电阻测量论文范文

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电流互感器是发电厂和变电站的重要设备，产品性能的好坏对电力系统的安全稳定运行有重要影响。出厂试验是保证产品性能的重要一环。而绝缘电阻试验是其他高压试验的基础，是一项简便而常用的试验方法，下面就生产过程中遇到的问题对绝缘电阻测量进行系统说明。

1测量原理

绝缘就是不导电的意思，世界上没有绝对“绝缘”的物质，在绝缘介质两端施加直流电压时，介质中总会有电流流过。这个电流可以看成由三种电流组成：由电导决定的漏导电流、由快速极化决定的电容电流和缓慢极化产生的吸收电流。其中漏导电流不随时间而改变，电容电流瞬间即逝，吸收电流随加压时间逐渐衰减，这个时间与试品的电容量有关，电容量越大，衰减时间越长，研究表明，吸收电流与被试设备受潮情况有关，吸收电流与时间的曲线叫吸收曲线。不同绝缘的吸收曲线不同，对同一绝缘而言，受潮或绝缘有缺陷时，吸收曲线也不相同，因此，可以通过吸收曲线来判断绝缘的好坏。

2使用仪表

目前常用的仪表是手摇式兆欧表，从外观上看有三个接线端子，它们是“线路”端子L-接于被试设备的高压导体上；“地”端子E-接于被试设备的外壳或地上；“屏蔽”端子G---接于被试设备的高压护环上，以消除表面泄漏电流的影响。兆欧表的内部结构是由电源和测量机构组成。电源是手摇发电机，测量机构为电流线圈和电压线圈组成的磁电式流比计机构。当摇动兆欧表时，发电机产生的电压施加试品上，这时在电流线圈和电压线圈中有两个电流流过，将会产生两个不同方向的旋转力矩，二者平衡时指针指示的数值就是绝缘电阻的数值。随着科技的发展，目前数字式兆欧表已经问世，其量程可以切换，测量速度快而且准确，体积小、质量轻，适合现场使用。我们使用的是ZC-7型手摇兆欧表，电压为2500V。

3影响绝缘电阻测量的因素

3.1湿度的影响随着周围环境的变化，电力设备的吸湿程度也随着发生变化。湿度增大时，绝缘因毛细管的作用，将吸收较多的水分，使电导率增加，降低了绝缘电阻的数值，尤其对表面泄漏电流的影响更大。电流互感器的制作过程中，最容易吸湿的阶段是出罐后的装配过程。因此，装配时，应选择晴好的天气而且器身暴露在空气中的时间不宜过长。

3.2温度的影响对于电流互感器这种使用富于吸湿的材料，其绝缘电阻随着温度的升高而减小。一般来讲，温度变化10度，绝缘电阻的变化达一倍。每次测量不可能在同一温度下进行，因此，必要时应对绝缘电阻数值进行温度换算。

3.3表面脏污的影响试品表面脏污会使表面电阻率大大降低，使绝缘电阻下降，在这种情况下必须消除表面泄漏电流的影响，以获得正确的测量结果。

3.4残余电荷的影响对有残余电荷被试设备进行试验时，会出现虚假的现象，当残余电荷的极性与兆欧表的极性相同时，会使测量结果虚假的增大。当残余电荷的极性与兆欧表的极性相反时，会使测量结果虚假的减小。因此，对大容量的设备进行绝缘电阻测量前，应对设备进行充分的放电。

此外，兆欧表的连线铰接或拖地也会使测量结果变小，外界电场的干扰以及测量时L端子和E端子接反都会对结果产生一定的影响，测量时应全面考虑，综合判断。

4电流互感器绝缘电阻的测量

电流互感器绝缘电阻的测量包括一次对二次及地、二次之间及对地、一次段间，以及生产过程中的储油柜、二次接线板和底座等。要做出正确的判断除了解上述影响绝缘电阻的因素还必须知道电流互感器的整体结构及原理，此外，对于生产过程中的干燥工艺、组装过程中脏污等也会影响测量结果。例如，2002年曾发现一台电流互感器二次某一个绕组对地的绝缘电阻不合格，经仔细检查发现为组装过程中不慎将一个细小的小铜丝短路于二次绕组和接线板之间，去除后再次测量，结论合格。绝缘性能是产品质量的重要指标，因此应严格控制出厂试验这一关。5结论

测量绝缘电阻是进行工频耐压、介质损耗、局部放电等其他高压试验的基础，它具有测量简便、易于发现绝缘的缺陷的优点。但必须了解它的测量原理以及对测量结果的综合判断，这样才能得到正确的结论。

6参考文献

1陈化钢.电力设备预防性试验方法.北京：中国科学技术出版社，2001

2邱昌容，曹晓珑.电气绝缘测试技术.北京：机械工业出版社，2001

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电表的反常规用法是近几年高考的热点问题，相对学生来讲也恰恰是一个难点问题。电表的反常规用法一般有这么两种设计方案，其一就是用电流表来测电压，题目里往往把已知确定阻值的电流表当作电压表使用或把一个电流表和一个定值电阻改装为电压表适用；其二就是用电压表来测电流，解题时需要把确定阻值的电压表当作电流表使用。

例1、现有一块灵敏电流表 ，量程为200，内阻约为1000，要精确测出其内阻R1教育学论文教育论文，提供的器材有：

电流表 (量程为1mA，内阻R2=50)；电压表(量程为3V，内阻RV约为3k)；

滑动变阻器R(阻值范围为0~20)；定值电阻R0(阻值R0=100)；

电源E(电动势约为4.5V，内阻很小)；单刀单掷开关S一个，导线若干。

(1)请将上述器材全部用上，设计出合理的便于多次测量的实验电路图，并保证各电表的示数超过其量程的1/3，将电路图画在图示的虚框内。

(2)在所测量的数据中选一组，用测量量和已知量来计算 表的内阻，表达式为R1=I2(R0+R2)/I1，表达式中各符号表示的意义是I1表示 表的示数，I2表示表的示数，R2表示 表的内阻，R0表示定值电阻的阻值毕业论文开题报告。

解析：此题目的本意是要考查学生对伏安法测电阻原理的掌握情况，但是该题目中所给出的电压表量程过大，只能用于保护电路使用。因此没有合适的电压表可以直接利用教育学论文教育论文，这时候我们必须依照伏安法测电阻的基本原理做出适当的改进，将电流表 和定值电阻R0改装成电压表，题目就迎刃而解了。

例2、从下面所给出的器材中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1。要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。

电流表A1(量程100mA，内阻r1约40，待测)

电流表A2(量程50，内阻r2=750)； 电压表V(量程10V，内阻r3=10k)；

电阻R1(阻值约100，作保护电阻用)； 滑动变阻器R2(总阻值约50)

电源E(电动势1.5V，内阻很小)；电键S，导线若干

(1)在虚线方框中画出电路图，标明所用器材的代号。

(2)若选测量数据中的一组来计算r1，写出所用的表达式并注明式中各符号的意义。

r1=r2I2/ I1 其中I1和I2分别表示A1和 A2的电流。

解析：本题给出了电压表和电流表，若采用下图所示的电路进行测量时教育学论文教育论文，电压表的示数不到满量程的1/20，测量值不准确，因为电表的示数没有接近量程的一半或一半以上。

因此，用上图所示的电路不能较准确的测量A1的内阻。这时候我们可以把已知电阻的电流表A2当做电压表来使用，电流表A2两端的电压可以由其示数和内阻推算出来，A2两端的电压也就是A1两端的电压，这样就可以较准确的测量出A1的内阻了毕业论文开题报告。

例3、使用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900-1000)。电源E，具有一定内阻，电动势约为9.0V；电压表V1，量程为1.5V，内阻r1=750；电压表V2，量程为5V，内阻r2=2500；滑动变阻器R，最大阻值约为100；单刀单掷开关K，导线若干。

(1)测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图。

或

(2)若电压表V1的读数用U1表示，电压表V2的读数用U2表示教育学论文教育论文，则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx= U1r1 r2/( U2 r1—U1 r2)或(U2—U1 )r1/U1

解析：该题目还是测未知电阻Rx的阻值的，显然本题目并没有给出电流表，我们不难发现本题里面已知两个电压表，而且电压表的内阻都是已知的，用电压表的读数除以本身的内阻就可得到通过自身的电流了，因此，我们完全可以把电压表当电流表来使用。

总而言之，类似的实验都是考查伏安法测电阻的基本原理，只要实验目的明确，充分利用题目所给出的器材，不难找出解题思路。

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在工厂发供电系统中，电气设备较多。电气设备运行中发热产生温升，随着长时间运行，设备老化、积灰造成发热量增大，造成温升异常，如果不加以检测和控制，随着电力负荷的增长，如果原有的电气设备不加以检测和维护，对设备危害会很大。电气设备发生故障，故障点的电流及支路电流会增加，电气设备接头比同截面导线，出现超限负荷，后果是：接头松动，长时间后接头发热，设备老化，最严重发生电缆爆炸或者接头熔断。

1.温升产生的原因

电气设备发热时电流热效应引起，按照i²r的公式产生热量。公式说明，电气设备热量主要是两因素组成，即电流、电阻。

下面对影响接触电阻发热的因素进行分析：

接触电阻由两部分组成，收缩电阻Rs、表面膜电阻Rb。收缩电阻：电流流经电接触区域，由原来截面较大导体转入截面较小接触点，电流发生收缩，此现象呈现的电阻称为收缩电阻。表面膜电阻是在电接触面上，由于覆盖一层导电性差的物质，产生膜电阻。

接触电阻形式：点接触、线接触、面接触。接触形式与收缩电阻Rs的影响表现在接触点数目。通常情况，面接触点数最大Rs最小；点接触最小，Rs最大；线接触处于之间。

接触形式与膜电阻Rb的关系主要是接触点承受的压力F。接触压力F对收缩电阻Rs值、膜电阻Rb值影响最大，F增加，接触有效面积增大，接触点数增加，使Rs减小。接触不到位，触头失去弹性，接触压力F下降，接触面积减少，电阻Rs增大，膜电阻Rb受F的作用减弱或不受其影响，使表面膜电阻Rb增大。

接触表面光洁度对电阻有影响，主要表现为接触点数不同。电阻接触在长期工作中要受到腐蚀作用，电接触长期允许温度都很低，接触面金属基本不与周围介质接触，但介质中的氧从接触点逐渐侵入，并金属发生化学反映，形成氧化物，造成实际接触面积降低，使Rj增加，接触点温度上升。论文格式。

电化学腐蚀：两种金属构成电接触，会发生这种腐蚀。它使低价金属溶解，造成低价金属腐蚀。

电气发热使接触面形成氧化层薄膜，增加接触电阻。论文格式。氧化速度和触头温度关系密切，发热温度高，超过临界温度，氧化膜形成过程会加速，这就决定了接触面极限温度。此外，当发热温度超过极限值，接触部分的垫片会被退火，压力降低，使接触的电阻增加，最后导致连接状态破坏。

2.绝缘等级

绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。最高允许温度分别是（℃）105、 120 、130 、155 、180。

运行中电气设备，要求温度不大于绝缘等级。超过绝缘等级规定时，需要进行处理。

3.电气发热检查方法

3.1用试温蜡片

把试温蜡片粘贴在电气接点触头，运行中观察试温蜡片颜色变化情况，有60℃（黄色）70℃（绿色）80℃（红色），每达到一定的温度，相应的色块会变成黑色。

3.2使用红外线测温仪：

使用红外线测温仪可以直接对电气触头、电缆接头、电机外壳进行测温。测量误差小，使用方便。

4.使用红外线测温仪时应该注意的问题

（1）使用测温仪应当注意测量距离，按照使用说明书，一般最佳测量距离为1米，距离越远，误差越大。

（2）使用测温仪时应尽量避免红外光线穿透玻璃。虽然在产品说明书中注明可以穿透玻璃测量，但是在实际使用中发现，穿透玻璃使测量结果误差增大。所以应该尽量避免。

（3）在使用测温仪过程中，应该遵循定时、定点原则并做适当的记录。定时原则就是在24小时的某一个固定时间检测。定点原则是指在测量温度时的测温点应当固定，有条件的话，在检修状态应当做适当标记。论文格式。坚持定点定时原则并加以记录才能够及时发现异常发热的触点，并及时加以处理。

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转换法是初中物理研究的常用科学方法之一。某些物理现象或物理量无法直接观察或测量，这时可以利用它们与另外一些能够直接观察和测量的物理现象或物理量之间的内在联系，通过设计实验来间接推断和测量，这种方法叫做转换法。

在“探究电流热效应”实验中，要探究Q与I、R、t的关系，其难点在于当我们使用控制变量方法进行探究时，如何比较两电阻产生的热量多少？对初中学生而言，知识储备不够，不能准确测出电阻放出的热量多少，要完成探究，就只能把比较“热量”多少转换成比较与热量有关的其它可观察的现象或物理量，从而对热量做出近似比较，完成探究过程。在课堂教学过程中，我们可采用多种转换法来完成对电阻放出热量多少的比较，现把转换方案介绍如下：

转换方案一：把电阻放出热量多少转换成火柴被点燃的时间，火柴先被点燃的电阻放出的热量较多。

如图A所示，取一段电阻丝，把一根干燥的火柴头插入电阻丝中，当电阻丝通电产生热量初中物理论文，温度升高达到火柴着火点后，火柴会被点燃，因此在相同条件下，先被点燃的的火柴对应的电阻丝产生的热量较多。此方案操作简单方便，但不足之处是只有局部电阻丝放出的热量被火柴吸收，不能准确反应整个电阻丝放出的热量多少；同时火柴被点燃处的电阻丝会被烧灼而变形，不利于多次重复实验。

转换方案二：把电阻放出热量多少转换成蜡熔化的时间，蜡先熔化使火柴下落的电阻丝放出的热量较多。

如图B所示，取一段电炉丝，剪取长度合适的一段，在电阻丝的中间下方处滴几滴蜡，并把火柴头粘在电阻丝上，当电流流过电阻丝时，产生热量使温度升高，蜡便会熔化，火柴在重力作用下自由下落，因此，在相同条件下先下落的火柴对应的电阻丝产生的热量较多。此方案实验时间大大缩短，并可多次重复实验，不足之处是实验的精确性不够，只能反应局部电阻丝放出的热量，只能做出粗略判断。

转换方案三：把电阻放出热量多少转换成媒油在玻璃管中上升的高度，管中媒油上升较高的瓶内电阻放出的热量较多论文下载。

如图C所示，在锥形瓶中装满煤油，瓶塞中间插入一支空心玻璃管，利用电阻丝产生热量使煤油体积膨胀，管中煤油液面上升，在相同条件下，液面上升较快的瓶内电阻丝产生的热量较多。此方案较精确，不足之处是实验时间长，而且瓶口处容易因密封不严而漏油，影响实验准确性和污染桌面。

转换方案四：把电阻放出热量多少转换成媒油升高温度的多少，加热相同时间后媒油温度升高较多瓶内的电阻放出的热量较多。

如图D所示，在锥形瓶中装适量煤油，瓶塞中间插入一支温度计，利用电阻丝产生热量使煤油温度升高，在煤油质量相同条件下，温度上升较快的瓶子里的电阻丝产生的热量较多。此方案非常精确初中物理论文，且可通过调整煤油质量来调整实验所需时间，是一种较为理想的方案。

转换方案五：把电阻放出热量多少转换成红色液柱移动的距离，小液柱移动距离较多的瓶内电阻放出的热量较多。

如图E所示，在锥形瓶中的瓶塞中间插入一支两端开口的玻璃管，玻璃管中有一段红色液柱，利用电阻丝通电后产生热量，使瓶内空气温度升高，空气膨胀推动红色液柱向上运动。在相同条件下，液柱上升越快的瓶内电阻丝产生的热量较多。此方案非常灵敏，当空气受热后极易膨胀，现象明显，极大缩短实验时间，不足之处是操作不当易使红色液柱被推动而喷出玻璃管口，使实验无法继续进行。

总之，在探究电流的热效应实验中，每种转换法都能比较出两电阻丝放出热量的多少，从而完成实验探究。在教学过程中每位教师可根据本校的实验条件和学生的实验素养，选择适当的转换方案开展分组实验，激发学生学习兴趣，培养探究能力，提升物理学科素养。

参考文献：

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随着社会的发展，信息处理技术、微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。现在非电物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域[1]，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。免费论文参考网。可以说测试技术与自动控制技术水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。传感器是信息采集系统的感应单元，所以，它是自动化系统和控制设备的关键部件，作为系统中的一个结构组成，在科技、生产自动化领域中的作用越来越重要[2]。

传感器亦称换能器，是将各种非电量（包括物理量，化学量，生物学量等）按一定的规律转换成便于处理和传输的另外一种物理量（一般为电量、磁量等）的装置[3]，它能把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路3部分组成，有时还需加上辅助电源。免费论文参考网。其原理如图1所示。

其中：①敏感元件直接感受被测物理量，如在应变式传感器中为弹性元件；②传感元件将感受到的非电量直接转换成电量，是转换元件，如固态压阻式压力传感器；③测量电路是将传感元件输出的电信号转换为便于显示、控制和处理的有用电信号的电路，使用较多的是电桥电路。由于传感器元件输出的信号一般较小，大多数的测量电路还包括放大电路，有的还包括显示器，直接在传感器上显示出所测量的物理量；④辅助电源是供给传感元件和测量电路工作电压和电流的器件。

国际电工委员会IEC则将传感器定义为测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号[4]。传感器是传感器系统的一个组成部分，是被测量信号输入的第一道关口。对传感器在技术方面有一定的要求，而同时亦要考虑尽可能低的零点漂移、温度漂移及蠕变等[5]。近年来，传感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、标准化方向发展的趋势[6]。

电阻式传感器的工作原理是将被测的非电量转换成电阻值，通过测量此电阻值达到测量非电量的目的。这类传感器大致分为两类：电阻应变式和电位计式。利用电阻式传感器可以测量形变、压力、力、位移、加速度和温度等非电量参数。

压力传感器是将压力这个物理量转换成电信号的一种电阻应变式传感器。传统的电阻应变式压力传感器是一种由敏感栅和弹性敏感元件组合起来的传感器[7]。如图2所示，将应变片用粘合剂粘贴在弹性敏感元件上，当弹性敏感元件受到外施压力作用时，弹性敏感元件将产生应变，电阻应变片将它们转换成电阻变化，再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。它是目前应用较多的压力传感器之一，因具有结构简单、使用方便、测量速度快等特点而广泛应用于航空、机械、电力、化工、建筑、医学等诸多领域。

传统的电阻应变式压力传感器的电阻敏感栅是刻录在一层绝缘脂薄膜上，而薄膜又通过粘结剂粘合到弹性基片上，由于弹性元件与粘结剂及绝缘脂膜之间的弹性模量不同，弹性元件的应变不能直接传递给敏感栅，而是要通过粘结剂、绝缘脂膜才能到达敏感栅，从而产生较大的蠕变和滞后，影响传感器的灵敏度、响应度、线性度等性能。另外，由于粘结剂不能在高温条件下使用，这也使它的应用范围受到限制。

为了消除绝缘薄膜层和粘结剂层对传感器性能的影响，可以尝试采用真空镀膜方法及光刻技术，在弹性元件上直接刻录敏感栅，弹性元件与敏感栅直接接触，以克服常规工艺导致的滞后和蠕变大的缺陷。另外，如果弹性材料和结构选择恰当，还可制成耐高温、耐腐蚀的全隔膜式薄膜压力传感器。

一、器件研制

采用真空镀膜技术在弹性基片上蒸镀一层约300nm金属栅材料的薄膜，用半导体光刻技术，在弹性基片上直接形成电阻敏感栅，最后利用耐高温、耐酸碱腐蚀的环氧树脂粘结剂，将制作好的芯片封装在工件中，组成压力传感器探头。经过热老化、电老化，待封装应力趋于稳定后，进行电性能测试。

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活动方案的具体目标：

随着工业和农业的现代化，给我们生活的环境造成了一定的影响，尤其是对水资源的影响较大，在工业区附近的城镇和农村，由于一些工厂的污水排放，造成对水源的严重污染，尤其是重金属铅、汞离子的浓度严重超标，对人们的身体造成危害，所以本次科技教育活动的目标就是：要求学生利用自己所学的物理、化学及地理知识，对校园周边的河流及水井等水源进行抽样调查研究，通过抽样测定含铅、汞离子的水源的电阻率，从而判定这种离子在水中的浓度。

本次活动方案所要抽样的水源是：

湖南省道县境内的潇水河、濂溪河、春秋井。

高三理科实验班45个同学分成三大组、每组15人，要求每组同学对自己的抽样对象取样水，通过测定水源电阻率的办法来判定水源中铅汞离子的浓度。

本次活动方案的具体内容：

1　要求同学们开动脑筋，在探究式学习中设计测量大电阻率的原理方法，在实验室配制不同浓度(铅汞离子浓度)的水溶液进行电阻率测量计算，并列表绘图做成“标准参数”，然后再对样水进行测量对比分析并标度，从而可测出样水中的铅、汞离子浓度来。活动时间：只能利用课外活动和中午休息时间进行。

2　本活动方案的难点：

①怎样利用恒定电路测量含铅、汞的水溶液的电阻率；

②怎样在实验室做好一定铅、汞离子浓度的“标准参数表”。

3　本方案的重点是：设计测量水源样水的电阻率的电路原理图：

4　本活动分为四个阶段：

第一阶段：(3课时)查阅资料，分组学习讨论，确定测量含铅、汞离子水溶液的电阻率的电路。

第二阶段：(3课时)根据自己设计的电路图研究实际测量的可行性，由电阻定律R=PL/S得到：P=RS/L，利用注射器作盛水容器，可测出该样水电阻的横截面积s和长度L来，并不断改进测量方法，直到能较准确测量出电阻率很大的纯净水的电阻率为止。

第三阶段：(2课时)根据实验的可行性来设计电路，对不同浓度的铅、汞离子水溶液进行电阻率测量并绘制“标准参数表”。

第四阶段：(1课时)对水源的样品进行测量其电阻率，并依照“标准参数表”读出其离子浓度来。

5　活动过程中可能出现的问题有：

①设计测水源电阻率的电路实际误差较大。

②不会抽取水源样品，或者是水源的样品中还含有其他盐类而影响“铅、汞”离子的电阻率测量。

③不会制连续性的“标准参数表”。

6　解决以上问题的预案：

①引导同学们运用已学的恒定电流知识设计3种以上电路原理图，然后从误差方面分析，择优确定一种。

②在抽水样时，定好体积，用注射器抽取较为适宜，在设计离子浓度与电阻率关系的“标准参数表”时，要求同学轮流测量、多次测量取平均值，以便把实验误差降到最低限度。

③如果在样水中出现较多的镁、钙等离子，必须设计化学实验方案除去这些“负因素影响”离子。

7　活动结果及呈现方式：

要求同学们在反复测量中所得到的数据具有稳定性，与“标准参数”误差不超过5％，而且写好论文和报告，把整个活动过程和电路设计原理记录下来，以便活动终结考评。

活动评价标准：

1　查看各组所采用的电路原理图是否科学而且误差不超过5％，否则视为活动结果不合格。

2　所设制的“离子浓度一电阻率”标准参数表是否准确且有连续性。并评定打分。

3　所著论文报告是否详细如实，根据情况评定优良。

本次活动对学生的教育作用：

让学生自己查阅资料，分组讨论，设计出以前从未想过、但有效可行的电路来，使他们在探究式学习中培养科学素养，从科学思想、科学知识、科学方法和科学精神等方面全面提高自己的能力和素质，而且在创新设计中加强了动手能力，使之从小养成保护环境、为人类造福的远大理想。

本活动方案的有利条件是：

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1.引言

1960年美国物理学家彭齐亚斯和威尔逊建立了超低噪声的喇叭形天线[1]的射电望远镜，在接收信号时发现总有消除不掉的多余的噪声，为了确定这个多余的噪声的大小和来源，他们对天线噪声温度进行了精确的测量。两位物理学家经过一年多努力的测量得出天线总的噪声温度为6.7K[2]，在扣除掉影响天线噪声温度的各内外因素的情况下，结果发现总有消除不掉的多余噪声，它的值约为3K。

在测量天线多余噪声温度的过程中，天线的噪声温度是系统灵敏度设计中唯一难以确定的因素，因为影响天线的噪声温度的因素很多。本文在已知矩形喇叭天线总的噪声温度的前提下，对矩形喇叭天线中各种噪声源进行深入的分析与研究。最后通过计算得出的各噪声源的结果与矩形喇叭天线的总的噪声温度来得出矩形喇叭天线的多余噪声温度。

2.矩形喇叭天线噪声温度的分析

2.1 天线噪声源

天线噪声的来源主要从两个方面考虑，分别是天线自身噪声源和外界噪声源[3,4]。博士论文，系统噪声。

（1）自身噪声源

矩形喇叭天线自身噪声源主要是指天线内部系统噪声，包括两个方面：热噪声和散弹噪声。

热噪声即天线本身材料的损耗引起的噪声，主要是指天线自身噪声源传给系统的噪声温度。博士论文，系统噪声。博士论文，系统噪声。

散弹噪声又称为散粒噪声，它是由矩形喇叭天线的有源器件中的直流电流或电压随机起伏造成的。博士论文，系统噪声。散弹噪声存在一个直流电流，而热噪声电压与直流无关。博士论文，系统噪声。散弹噪声的平均电流起伏为零，其量值大小也用均方电流、均方电压或功率来表示。

（2）外界噪声源

任何高于绝对零度(0K=-273℃)的物体都辐射电磁波而产生噪声。影响天线温度的外界噪声源很多，有的噪声源是无时不在的，有的噪声源是在某些特定条件下才出现的。对于天线来说，外界噪声源主要有大气噪声、地面噪声和背瓣噪声等。

2.2 矩形喇叭天线噪声温度的分析

在矩形喇叭天线中，内部噪声主要是天线内部各器件的欧姆损耗，即矩形喇叭天线的系统噪声；外部噪声主要是指大气噪声和背景噪声。

2.2.1天线系统噪声分析

矩形喇叭天线内部产生的噪声也就是矩形喇叭天线内部欧姆损耗过程中产生的噪声，即天线的系统噪

声。

天线的系统噪声温度公式为： (1)

将天线的系统内阻等效为辐射电阻和损耗电阻之和，其中为损耗电阻，为辐射电阻。为噪声源的噪声温度。利用天线效率与电阻的关系，取矩形喇叭天线效率，我们可以计算出矩形喇叭天线系统的噪声温度为：。

2.2.2 天线外部噪声分析

辐射计天线指向目标测量时，会接受到来自不同方向的辐射，在矩形喇叭天线装置中我们所考虑到的外部辐射噪声主要是地面大气噪声[5,6]。

地面大气噪声主要由氧气和水蒸气对太阳辐射能的再辐射引起的。地面大气噪声的强度主要取决于接收方向的仰角β。取，大气噪声与仰角的关系式：

（2）

在各个不同的角度取值，得到的大气噪声值（如表1）：

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中图分类号：TP216 文献标识码 A   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT

Design of Equivalent Circuit Parameter Analyzer for

Two Port Passive Circuit

TANG Zhengming1 ， ZHANG Sanmei2 ， Zeng Jing1

（1 School of Electronic Information and Engineering， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009，China；

2 Experiment Center， China West Normal University， Nanchong Sichuan 637009， China）

Abstract： Equivalent circuit parameter is very important for the process of circuit analysis and design. Based on the refined numerical algorithm of AC impedance， a digital equivalent circuit parameter analyzer is designed. In this system， MCU is used to control frequency synthesizer to generate excitation signal. By adjusting the capacitance and current trends ， the load impedance characteristic is determined. Finally， the AC impedance and equivalent circuit parameter are displayed， which can be obtained under different operating frequency.

Keywords： MCU； AC Impedance Characteristics； Equivalent Circuit Parameters

0引 言

电路交流阻抗随信号源的频率变化，其具体表现为一定电阻R、电容C和电感L的串联、并联或混联在给定信号频率下所得到的等效阻抗。频率相对较高时，电路还可能产生相对较大的寄生电容、电感，从而出现寄生阻抗。如何快捷准确地获取电路在不同工作频率下的等效电路参数，对电路的分析与设计来说有着特殊重要的现实意义[1]。

已有的交流参数测试仪，其测量对象主要锁定在对交流电路频率、有效值、功率，或者单个元件阻值、电感量、电容量的测试，而对交流阻抗的智能化测量的探讨研究仍旧较少，且未曾涉及到负载为黑盒子电路（其可能为RLC元件，某用电器或电路模块，以下统称为负载电路）的等效参数测量[2-6]。本设计所实现的电路交流等效电参数分析仪的核心即为交流阻抗特性分析，通过采用单片机产生激励信号，能分析出给定工作频率下负载电路的交流阻抗特性，并进一步得到其等效电路参数。

1硬件电路

系统原理框图如图1所示。主要电路模块包括单片机（MCU）、放大电路、整流滤波电路、含双可调电容的RC振荡器等[7-8]。

图1 等效电参数分析仪原理图

Fig.1 Schematic diagram of equivalent circuit parameter analyzer

MCU的型号为MSP430F169。放大电路用于将采集到的弱信号放大，再送入整流滤波电路，便于单片机（MCU）接收识别，放大电路型号为AD620。整流滤波电路，用于将采样信号转化为单向脉动波并滤除附带产生的杂波信号，使有用信号免受干扰，易于下一级电路的操作处理。可变电容C结合555定时电路模块构成RC振荡器，所产生的信号频率送入单片机识别，进而确定出接入电路的电容值。其中，可调电容C与电路的连接通过开关控制，该可调电容C为特制的双可调电容（构成RC振荡器的电容与接入测量电路的电容相同，并由同一旋钮控制调节），这样，可在隔离电路影响的情况下，获得接入电路电容的精确值。 为定值电阻，主要起限流作用，如当电路串联谐振时，使电路电流不至于过大，损坏仪器。 为采样电阻，为小阻值锰铜电阻，用于将负载电流转换为电压信号，再送入放大电路。 为负载电路。

2算法设计

根据有效值、功率因素的计算结果[9]，可得到电路总阻抗

（1）

其中， 、 、 分别表示电路电压有效值、电流有效值、功率因素。 的正负与负载的特性有关，若负载为非电容性；则 ，若负载为非电感性则 。令 ，则有

（2）

系统采用调节可变电容C并结合单片机采集到的电流大小变化情况的方法，确定（2）中的正负符号，即实现负载阻抗特性的判定。由于可调电容与被测负载并联，设被测负载的电导和电纳分别为 和 ， 可调电容电纳为 ，其等效电路如图2所示。

图2 阻抗特性的判断原理图

Fig.2 Schematic diagram for the judgement of impedance characteristic当端电压有效值恒定时，电流有效值

（3）

即： （4）

可见，当 与 同号，即被测负载为电容性时，电容增大，电流 单调上升；而当 与 异号，即被测负载为电感性负载时，电容增大，电流 将先减小而后增大。因此，单片机可根据电容调节过程中采集到电流变化情况，判断出负载的阻抗特性。在此基础上，设负载 的等效阻抗为 ，由于测量电路为可调电容C与负载 并联，然后再与定值电阻 串联，根据电路串并联关系，则有：

（5）

联立（1）-（2）和（5），在已判断得到负载的特性的情况下，便可以解出 中的电阻R和电抗X。结合频率值即可得

（6）

（7）

因此，对于给定负载（如某单元电路），该测试仪能够获得给定工作频率下的交流等效电路参数，便于电路的分析与设计。

3 系统测试

系统设计完成后，通过键盘设定激励信号幅值和频率，调节电容旋钮，即可读出负载的等效电路参数。首先测试并选取了三个R、L、C电路元件，其参数值分别为10，10mH，1uF。再将电路元件安插在万用板上，借助万用板连接线使其形成简单的串联电路和并联电路，并同时具有典型的二端口结构，然后分别测试了信号频率为1KHz时，负载的等效电路参数。用 Idealization（I）和Test （T）分别表示理论值和测量值，结果如表1所示。

表1 测试结果

Tab.1 Test results

电阻（） 电感（mH） 电容（uF） 串联（；uF） 并联（，mH）

I T I T I T I T I T

10 10.02 10 10.33 1 0.97 10 ； 1.65 9.97；1.59 9.91；0.15 10.04；0.23

测量 结果表明，在1KHz频率下，所搭建的串联电路具有阻容特性，而并联电路具有阻感特性。等效电路参数测量结果与理论值存在一定差异的可能原因主要在于：除工艺等因素外，导线等所引入的分布阻抗。

4 结束语

本文设计了一种电路交流等效电参数分析仪，可用于完成无源二端口电路的等效电参数测量。在测量交流等效参数时（特别在用作RLC测试仪的情况下），若测量频率较高，分布参数影响将较为显著，对低标称值元件的测量尤为不利。如何减小分布参数对测量结果的影响，还有待进一步研究。

参考文献：

[1]陈鹏，李固，边雁，等.采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析[J].传感器与微系统2012，31（2）：77-80.   本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT

[2]王秀霞 电阻电容电感测试仪的设计与制作[J].电子技术，2012，30（2）：47-49.

[3]任斌， 余成， 陈卫等.基于频率法和 MCU 的智能 RLC测量仪研制[J].微计算机信息，2007，23（10）：129-130.

篇9

 

1 引 言

钙钛矿结构锰氧化物由于其存在庞磁电阻（colossalmagnetoresistance, CMR）效应，而CMR效应在磁传感、磁存储、磁制冷等方面有着诱人的应用前景，因而钙钛矿锰氧化物Ln1－xAxMnO3( Ln表示稀土元素，A表示碱土或碱金属)以及钙钛矿锰氧化物与绝缘体氧化物（或金属氧化物、金属材料等）复合体被广泛而深入地研究[1-5] 。

对于含稀土类钙钛矿锰氧化物Re1-yAyMnO3（Re为三价稀土离子，A为二价碱土金属离子），早期研究[6-9]表明：TC和CMR在y=1/3，即Mn3+/Mn4+=2时最优。至今，A位掺杂不同的碱土金属元素的Re1-yAyMnO3材料得到了广泛的研究。随着研究的推进，CMR效应在Re1-yALyMnO3（AL为一价碱土金属元素）中也被发现[10,11]，但是在A位同时掺杂一价和二价元素的研究很少[12–13]。文献[12–13]中是用Na+分别替代Sr2+或Ca2+A位离子半径，这样造成Mn3+/Mn4+比值变化，而在A位同时掺杂一价和二价元素又使Mn3+/Mn4+比值不变的样品鲜见报到[14]。

实验中选用居里温度较高的La4/5Sr1/5MnO3作为母体，用一价的Ag+和K+掺杂到A位，保持Mn3+/Mn4+=4/1,化学式为La8/9Sr1/45Ag4/45MnO3和La8/9Sr1/45K4/45MnO3。用固相反应法制备出样品，控制Mn3+/Mn4+对磁电阻的影响，研究A位离子半径及A位离子的无序度对电输运性质及磁电阻的影响。

2 实 验

1.1 样品制备

采用固相反应法制备La4/5Sr1/5MnO3，La8/9Sr1/45Ag4/45MnO3和La8/9Sr1/45K4/45MnO3系列样品。将高纯度的La2O3在600 ℃脱水6 h（因为La2O3极易吸潮），与高纯度SrCO3，Ag2O，KCO3,MnO2化学试剂按名义组分进行配料，充分混合并研磨后，在800 ℃预烧36 h，自然冷却后，取出样品仔细研磨，在900 ℃锻烧24 h，以获得良好的结晶. 在28 MPa压力下将样品压成直径为13 mm，厚度约为1 mm的圆片，在1100 ℃烧结12 h，最后切割成长条状样品.

1.2 表征

用DX-2600型X射线衍射仪(X-ray diffraction，XRD)检测样品的微结构，采用粉末样品A位离子半径，Cu靶Kα射线(l=0.1542 nm)论文提纲格式。用标准的四引线法测量零场和磁场（B=0.0，0.8 T）下的电阻率。外加磁场与电流方向垂直，测量所用的电流根据被测样品阻值大小，保持在1～10 mA的某一定值，以满足所需的灵敏度。

3 结果与讨论

2.1 XRD分析

3个样品的X射线衍射(XRD)谱如图1所示. 由图1可以看出，3个样品均具有菱面钙钛矿结构，没有任何杂峰出现，表明K+和Ag+进入了A位，已经形成完好的钙钛矿结构.

图1 3个样品的XRD图谱

图2为3个样品的零场(B=0.0T)和加场(B=0.8T)的电阻率-温度（ρ-T）曲线。

图2 3个样品的ρ-T曲线

由图中可以看出：①3个样品均表现为绝缘体-金属导电行为，伴随着绝缘体—金属转变（转变温度TP）阻温曲线上表现出电阻率极大值现象。②零场下，纯La4/5Sr1/5MnO3的ρ-T曲线在高温区出现一个宽泛的的峰，掺杂样品的ρ-T曲线出现双峰现象，高温峰是本征峰，对应的温度记作T P1,较低温出现“肩峰”是非本征峰，对应的温度记作T P2。③复合样品的峰值电阻率ρTP比纯的La4/5Sr1/5MnO3的ρTP增大将近1个数量，T P1、T P2及峰值电阻率ρTP见表1。④当外加磁场时，电阻率在整个温区降低，绝缘体—金属相变在更高温度下发生。

表1 3个样品零场下的TP1和TP2峰值电阻率ρTP

 

sampie

La4/5Sr1/5MnO3

La8/9Sr1/45Ag4/45MnO3

 

 

La8/9Sr1/45K4/45MnO3

TP1/K

TP2/K

305

 

 

285

250

273

237

ρmax/Ω.m

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电阻抗层析成像(Electrical Impedance Tomography，EIT)技术是目前过程检测仪表领域中的新技术。该技术基于电学敏感原理，采用位于边界处的电极阵列对被检测物场的电阻抗分布信息进行检测，适用于液-气混合或液-固混合场的二维/三维截面信息测量，具有信息量大、非侵入性、成本低、安全性好等特点，可以实现对被测物场分布的在线可视化测量与监控，在生产过程和环境监测等诸多领域存在广泛应用前景，是目前关注和研究的热点。

在EIT系统中，由于电阻抗测量问题是影响电阻抗层析成像系统测量精度和重建图像质量的关键和难点之一，所以对微小电阻抗测量电路的研究是极为重要的。并且电阻抗层析成像系统要求实时处理数据，对数据处理的速度也有较高的要求。因此，本文针对EIT系统中电阻抗测量电路及其测量数据处理模块进行研究。利用Pspice仿真软件输出的直观数据，设计出合理的信号测量电路，并在此基础上进行参数优化，归纳得到EIT系统测量电路参数优化的一般准则，以满足成像系统在不同应用领域的同一要求，实现更灵活的、有效的工业过程自动化监控功能。

一、基于pspice的电阻抗层析成像测量电路优化仿真

EIT系统由四个功能模块组成，分别是信号发生模块、电极选通模块、信号测量模块以及数据采集与通信模块。其中，数据测量模块由前置差分放大、带通滤波器、相敏解调、低通滤波器四个子模块组成。

1.可控增益差分放大

接收电极上测得的信号很小，需要进行适当的放大，同时滤除信号中的噪声，以使后面的测量能得到较好的效果，本文选用芯片AD624完成这一功能，其pspice仿真电路及参数设置如图1所示。

图1 ERT仿真电路

2.带通滤波

前置放大电路由于芯片内部本身电阻不匹配的问题，会导致共模抑制较理想情况有很大下降，这样会使部分共模信号耦合到输出端，经放大之后叠加在解调电路输出，影响系统精度。所以在信号解调之前，用窄带带通滤波器滤除噪声。本文采用集成运放及电容、电阻构成的二阶带通滤波器，其pspice仿真电路及参数设置如图2所示。等效品质因数Q值是带通滤波的一个重要指标，Q值越高，滤波器的陡峭系数越高，滤波性能越好，通过仿真发现电容C2与C3是影响滤波效果的关键参数。

3.相敏解调

前置差分放大电路输出的信号依然是交流信号，无法作为成像数据，因此必须经过相敏解调电路将其转化为直流信号，并经过低通滤波器滤除噪声干扰信号，得到的直流电压信号就可以作为成像数据了。

相敏解调方法可以分为开关解调、乘法解调以及数字解调。开关解调会产生较大的噪声，且激励源的频率相对较低，应用较少；数字解调电路设计复杂，对A/D转换和CPU的要求很高。因此，本文选用乘法解调的方式来解决

问题。

设输入信号Vin与参考信号Vr是频率相同，但相位不同的信号：

Vin=Asin（ωt+φ），Vr=sin（ωt+θ）,乘法器输出电压为Vd=Asin（ωt+φ）sin（ωt+θ）=A[cos（φ-θ）-cos（2ωt+φ-θ）]/2。经低通滤波器滤掉高频成分后信号变为：VdLFP=Acos（φ-θ）/2。

由上式可知，输入信号与参考信号间的相位差决定了输出电压值的大小，相位差越小，则输出越接近理论值。因此可以通过采用相位补偿电路来尽可能减小输入端的相位偏差，优化解调输出。

电路中的乘法器选用AD734。AD734为四象限乘法器，全功率带宽为10MHz，静态精度为0.15%，该芯片无需复杂的参数调节电路，控制灵活。

4. 低通滤波

由于传感器电极的模拟开关在切换的过程中会引入高频的开关噪声，对有用信号造成干扰，影响电路正常工作，因此乘法解调的结果需要送到低通滤波环节，给直流电路滤除干扰，以供A/D采样转换。低通滤波所用时间占整个数据处理环节的大部分，因此，缩短低通滤波器的稳定时间可以提高整个信号处理模块的实时性。就滤波效果而言，当然是阶数越高效果越好，但使用更多的储能元件，会增加滤波器稳定的延迟时间。因此，在力求不影响系统精度的前提下，改善滤波环节的实时性，所以本文选用二阶巴特沃思滤波器。

二、仿真实验及结果

1.差分放大仿真与结果

共模抑制比是差分放大电路的关键指标，在仿真中，差模增益设置为200，将AD624的差模输入端进行短接后，在输入端送入峰值为1V到10V不等的频率为50kHz的信号，测出输出端的电压，根据公式计算发现，随输入共模信号的增加，共模抑制比呈上升趋势，满足电路中要求的60dB到80dB范围的要求。

2.带通滤波仿真与结果

在不断改变电容C2与C3的条件下，研究它们对带通滤波器幅频特性的影响，通过实验发现，当C2取值470pF附近时，波形最尖锐，Q值高，通带范围是35kHz～66kHz，满足系统要求。当C3取值10pF附近时，该窄带带通滤波器的滤波效果最好。

3.相敏解调的仿真结果

实验发现，输入信号与输出信号之间满足二倍频的关系，且输出包含直流成分，证明了该乘法器电路正确可行。如果输入信号与参考信号之间有相位差，假设偏差π/2，此时包含有效信息的直流分量被衰减为零。

前文已经提出，可以通过相位补偿的方法，改善解调输出，下面给出一个可行的方案。图3为相位补偿电路仿

真图。

通过调节电容C1的取值，对于同一输入信号，输出信号的相位及幅值有所改变。

4. 低通滤波的仿真结果

实验表明打破低通滤波器输入端电阻的平衡，可以提高输入电阻，减小输出电阻，缩短滤波器的稳定时间，但需要以增益的减小为牺牲。实验结果详见表1。表1中电阻单位是Ω，时间单位是μs。

本文利用pspice软件优化仿真EIT系统数据测量模块中的核心电路，通过优化仿真参数，分析仿真结果，归纳出了此类电路的参数选定一般建议。

参考文献：

[1]赵进创.电容层析成像技术及在两相流可视化检测中的应用研究[D].东北大学博士学位论文,2001.

[2]李二平.ERT数据采集系统的优化与模块化设计[M].天津大学硕士学位论文,2007.

[3]袁成刚.混频激励下电阻抗测量系统[M].:天津大学硕士学位论文,2005.

[4]史志才,王保良.电容层析成像技术在两相流流型辨识中的应用[J].自动化仪表.2000(8).

[5]黄志尧,陈珙.两相流流型辨识新方法的研究[J].浙江大学学报.1996(4).

篇11

 

《物理课程标准》大力倡导探究性教学，因此新课改教材中安排了许多探究实验。笔者发现在实际的探究过程中，相当一部分教师只重视实验过程和实验结论的得出，而忽视了“评估”环节。致使实验不够完善且严重束缚了学生的批判性思维和创新思维的发展。其实评估就是对探究行为和获取信息的可靠性、科学性从更严密的角度反思的过程，是不可缺少的探究要素。下面以“探究实验”为例谈一下实验教学中“评估”的作用：

一、评估实验设计，优化实验方案

在设计实验的过程中，为了达到实验目的，可有不同的实验方案。由于实验仪器精确度不同或实验方法不同导致实验误差也不同。为了使实验结果更精确，在实验过程中应引导学生评估实验方案，比较每一种方案的优劣，使实验方案达到最优化。例如：在探究“用天平和量筒测盐水密度”的实验中，学生设计了多种实验方案，典型的有如下三种：

方案一：①用天平称出空烧杯的质量m1；②将盐水倒入烧杯中，用天平测出烧杯和盐水的总质量m2；③将烧杯中的盐水全部倒入量筒中，测出盐水的体积V；④求出盐水的密度ρ=（m2-m1）／V。

方案二：①用天平称出空烧杯的质量m1；②将适量盐水倒入量筒中，测出盐水的V；③将量筒中的盐水全部倒入烧杯中，用天平测出烧杯和盐水的总质量m2；④求出盐水的密度ρ=（m2-m1）／V。

方案三：①将盐水倒入烧杯中，用天平测出烧杯和盐水的总质量m1；②将部分盐水倒入量筒中，用天平测出烧杯和剩余盐水的总质量m2，同时测出倒出盐水的体积V；③求出盐水的密度ρ=（m1-m2）／V。

上述三个实验方案测量结果的精确度是不同的，方案一中向量筒中倒盐水不可能将盐水全部倒尽，烧杯内壁要残留一些盐水，使测量的盐水体积偏小，密度偏大；方案二中向烧杯中倒盐水不可能将盐水全部倒尽初中物理论文，量筒内壁要残留一些盐水，使测量的盐水质量偏小，密度偏小；方案三则不存在前两种方案的弊端，测量结果更接近真实值。

二、评估操作细节，改进操作方法

在进行探究实验的过程中，学生的操作过程并不是那么顺利，有的小组由于操作方法不当，而有的小组由于实验操作技能差，不能成功的完成实验。通过对实验操作细节进行评估，可提高学生实验操作技能，确保实验成功。

例如：在探究“摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，在分析数据时发现各小组实验数据差异较大。此时积极引导学生评估并改进实验操作：实验时弹簧测力计不易保持匀速，运动中的弹簧测力计也不易读数。进一步引导学生改进：把弹簧测力计用手拉的那端固定在一固定处，人的拉力作用在木块下端的木板上，当拉动下端的木板运动时，上端的木块相对下端的木板发生相对运动，木块受到木板施加的滑动摩擦力。而木块所受到的滑动摩擦力的大小与木板的运动速度并没有关系，只要木块相对木板有发生相对运动，木块所受的即为滑动摩擦力。根据二力平衡可知，弹簧测力计的示数等于木块所受的滑动摩擦力的大小论文服务。实验中弹簧测力计是静止的也容易读数，实验误差小。

三、评估实验现象（数据），规范操作习惯

在探究实验时可能有一些意外的实验现象（数据）被学生观察到，教师应及时引导学生评估实验现象（数据），加深学生对实验规范的认识，甚至获取意外的收获，使实验得到深化。例如：在“用电流表测电流”的实验中，某同学按电路图接好电路，闭合开关后，发现电流表A1的示数比电流表A2的示数要大一些。于是他认为：当电流通过灯泡时，由于灯泡要消耗电能，所以电流在流动过程中将逐渐变小。　实际上，电流表的示数不同，可能有多种原因，如电流表使用了不同量程、电流表在接入电路之前没有调零等情况有关。这就需要我们根据实验现象，及时的审视我们的操作规范和操作习惯，得到真正有效的数据。

四、评估实验结论，提高归纳能力

由于学生自身学业水平的不足和对实验方法的掌握不熟练，学生通过对记录表中数据的计算、分析、比较后得到的结论， 往往具有片面性甚至是错误的，这就需要我们对实验结论进行评估，以得到具有普遍性的规律和结论，并逐步提高学生的归纳能力。

例如某小组探究“杠杆的平衡条件”所记录的数据，发现动力与动力臂的和等于阻力与阻力臂的和，由此他得出杠杆的平衡条件是：动力+动力臂＝阻力+阻力臂， 实验数据本身没有问题，结论的数学关系也成立。但是物理意义不成立，两个不同的物理量不能够直接相加。造成学生误解的原因是利用特殊的数据得出了特殊的数学关系，实验数据应该充分考虑到特殊性和一般性初中物理论文，试验的时候，要尽量利用一般的数据进行测量，以便得到正确的实验结论，特殊的实验数据有助于对问题的理解，但不能对于特殊数据依赖。

五、评估实验功能，拓展思维空间

为了达到某一实验目的，我们都设计相应的实验来进行。如果我们用逆向思维来思考，是不是同一实验可以达到多个实验目的，使实验潜能得到最大限度的发挥，同时也拓展了学生的思维空间。例如：探究“用电压表和电流表测小灯泡电阻”的实验，实验中需测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，然后利用公式R=U／I求出电阻，最后取多次测量的平均值。但根据公式P=UI，上述实验测出来的物理量也可测小灯泡的电功率，只不过应调节变阻器使小灯泡两端电压低于额定电压、等于额定电压、高于额定电压，测量结果不取多次测量的平均值。细心的同学不知是否还发现，每次求出的小灯泡的电阻值是不同的，且小灯泡越亮电阻值越大。这说明小灯泡电阻与温度有关，温度越高，电阻越大，可见此实验还可研究电阻与温度的关系，真可谓一举三得。

篇12

电阻测量的方法常用的有直流恒流源测量法、直流恒压源测量法、分压法等。多个方案比较后，学生最终选择分压法测量作为最终的方案，测量原理就是通过串联已知电阻，分压后，检测待测电阻电压来计算其阻值。基本原理如图1所示：本测量方法的优点是测量电路简单，抗干扰能力强，可靠性高，短时间内容易搭建，另一方面可以简化程序中的算法。本次设计要求测量量程为100Ω，1kΩ，10kΩ，10MΩ四档。即要求测量范围为：1～10MΩ，在全量程范围内测量准确度为±（1%读数+2字）。在A/D转换部分的设计中，采用PIC16F877单片机，该单片机内有10位A/D，A/D输入信号为0～5V时，转换字为D=0～1024，则分辨率为4.8mV/字。设计的量程分配和测量精度的详细情况如下表：本设计自动量程转换功能主要由单片机控制继电器的通断来调节，原理为单片机根据采样来的电压数据来判断是否要切换到更大或更小的量程，因为本次设计共四个档位，前三个档位为自动切换。采用继电器可以减小回路中的不必要电阻，这样在分析电路和程序中算法的设置可以减少很多麻烦。电位器阻值变化曲线的实现主要由单片机在显示装置如12864等液晶装置中不断的写入数据和液晶屏的移屏操作来实现。因为不同的电阻反映在电路中是不同的电压，将采集到的电压信号转为数字信号，反馈到液晶屏即可，这就要求AD有更高的处理速度。

二、硬件与程序设计

本系统包括硬件设计和软件设计两部分内容：

（一）硬件设计

根据上述思路，我们以PIC16F877单片机为核心，配以量程切换电路，测量电路，显示电路等构成简易的电阻测试仪。PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品，属于PICmicro系列单片微机，具有Flashprogram程序内存功能，可以重复烧录程序；而其内建ICD（InCircuitDebug）功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上进行如暂停微处理器执行、观看缓存器内容等，快速地进行程序除错与开发。量程切换电路主要使用了ULN2003八路NPN达林顿连接晶体管，ULN2003特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL，CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，因此显示电路采用的是1602液晶显示屏而没有用数码管显示。报警电路采用一个普通三极极管加一个蜂鸣器实现，当出现故障时的报警提示功能。

（二）软件设计