Mixly开源项目设计10:用自制多量程欧姆表测量电位器的电阻

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  回顾欧姆表的制作过程,笔者先将Mixly编程与Arduino结合,制作了0~10KΩ的欧姆表。但经过测试,笔者发现0~1KΩ的电阻测量误差较大。于是经过进一步改进,增加欧姆表0~1KΩ的量程。这样,既增强了精确性,又使得欧姆表从单量程变为多量程。不断优化欧姆表的目的是让其尽可能接近真实欧姆表,并成为一件既有趣又具有实用价值的测量工具。本文将使用自制欧姆表探究电位器的电阻变化,并试图用万用表验证自制欧姆表的精确性。
  制作
  电位器,也被称为电位计,是一种可以改变阻值的电子元件,其阻值的最大值一般会标到外壳上(如图1)。电位器主要由转动轴、金属腿、碳环等几部分组成。碳环是电位器的核心部分,是由碳混合黏土制成的。黏土是绝缘体,碳是导体。碳和黏土的比例决定了电位器的最大阻值。黏土越多,阻值越大,反之,阻值越小。电位器的转动轴通过旋转改变碳环接触点的位置,使电阻值发生变化。电位器的金属腿有三根,将中间位置和任意一侧的金属腿接入电路,即可通过旋转旋钮来调节电位器的阻值。
  改装
  接下来,笔者用自制的欧姆表与电位器连接,测量电位器的阻值变化。将欧姆表的红表笔与电位器左侧的金属腿连接,黑表笔与电位器中间的金属腿连接。旋转旋钮,可以观察到什么变化?红黑表笔分别连接电位器中间和右侧的金属腿,会发生什么变化?如果红黑表笔分别连接电位器左侧和右侧的金属腿,又会发生什么变化?图2所示是测量电位器电阻变化的三种连接方式。
  玩转
  首先,将欧姆表的红黑表笔分别与电位器左侧和中间的金属腿连接。电位器的旋钮从起始位置顺时针旋转到最终位置。在这一过程中,用自制欧姆表依次测量4个随机电阻值,同时用万用表再次测量以验证自制欧姆表的精确性,测量结果如下页表1所示。
  其次,将欧姆表的红黑表笔分别与电位器右侧和中间的金属腿连接。电位器的旋钮从起始位置顺时针旋转到最终位置。在这一过程中,用自制欧姆表依次测量4个随机电阻值,同时用万用表再次测量以验证自制欧姆表的精确性,测量结果如表2所示。
  最后,将欧姆表的红黑表笔分别与电位器左侧和右侧的金属腿连接。电位器的旋钮从起始位置顺时针旋转到最终位置。在这一过程中,用自制欧姆表依次测量4个随机电阻值,同时用万用表再次测量以验证自制欧姆表的精确性,测量结果如表3所示。
  通过分析测量结果可以发现:将电位器中间和任意一侧金属腿接入电路中,旋转旋钮,电阻才会发生变化。第一次电阻值从小到大变化,第二次电阻值从大到小变化。将电位器左侧和右侧金属腿接入电路中,电位器变成定值电阻,阻值接近10KΩ。
  如果对比分析万用表与自制欧姆表的数据,会发现自制欧姆表的误差多数在10%左右,有的甚至可以达到5%以下。可见自制欧姆表的精确性比较高,但仍有改进的空间。
  分享
  通过这个实验,我们既了解到电位器的工作原理与变化规律,又验证了自制多量程欧姆表的精确性,可谓一举两得。这一系列的制作,可以作为制作个性化测量工具的范例。以此为例,可以制作个性化的电压表、电流表、万用表、温度计、湿度计等多种测量工具。这将极大地丰富创客空间的建设,也充实了创客课程的内容。以此为例,还可以让学生多体验工程设计的一般过程,体会作为一名生产者的乐趣,开发自身潜在的创造力。以此为例,希望能有更多的创客和创客教育者加入此列,共同营造活泼、和谐的创客文化!
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