賀凱強(qiáng)

回顧歐姆表的制作過(guò)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(guò)測(cè)試，筆者發(fā)現(xiàn)0～1KΩ的電阻測(cè)量誤差較大。于是經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)，增加歐姆表0～1KΩ的量程。這樣，既增強(qiáng)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(shí)歐姆表，并成為一件既有趣又具有實(shí)用價(jià)值的測(cè)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(wàn)用表驗(yàn)證自制歐姆表的精確性。

制作

電位器，也被稱為電位計(jì)，是一種可以改變阻值的電子元件，其阻值的最大值一般會(huì)標(biāo)到外殼上（如圖1）。電位器主要由轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)軸通過(guò)旋轉(zhuǎn)改變碳環(huán)接觸點(diǎn)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(guò)旋轉(zhuǎn)旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)電位器的阻值。

改裝

接下來(lái)，筆者用自制的歐姆表與電位器連接，測(cè)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(huì)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(huì)發(fā)生什么變化？圖2所示是測(cè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過(guò)程中，用自制歐姆表依次測(cè)量4個(gè)隨機(jī)電阻值，同時(shí)用萬(wàn)用表再次測(cè)量以驗(yàn)證自制歐姆表的精確性，測(cè)量結(jié)果如下頁(yè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過(guò)程中，用自制歐姆表依次測(cè)量4個(gè)隨機(jī)電阻值，同時(shí)用萬(wàn)用表再次測(cè)量以驗(yàn)證自制歐姆表的精確性，測(cè)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(shí)針旋轉(zhuǎn)到最終位置。在這一過(guò)程中，用自制歐姆表依次測(cè)量4個(gè)隨機(jī)電阻值，同時(shí)用萬(wàn)用表再次測(cè)量以驗(yàn)證自制歐姆表的精確性，測(cè)量結(jié)果如表3所示。

通過(guò)分析測(cè)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(huì)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(duì)比分析萬(wàn)用表與自制歐姆表的數(shù)據(jù)，會(huì)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。可見自制歐姆表的精確性比較高，但仍有改進(jìn)的空間。

分享

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們既了解到電位器的工作原理與變化規(guī)律，又驗(yàn)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(gè)性化測(cè)量工具的范例。以此為例，可以制作個(gè)性化的電壓表、電流表、萬(wàn)用表、溫度計(jì)、濕度計(jì)等多種測(cè)量工具。這將極大地豐富創(chuàng)客空間的建設(shè)，也充實(shí)了創(chuàng)客課程的內(nèi)容。以此為例，還可以讓學(xué)生多體驗(yàn)工程設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，體會(huì)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(yíng)造活潑、和諧的創(chuàng)客文化！

本案例的分享視頻將會(huì)在以下公眾號(hào)中陸續(xù)登載。