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

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

作者：贺凯强

来源：《中国信息技术教育》2016年第23期

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！

本案例的分享视频将会在以下公众号中陆续登载。