較高,但仍有改進(jìn)的空間。

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        通過這個實驗,我們既了解到電位器的工作原理與變化規(guī)律,又驗證了自制多量程歐姆表的精確性,可謂一舉兩得。這一系列的制作,可以作為制作個性化測量工具的范例。以此為例,可以制作個性化的電壓表、電流表、萬用表、溫度計、濕度計等多種測量工具。這將極大地豐富創(chuàng)客空間的建設(shè),也充實了創(chuàng)客課程的內(nèi)容。以此為例,還可以讓學(xué)生多體驗工程設(shè)計的一般過程,體會作為一名生產(chǎn)者的樂趣,開發(fā)自身潛在的創(chuàng)造力。以此為例,希望能有更多的創(chuàng)客和創(chuàng)客教育者加入此列,共同營造活潑、和諧的創(chuàng)客文化!

        本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續(xù)登載。

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