实验名称 实验实验 31 计算机测电阻伏安特性应用计算机测电阻伏安特性 1 目的目的 1 熟悉 PASCO 软件环境科学工作室 2 了解数据采集原理 了解 500 型接口线路连接方法 3 掌握传感器用户的自定义方法 2 实验仪器实验仪器 计算机一台 500 科学工作室接口 电压传感器 直流电源 DF1730SL3A 一台 一个滑动变阻器 测试板一块 3 实验原理 3 1 实验原理 电子设备的伏安特性表示设备电流与设备两端电压的关系 有电子设备的伏安 特性的透彻了解 研究设备的应用具有重要意义 如果电子器件是电阻器件 其特 符合欧姆定理的线性姆定理 即流过电阻 R 的电流 I 与电阻 R 两端电压 V 成正比 与电阻 阻值成反比 关系式为 R V I 1 根据 1 式 电阻值电阻值 如果已经测量了电阻的伏安特性 在曲线上 取两点 A 和 B 如果相应的坐标分别为 A UA IA 和 B UB IB 因为是线性的 所以 有 AB AB II UU R 2 根据 2 式 电阻的电阻值可以确定 3 2 实验方法 在 PASCO 计算机用于测量科学工作室实验系统 测量电路 如图 25 1 所示 稳压电源和滑动变阻器组成分压电路 动点 C 从 B 到 A 在移动过程中 C B 两端电压逐渐升高 电流传感器采集电路中的电流信号 电压传感器采集待测电阻 RX 两端的电压信号 分别给电流信号和电压信号 500 型科学接口 A 和 B 500 型科学工作 模拟室接口采集的电流和电压 计算机无法识别 需经过模数 A D 转换 变换后的数 字信号通过 RS232 串行口与计算机通信 将数字信号发送给计算机 PASCO 软件对数 据处理 显示结果显示在计算机屏幕上 3 2 1 电流测量电流测量 电流传感器采用外接方式 PASCO 电流传感器采样电阻为 1 000 此电阻额 定电流为 2A 容易烧断 电流传感器使用方便 但是，如果待测电阻较大 敏感性明显偏差 小 因此 本实验电流传感器采用自定义 根据实验需要选择自定义采样电阻 选 使用不同的电阻来满足测量要求 电流传感器的内部结构如图所示 25 2 所示 Rg为采样电阻 经过 电阻将电流转换为电压输出 注 接口 A B C 只识别电压信号 送给 500 型科学工 作室接口的模拟通道 A 电流大小可以通过测量采样电阻两端的电压和采样电阻的电阻来确定 即 g R V I 3 根据 3 式 测量电流的电流传感器可以自定义 测量电路中的电流 C 图 25 1 计算机测定电阻特性的示意图 I Rg 至 500 科学工作室接口电路 图 25 2 电流传感器内部图 3 2 2 电压测量电压测量 直接用电压传感器测量电压 电压传感器验中电压传感器收集的电压信号 500 型科 学习工作室模拟通道 B 或 C A 通道输入阻抗为 2M B 和 C 输入阻抗为 200M 4 教学内容 4 1 硬件连接 1 按图 25 1 连接好线路 特别注意电流或电压传感器梅花插头与插座的正确连接 箭头和连接线 TOP 标志 标志应向上 不允许强行插入错位 2 详细检查线路正确后 打开稳压电源 电压为 10V 以免烧坏 500 型科学工 作室接口 3 检查 500 科学工作室接口 A B C 模拟通道 选 A 通道为电流接口 B C 通 道任选一个为电压传感器输入口 4 电流传感器的接线柱有红色和黑色 电压传感器香蕉插头也有红色和黑色 分别代 表正极和负极 不要反极性 否则 实验结果曲线不会受到第一象限的限制 4 2 软件操作软件 1 熟悉 PASCO 科学工作室实验系统的功能和使用方法 图 25 3 2 接通 500 科学工作室接口电源开关 在背面 点击计算机科学工作室 Science Workshop 图标 计算机进入自检过程 如果屏幕显示找不到接口 应检查接口 电源指示灯是否亮或检查是否亮 RS232 串行口连接是否正常 按重试图标按钮 若 自检通过 计算机屏幕将显示图 25 3 工作界面 系统进入 PASCO 软科学工作室 件平台 正 电源 10V 负 滑动变阻器 正 Rg负 Rx 500 型接口 A 口 B 口 计算机 3 根据 电流与电压传感器硬件连接 相应地拉入接口图标 ABC 图标中 并选择传感器 窗口中 A 选择用户自定传感器接口 B 或 C 接口选用电压传感器 图 25 4 用户定制传感器 4 双击用户自定传感器图标 把系统默认电压改成电流 电流 gg Max Max RR V I 10 mA 填写高值数据框 低值填入零 最大电压值为 10V 低值为零 如图 25 4 所 示 5 用鼠标点取图表 按右键不放 拖入通道或传感器 显示数据曲线 图形显示二 维坐标中 纵坐标选 A 通道 默认时间为横坐标系统 T 更改为 B 或 C 电压输入通道 4 3 数据采集数据采集 1 双击录入 REC 下拉菜单图标或主菜单实验 记录 界面上闪烁着小光标 表示系 在数据采集中统一 均匀移动滑线变阻器触点 从最低点移 B 到最高点 A 点击 停止图标 计算机屏幕将自动形成 I V 特性曲线 2 实验过程中 如果发现 I V 曲线或电流自定义错误 需要更改 应先在数据框中 数据 按顺序编号系统 全部选中 再按键盘 Delete 键删除 3 本实验分别接入三个待测电阻 RX 形成三条曲线 用鼠标点击 Data 下拉菜单 复 选择三条数据曲线 4 点击图形显示最大化 三条直线的坐标系全屏 横纵坐标比可手动调整 例 即用鼠标点击坐标轴 在对话框中填写适当的值 或点击坐标自动匹配图标 5 点击图表设置小图标 写曲线名称 班级 姓名 学号 如图 25 5 所示 6 指定的网络共享文件夹的网络共享文件夹中 文件名 sws 最后三位数用学号 替换 打印结果后，检查正确 5 实验教学组织和教学要点 1 实验课开始前，老师 必需备课 熟悉仪器 并进行实际操作和数据测量 2 根据实验 拟订教案 并进行数据处理 3 学生必须在课前预习 并写预览报告 4 实验前 检查学生的预习情况 教师抽查提问学生实验中所要求的知识要点 实验步 骤 掌握重要参数等情况 5 根据提问情况 讲解实验原理和操作步骤 重点讲解重点和难点 演示如何测电 阻伏安特性 线性拟合测量曲线 6 学生自主做实验 通电前教师检查学生的接线状况 如果在操作过程中对教师有疑问 及时解释和指导 6 实验教学的重点和难点 1 如何用传感器测量电压和电阻 2 如何设置电流传感器的参数？ 3 提高阅读能力，了解采样电阻的作用 7 实验中容易出现的问题 1 电流传感器设置错误 2 横坐标轴和纵坐标轴容易出错 3 电流传感器和电压传感器的接线位置错误 不直接连接电压传感器负极和虚拟 8 实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数据实验参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数参考数 利用十叉尺在曲线上找出合适两点 求得电阻值 十叉尺坐标读数是指示值误差 小分度的 5 个单位 使用计算机统计功能 逐一对每条 I V 直线进行 曲线拟合 Curve fit 电阻伏所示 I V 1 2 3 012345678910 024681012141618202224 1 2 3 Rg 97 99 Imax 102 05mA 表 1 测量电阻伏安特性实验数据 R UA v UB v IA mA IB mA 线性拟合 a1 mA a2 mA V 1 0 667 7 000 2 022 21 875 y a1 a2x 0 01435 3 13794 2 1 271 8 521 1 164 8 456 0 01567 1 00275 3 1 583 8 550 0 989 5 787 0 01308 0 67674 电流 电压极限误差 m 0 005 计算结果如表所示 2 及表 3 表 2 电阻伏安特性实验计算结果之一 R AB AB II UU R m 3 V m UU BA UU 3 mA m UU BA II 1 318 9 0 005 0 0029 0 0029 2 994 2 0 005 0 0029 0 0029 3 1452 1 0 005 0 0029 0 0029 表 3 电阻伏特性实验计算结果2 R 2VUU A UU 2mAUU A II 22 I U U U E IU R REU RR 1 0 0041 0 0041 0007 0 853 19 0041 0 333 6 0041 0 22 0 2 2 0 0041 0 0041 0008 0 292 7 0041 0 250 7 0041 0 22 0 8 3 0 0041 0 0041 00106 0 657 4 0041 0 917 6 0041 0 22 1 6 结果表示 0 07E 2 0 318 9 R R 1 0 08E 8 0 994 2 R R 2 683 0 P 0 11E 2 1452 R R 1 9 实验结果检查方法实验结果检查方法 1 两点的值是否尽可能远 2 拟合结果的 1 a2与电阻计算结果比较 差别是否大？ 10 课堂实验预习检查题目课堂实验预习检查题目 1 了解实验装置 介绍实验装置 2 本实验测定了什么物理量 3 科学工作室 500 接口的 A B C 通道识别什么样的信号 如何改变不同物理量？ 试举例说明 4 何时可以用 用户定制传感器 定义传感器 如何理解 用户定制传感器 5 试比较电流传感器内接和外接 6 改变电流传感器内部的采样电阻 Rg大小 对电路和传感器采样有什么影响？
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