教学实践与探索

华东理工大学
East China University of Science and Technology
检测装置由激光光源、石英窗以及硅光电池接收器组成， 检测装置由激光光源、石英窗以及硅光电池接收器组成， 电压信号经采集卡转换成数字信号后传输到电脑。 电压信号经采集卡转换成数字信号后传输到电脑。
Ch1 Ch2
470µF
电阻箱
双路稳压 稳流源
－＋ 0 1
不使用
τ = RC 5s~20s
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3组不同的RC
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LabCorder数据采集分析仪— LabCorder数据采集分析仪—数据采集 数据采集分析仪
电压与位移的关系（电涡流式） V/v 7 6 5 Uv / 3 2 1 0 0 2 X/mm 4 6 Uv / 4
电压与位移的关系（电容式） V/v 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -2 -0.2 0 -0.4 -0.6 -0.8 X/mm
-6
-4
2
4
6
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测试方法
本实验采用了一种透光装置， 本实验采用了一种透光装置，通过光强法在线采集 停留时间分布数据，采集频率可达60Hz 60Hz（ 停留时间分布数据，采集频率可达60Hz（本实验系 统由于停留时间较长，选用1Hz采集频率）。 1Hz采集频率 统由于停留时间较长，选用1Hz采集频率）。 利用I2-KI溶液作为染色示踪剂， 利用I2-KI溶液作为染色示踪剂，并在每次实验后用 I2 溶液作为染色示踪剂 Na2S2O3溶液进行褪色 从而重复利用物料。 溶液进行褪色， Na2S2O3溶液进行褪色，从而重复利用物料。
实验内容 制作铜电阻温度计, 制作铜电阻温度计,进行 热电偶标定。 热电偶标定。
位移量测量 研究
动态物理过 程的实时测 量
使用光纤、电容式、 使用光纤、电容式、霍 尔式、电涡流、 尔式、电涡流、电感式 、箔式应变片和半导体 应变片等传感器测位移 并制作电子秤。 并制作电子秤。 熟悉电学量测量电路， 1.研究RC串联电路的充 研究RC 熟悉电学量测量电路，结合计 1.研究RC串联电路的充 算机技术， 放电规律， 算机技术，实现对动态物理过 放电规律，用计算机采 程的实时测量， 集充放电曲线， 程的实时测量，使用计算机通 集充放电曲线，对所采 用软件处理实验数据。 用软件处理实验数据。 集的数据进行非线性拟 得出RC RC串联电路的充 合,得出RC串联电路的充 放电规律与参数估计。 放电规律与参数估计。 2.热敏电阻PTC的温度特 热敏电阻PTC 2.热敏电阻PTC的温度特 性曲线
Ch2
1
AD590温度传感器 Ch1: AD590温度传感器 给出温度信号； 给出温度信号； Ch2： Ch2：热敏电阻回路给出 电阻阻值变化信号
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测量热敏电阻的温度特性曲线
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实验仪器－ 实验仪器－电源使用
双路稳压稳流源
电源1 电源 电源2 电源
控 制 选 项 恒定5V 恒定 输出
－ ＋
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－ ＋
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电量
计算机记录、 计算机记录、 存储和分析 结果
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实验名称 温度电测法
实验目的 学会非电量转换为电学量的测 量技术和基本仪器的使用以及 传感器的标定方法。 传感器的标定方法。 了解各类传感器的转换原理与 测量电路， 测量电路，学会它们在实际测 量中的应用。 量中的应用。
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数据处理结果 2
a => E b => 1/RC
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二.开展教学情况
•实验教材中综合性介绍了非电量电测技术 实验教材中综合性介绍了非电量电测技术 •在大面积实验教学中开设了不同层次的传感测量实验 在大面积实验教学中开设了不同层次的传感测量实验 •多途径开展拓展实践活动 多途径开展拓展实践活动
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(一) 热敏电阻的R~T曲线
热敏电阻PTC的温度特性曲线 热敏电阻PTC的温度特性曲线 PTC
~10 Ω ~106 Ω
~110 0C
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双击图标
V2.0.exe
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LabCorder数据采集分析仪— LabCorder数据采集分析仪—数据导出 数据采集分析仪
3
2
1
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由浅入深、循序渐进， 由浅入深、循序渐进，进行系统性训练 非电量电测：非电学物理量变为电学量 非电量电测：非电学物理量变为电学量 电测 非电量有力学上的位移、速度，热学上的温度、压力， 非电量有力学上的位移、速度，热学上的温度、压力， 光学的光强，化学上的浓度等。 光学的光强，化学上的浓度等。 非电量 关键、 关键、核心 传感器技术 电量 数据采集卡 动态物 非电量 传感器 理过程 A/D转换 A/D转换
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•开设传感器应用实验试点班（20学时）, 开设传感器应用实验试点班（ 学时 学时） 开设传感器应用实验试点班 完成四篇小论文. 完成四篇小论文
1. 霍尔式传感器应用 2. 箔式应变片与电桥电路论文 3. 电涡流式传感器实验讲义拓充 4. 传感器及其应用 电子秤 传感器及其应用--电子秤
应用连续光强法和分光光度计 离线测量方法检测结果比较
不同示踪剂用量下停留时间 分布结果归一化后比较
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四、结论
对非电学量进行在线测量开拓了学生的视野， 对非电学量进行在线测量开拓了学生的视野，突破了传统 教学中一贯采用的测量－记录－写报告的模式。 教学中一贯采用的测量－记录－写报告的模式。他们通过 亲身实践， 亲身实践，感受到将物理实践与信息技术结合带来的便捷 和实用价值，激发了他们学好物理、做好实验的兴趣， 和实用价值，激发了他们学好物理、做好实验的兴趣，培 养了解决实际问题的能力， 养了解决实际问题的能力，为今后从事科学研究打下了基 础。
通道2 CH2） 通道2（CH2） 通道1 CH1） 通道1（CH1） 时间
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数据处理结果 1
T1/ 2 = 0.693τ
τ = RC
X值为T1/2 值为T
R为电阻箱阻值 从曲线中读取T1/2， 从曲线中读取T 由此计算时间常数及 电容值，并与RC RC测试 电容值，并与RC测试 仪测出的电容值进行 比较
搅拌器 激光光源 反应器主体 示踪剂注射口 进料口
硅光电池
传动齿轮 数据采集器 示踪剂还原槽
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原料槽
调速螺杆泵
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方法标定： 方法标定：吸光度随浓度的变化
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•创新实验活动项目 创新实验活动项目
1. 烟气报警器的制作研究 2. 瓷砖摩擦系数测定研究 3. 超速预警仪研究
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三.创新实践
一个管道式聚合反应器中流体停留时间分布（RTD） 一个管道式聚合反应器中流体停留时间分布（RTD）的测量
RC串联电路充放电过程研究 RC串联电路充放电过程研究
•采集3组充放电数据，将数据保存为 采集3组充放电数据， 采集 .xls格式文件 格式文件, .xls格式文件,保存文件名建议用自己 学号命名,便于查取.(保存在D: .(保存在D:\ 学号命名,便于查取.(保存在D:\439)
本实验 不使用 区域
μA表 μA表
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•建立了计算机自动采集系统 建立了计算机自动采集系统
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•硬件准备 硬件准备 •添置了PASCO公司的系列传感器 添置了PASCO公司的系列传感器 添置了PASCO －－力 －－力、热、光与接口 •购置通用接口和传感器 购置通用接口和传感器
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• 开设设计性实验（4学时） 开设设计性实验（ 学时 学时）
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•作为物理大奖赛的决赛课题 完成小论文 作为物理大奖赛的决赛课题, 完成小论文. 作为物理大奖赛的决赛课题
2009两岸大专院校基础物理课程教学研讨会 两岸大专院校基础物理课程教学研讨会
非电学量动态实时传感 测量的教学实践与探索
钟菊花 华东理工大学物理系 20092009-9-26
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一. 教学实验内容
首届： 首届：
1.传感器与电子秤的测量精度的实验研究 1.传感器与电子秤的测量精度的实验研究 2.铜电阻双量程测温报警仪 2.铜电阻双量程测温报警仪
电压与位移的关系（霍尔式） V/v 0.3
电压与位移的关系（光纤式） V 7 6 5 Uv / 4 3 2 1 0 0 2 X/mm 4 6
0.2 0.1 U/v 0 -4 -2 -0.1 -0.2 -0.3 X/mm 0 2 4
智能温控辐射式加热器
加热炉升温: 加热炉升温: 室温---140 室温--1400C 炉内 温度 设定 温度
升温电 压调节 ~200V
温度 设定
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散热
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测量热敏电阻的温度特性曲线
本实验 Ch1 不使用 区域
实验仪器－ LabCorder数据采集分析仪 实验仪器－ LabCorder数据采集分析仪
Ch1 本次实验 不使用区域 信 号 输 入 端 Ch2
倍率
它由计算机、 它由计算机、外置数据采集器和数据采集分析软件 三部分构成，是一个集计算机、数据采集、记录、 三部分构成，是一个集计算机、数据采集、记录、 分析和结果显示为一体的的多功能智能仪器。 分析和结果显示为一体的的多功能智能仪器。 外置数据采集器上设计有两路模拟量采集通道 两路模拟量采集通道， 外置数据采集器上设计有两路模拟量采集通道，输 入信号幅度可经模入接口卡中的高性能仪用放大器 调到1 10、100、1000等合适的放大倍数 等合适的放大倍数， 调到1、10、100、1000等合适的放大倍数，保证最 佳转换精度