坩埚掉粉是在实验中常见的问题，通常是指坩埚在加热过程中突然破裂或者出现开裂现象，导致实验失败或者危及实验操作人员安全。造成的原因...
坩埚掉粉
是在实验中常见的问题，通常是指坩埚在加热过程中突然破裂或者出现开裂现象，导致实验失败或者危及实验操作人员安全。
造成的原因可能有多种，其中比较常见的原因包括：
1. 坩埚材质选用不当。不同的实验需要选用不同材质的坩埚，如果选用的坩埚材质不适合实验的加热条件，容易出现掉粉现象。
2. 坩埚受到损伤。坩埚在运输、储存和使用过程中容易受到损伤，如撞击、摔落等，这些损伤会导致坩埚出现微小的开裂，加热时则容易出现掉粉现象。
3. 坩埚结构不合理。坩埚的设计结构也会影响其耐高温和抗震性能，如果结构不合理，也会导致坩埚在加热时出现掉粉现象。
为了避免带来的负面影响，可以采取以下措施：
1. 选择适当的坩埚材质。根据实验的要求，如温度、化学性质等选择适当的坩埚材质，如石英、氧化铝等。
2. 坩埚使用前进行检查。在使用坩埚前检查一下坩埚是否有裂纹、破损等缺陷。
3. 控制加热温度。在加热时控制温度不要超过坩埚的承受范围。
4. 适当的冷却。在加热结束后，适当的把坩埚放置在冷却器中进行自然冷却，避免突然受到冷却导致坩埚出现破裂掉粉问题。
造成的原因可能有多种，其中比较常见的原因包括：
1. 坩埚材质选用不当。不同的实验需要选用不同材质的坩埚，如果选用的坩埚材质不适合实验的加热条件，容易出现掉粉现象。
2. 坩埚受到损伤。坩埚在运输、储存和使用过程中容易受到损伤，如撞击、摔落等，这些损伤会导致坩埚出现微小的开裂，加热时则容易出现掉粉现象。
3. 坩埚结构不合理。坩埚的设计结构也会影响其耐高温和抗震性能，如果结构不合理，也会导致坩埚在加热时出现掉粉现象。
为了避免带来的负面影响，可以采取以下措施：
1. 选择适当的坩埚材质。根据实验的要求，如温度、化学性质等选择适当的坩埚材质，如石英、氧化铝等。
2. 坩埚使用前进行检查。在使用坩埚前检查一下坩埚是否有裂纹、破损等缺陷。
3. 控制加热温度。在加热时控制温度不要超过坩埚的承受范围。
4. 适当的冷却。在加热结束后，适当的把坩埚放置在冷却器中进行自然冷却，避免突然受到冷却导致坩埚出现破裂掉粉问题。
指的是在热处理过程中，坩埚内的粉末物质出现了大量的掉落。这种情况会影响到热处理的质量，降低产品的性能和寿命，因此需要采取措施进行解决。
造成的原因可能有很多，比如坩埚使用的时间过长、坩埚的材料质量不好、加热温度过高、坩埚内表面积不光滑等等。针对不同的原因，也应该采取不同的解决方法。
首先，坩埚的使用时间应该定期更换，以避免使用时间过长导致坩埚磨损、老化等问题。其次，选择质量好的坩埚材料，能够有效提升坩埚的使用寿命，减少掉粉现象的发生。此外，加热温度应该控制在合适的范围内，避免温度过高产生的膨胀力过大导致坩埚开裂、掉粉。
还可以使用一些辅助措施来避免的情况发生。例如涂覆一层薄膜在坩埚内表面，以减少热胀冷缩带来的损坏；或者使用一些特殊的陶瓷涂层来增强坩埚的硬度和耐磨性。此外，在选择加工工艺和热处理参数时也需要注意，通过优化加工和热处理的方式，能够有效地减少坩埚的掉粉现象。
综上所述，避免的情况发生需要从多个方面入手，需要做好坩埚的维护保养工作、选择好的坩埚材料、适当控制加热温度、采用合适的涂层等辅助措施，确保热处理过程的质量和产品性能的稳定。
造成的原因可能有很多，比如坩埚使用的时间过长、坩埚的材料质量不好、加热温度过高、坩埚内表面积不光滑等等。针对不同的原因，也应该采取不同的解决方法。
首先，坩埚的使用时间应该定期更换，以避免使用时间过长导致坩埚磨损、老化等问题。其次，选择质量好的坩埚材料，能够有效提升坩埚的使用寿命，减少掉粉现象的发生。此外，加热温度应该控制在合适的范围内，避免温度过高产生的膨胀力过大导致坩埚开裂、掉粉。
还可以使用一些辅助措施来避免的情况发生。例如涂覆一层薄膜在坩埚内表面，以减少热胀冷缩带来的损坏；或者使用一些特殊的陶瓷涂层来增强坩埚的硬度和耐磨性。此外，在选择加工工艺和热处理参数时也需要注意，通过优化加工和热处理的方式，能够有效地减少坩埚的掉粉现象。
综上所述，避免的情况发生需要从多个方面入手，需要做好坩埚的维护保养工作、选择好的坩埚材料、适当控制加热温度、采用合适的涂层等辅助措施，确保热处理过程的质量和产品性能的稳定。
指的是在烧制陶瓷过程中，由于坩埚内部温度过高或受到外力因素的影响，导致坩埚发生破裂或掉粉现象。这种情况会直接影响到烧制的质量和效果，需要及时进行处理。
首先，当坩埚发生掉粉现象时，需要先停止烧制工作，让坩埚冷却下来。然后，用金属锤轻轻敲击坩埚外壁，以便将松散的粉末震落。最好在一个干净的桶或容器中收集掉落的粉末，可以进行筛选和再利用。如果温度较高，可以借助风扇或其他冷却设备，加速坩埚的冷却过程。
其次，在日常使用中，我们应该注意一些避免的方法，例如：选用质量好的坩埚，避免使用老化、破损的坩埚；在装载物料时要轻拿轻放，避免碰撞；在清洁坩埚时要用合适的工具，避免对坩埚造成损伤等。这些都有助于延长坩埚的使用寿命，减少掉粉的情况发生。
总之，对于这种情况，我们需要及时处理并采取相应的措施。在平时的使用中，要注意坩埚的保养和维护，提高工作效率，并保证烧制的陶瓷品质量。
首先，当坩埚发生掉粉现象时，需要先停止烧制工作，让坩埚冷却下来。然后，用金属锤轻轻敲击坩埚外壁，以便将松散的粉末震落。最好在一个干净的桶或容器中收集掉落的粉末，可以进行筛选和再利用。如果温度较高，可以借助风扇或其他冷却设备，加速坩埚的冷却过程。
其次，在日常使用中，我们应该注意一些避免的方法，例如：选用质量好的坩埚，避免使用老化、破损的坩埚；在装载物料时要轻拿轻放，避免碰撞；在清洁坩埚时要用合适的工具，避免对坩埚造成损伤等。这些都有助于延长坩埚的使用寿命，减少掉粉的情况发生。
总之，对于这种情况，我们需要及时处理并采取相应的措施。在平时的使用中，要注意坩埚的保养和维护，提高工作效率，并保证烧制的陶瓷品质量。
是指在热处理过程中，坩埚内的材料因为剧烈运动、气流等原因而散落出来。这对于热处理的质量和工艺稳定性都会产生不良影响。
的原因很多，例如坩埚制作不当、热处理过程中温度变化过大、气流过强等。为了避免，我们需要注意以下几点：
1. 选用质量好的坩埚。坩埚的原材料和生产工艺决定了它的质量，因此我们应该选择优质的坩埚，比如采用高纯度的氧化铝陶瓷材料制造，确保坩埚的密度和耐热性都能满足要求。
2. 确定适当的热处理温度范围。热处理过程中，温度的变化对坩埚的热胀冷缩有直接的影响，如果温度变化过大，坩埚可能会因为热胀冷缩而发生形变或开裂，从而导致掉粉现象的发生。因此，我们应该根据材料的性质和热处理工艺的要求，确定适当的温度范围，避免温度变化过大。
3. 控制气流强度。在热处理过程中，气流的强度和方向也会影响坩埚的稳定性。如果气流太强，会使坩埚内部的材料产生剧烈运动，从而导致掉粉现象的发生。因此，我们需要控制气流的强度和方向，确保热处理过程中气流的合理性和稳定性。
总之，是一种常见的问题，在热处理过程中需要我们注意多方面的因素，以确保坩埚的质量和稳定性，从而保证热处理的质量和效果。
的原因很多，例如坩埚制作不当、热处理过程中温度变化过大、气流过强等。为了避免，我们需要注意以下几点：
1. 选用质量好的坩埚。坩埚的原材料和生产工艺决定了它的质量，因此我们应该选择优质的坩埚，比如采用高纯度的氧化铝陶瓷材料制造，确保坩埚的密度和耐热性都能满足要求。
2. 确定适当的热处理温度范围。热处理过程中，温度的变化对坩埚的热胀冷缩有直接的影响，如果温度变化过大，坩埚可能会因为热胀冷缩而发生形变或开裂，从而导致掉粉现象的发生。因此，我们应该根据材料的性质和热处理工艺的要求，确定适当的温度范围，避免温度变化过大。
3. 控制气流强度。在热处理过程中，气流的强度和方向也会影响坩埚的稳定性。如果气流太强，会使坩埚内部的材料产生剧烈运动，从而导致掉粉现象的发生。因此，我们需要控制气流的强度和方向，确保热处理过程中气流的合理性和稳定性。
总之，是一种常见的问题，在热处理过程中需要我们注意多方面的因素，以确保坩埚的质量和稳定性，从而保证热处理的质量和效果。
是指在冶金和化工等工业领域中，加热坩埚中的物质时，由于坩埚材料、炉温过高、加热时间过长等原因导致坩埚结构破裂，从而使物质散落出来的现象。这种情况一旦发生，不仅会造成生产停滞，影响工艺进度，还会对环境造成严重污染。
那么，如何避免呢？首先，在选择坩埚时，应根据使用要求，选用质量好、抗高温、耐腐蚀的材料，并检查坩埚本身的质量和缺陷情况；其次，在加热过程中，应严格按照工艺要求，控制炉温和加热时间，避免温度过高或时间过长导致坩埚结构失稳、熔解或变形；此外，还应注意加热过程中的震动和振动，以及坩埚与其他设备的碰撞，避免坩埚受到外力冲击而破裂。
总之，避免是生产过程中的一项重要任务，需要制定科学的工艺流程，选择适当的材料和设备，并加强现场管理和监督，从而保证工厂生产的顺利进行。
那么，如何避免呢？首先，在选择坩埚时，应根据使用要求，选用质量好、抗高温、耐腐蚀的材料，并检查坩埚本身的质量和缺陷情况；其次，在加热过程中，应严格按照工艺要求，控制炉温和加热时间，避免温度过高或时间过长导致坩埚结构失稳、熔解或变形；此外，还应注意加热过程中的震动和振动，以及坩埚与其他设备的碰撞，避免坩埚受到外力冲击而破裂。
总之，避免是生产过程中的一项重要任务，需要制定科学的工艺流程，选择适当的材料和设备，并加强现场管理和监督，从而保证工厂生产的顺利进行。
rc串联电路的暂态过程如何提高精度
RC串联电路暂态过程研究教学资料物理实验教学中心
RC串联电路暂态过程研究【教学基本要求】1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。2．掌握RC串联电路充放电的特点，理解充放电过程中的电压变化规律。3．掌握时间常数、半衰期等基本概念，理解它们如何影响充放电过程。4．了解RC电路暂态过程研究实验系统的主要功能，熟练操作软件。【授课提纲】本授课提纲与PowerPoint演示相结合。1．本实验要掌握的重点内容本实验与其它实验不同，它是一个计算机数据采集实验，目的是学习计算机数据采集在物理实验中的应用，所以本实验并不象其它实验一样重点在于数据的测量与计算，因为这些工作已由计算机帮你完成了。那么，我们做这样一个实验，我们要掌握的重点是什么呢？● 了解计算机数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程。● 认真分析实验结果，深刻理解实验结果所揭示的物理现象，与理论分析是否相符。● 掌握数据处理方法，考虑其它什么场合也能利用计算机数据采集技术。2．数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程（1）什么是数据采集和数据采集系统“数据采集”是指将被测对象的各种模拟参量（如温度、压力、流量、位移等），通过一定的信号转换过程和数据处理方法转化成数字量后，再由控制器进行存储、处理、显示或打印等操作的过程。相应的系统成为数据采集系统。对数据采集的解释： 被测对象可以是各种模拟量，如温度、压力、流量、位移等。 信号转换过程指的是通过各种传感元件将各种模拟参量转换成电信号（电流、电压）。 数据处理方法包括信号调理（放大、滤波等）、采样、量化、编码等。 控制器可以是PC，PLC，MCU等。这些内容稍后将做详细介绍。（2）数据采集系统的基本构成（结合构成示意图，在PowerPoint上）一般情况下，计算机数据采集系统由传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，控制器（计算机、PLC，MCU），输出设备（显示器，打印机，绘图机）
（3）数据采集的基本过程（结合构成示意图，在PowerPoint上）● 传感器的作用与信号预处理（流压变换，放大，滤波）● 数据采集卡（器）的作用● 多路模拟开关的作用，A/D转换作用（重点讲），MCU的作用● 接口电路的作用，如USB，RS232● 计算机的作用，是整个系统的核心控制，是通过编程实现的。也可以是PLC、MCU。（4）数据采集的优势有的同学可能会想，干吗那么麻烦呢。比如我想得到一个温度值，用温度计量一下读出数来不就可以了，用压力表量一下也可以得到压力值。那么我们为什么还要利用数据采集技术呢？数据采集的优势在： 在环境恶劣，人工根本无法读数的场合。如油田钻井过程中，测地层中的温度、压力等。 在参量变化很快，人工根本无法读数的场合。如本实验充放电过程，气体绝热指数实验气体状态的变化过程等。 可以借助计算机的强大计算功能，对数据进行处理，存储和显示，人工需要很大的工作量。 是计算机控制系统必不可少的组成部分。如果我们将这一过程逆过去，就是说计算机发出一个数字量，可以经过一系列的变化过程变成一个模拟量，这个模拟量就可以控制一定的设备（如电磁阀、继电器），也就是组成了一个计算机控制系统。可适当讲解液位控制系统，电磁阀原理和DCS系统。当然，数据采集的优势不止这些，这些只是一些常见的。下面看一下数据采集系统的基本构成。3．RC电路充放电的基本原理下面给大家简单介绍一下实验的原理：（1）充放电过程实验原理看一下电路图，当K打到1时，电容充电，由基尔霍夫定律得到电路方程：（可适当解释一下基尔霍夫定律，回路的电压代数和为零）这是一个一阶线性方程，由初始条件和得从而得：  电容C两端的电压 当打到2时，电容放电，同理，电路方程为：这是一个一阶线性齐次方程，更好解，由初始条件，t=0时，得到
对上式两边取对数得到：上式说明，如果放电曲线lnUC(t)-t是一条直线，做lnUC(t)图线也是实验内容之一。（2）充放电过程相关参数时间常数τ：由上面的电压公式知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：半衰期：在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，由 得：4．RC串联电路暂态过程实验系统演示（1）软件演示（2）注意的问题：读数一定按照软件提示去做。数据采集过程中不要停止。5．注意事项1．本实验所用数据采集器的最大输入电压为5V，因此输入电压不要超过5V。2．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。3．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。4．实验时先打开数据采集器再启动实验软件，关闭时顺序则相反。【板书内容】RC串联电路暂态过程研究1.计算机数据采集2.实验原理1．充电过程： 2．放电过程： 3．时间常数：τ=RC 半衰期T1/2=ln2τ=ln2RC4．最小二乘法： 3.注意事项1．输入电压不要超过5V。2. 注意按正确的操作步骤操作软件，否则将导致运行错误。3．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。4．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。【实验报告】RC串联电路暂态过程研究实验目的1. 理解RC串联电路暂态过程中电压、电流的变化规律，加深对电容特性的认识。2. 研究RC电路的暂态过程，理解电路时间常数τ和半衰期的物理意义。3. 使用计算机数据采集方法快速采集RC电路瞬态信号，充分体会计算机数据采集技术应用于物理实验的优点。实验原理1.RC串联电路的暂态过程
电阻、电容和电感是组成电子器件的最基本单元。电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。通常理解，电容器是存储电荷的，给电容器充电，是使电容器的两极板上带等量的异号电荷。由于电荷的存在，在电容器内部将产生电场，从物理学的角度来看，电场具有能量，因此，给电容器充电的过程实际上是向电容器内充能量（电场能）的过程。由于能量的累计需要时间，所以充电过程也需要时间。同样道理，电容器中能量的释放也需要时间，也就是说电容器的放电过程也需要时间。由此可见，电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。电容器的“充电”和“放电”（对于电感是“充磁”和“放磁”），虽然需要时间，但时间也是非常短的，时间的长短取决于电路中的电阻和电容（电感）。在接通或断开直流电源的短暂时间内，电路从一个平衡状态转变到另一个平衡状态，这个转变过程称为“暂态过程”。本实验主要研究RC串联电路中的暂态过程。(1)充电过程图1是一个RC串联电路，当开关K拨向1的瞬间，电容C上没有电荷积累，电源电压全部加到电阻R上（忽略电源内阻），此时电流为最大，直流电源E通过电阻R开始对电容C充电。随着电容上电荷的积累，增大，充电电流随之减小，同时该电流向电容C提供的电量q减小，电容两端的电压增加的速度变慢，即电容的充电速度越来越慢，直至时，充电过程终止，电路达到稳定状态。当开关拨向1时，根据基尔霍夫定律（Kirchhoffs’ law of circuit），电路方程为（1）由前所述，刚接通电源时，电容C中未存储电荷，即初始条件为和,由该初始条件，可解出微分方程式（1）的特解为（2）由式（2）可知，随着时间的增加，电容器上的电荷量逐渐增加，这就是电容的充电过程。充电电流为：（3）
电容C两端的电压（4）(2)放电过程当电路稳定之后，电路中没有电流，电容C两端的电压即为电源电动势E，也就是说此刻电容C充电完毕。电容器所充的电荷为。设在t＝0时刻，将开关拨向2，类似充电过程，可得此时电路方程为（5）结合初始条件：t=0时，，解微分方程式（5）可得（6）由式（6）可知，随着时间的增加，电容C上的电荷逐渐减少，这就是放电过程。同样，可以得到电容器两端电压、放电电流分别为（7）（8）将式（8）两边取对数得（9）上式说明，如果放电曲线lnUC(t)—t是一条直线，则证明UC(t)—t是指数关系。(3)过程参数图2分别表示充电和放电时电容上电压随时间的变化规律。可以看出，RC电路的充电和放电过程是按指数规律变化的。由上述的讨论可知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：（12）τ越大，充放电过程越慢，反之则快。在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，当时（充电过程为） （13）由此可得（14）实验中往往测量较测量容易，因此可以从充、放电曲线上求出，如图3所示，进而计算出。
图3 放电曲线上时间常数和半衰期由于电容的充放电过程往往比较短暂，很难用手动方法进行测量，本实验将利用数据采集器进行测量。2.物理实验计算机数据采集和数据采集器简介数据采集系统的基本组成如图4所示，其中关键部件是数据采集器。数据采集器将来自物理实验装置的模拟电信号（该电信号对应实际物理量信号，可由实验装置，也可由传感器而来，本实验不做详细讨论）转换为数字信号，并输入到计算机中。计算机是采集系统的控制中心，它一方面控制数据采集的工作过程，另一方面利用自身运算功能强大的特点，对数据进行分析和处理，并将结果通过显示器或打印机输出。数据采集器的原理框图如图5所示。A/D转换器即模/数转换器，它的功能是将模拟量转换为与其相应的数字量。它是数据采集器的重要部件，能将某一确定范围内连续变化的模拟信号转换为分立的有限的一组二进制数，即数字信号。它的性能直接决定了数据采集器的整体性能，其主要指标有分辨率（位数）、转换速度等。实验中所用A/D转换器为12位精度，输出数字量通过RS-232接口输入到计算机中。数据一旦输入到计算机中，就可以利用计算机编程对其进行各种处理了。3. RC电路暂态过程研究实验系统介绍只需要简单的操作，RC电路暂态过程研究实验系统就可以完成本实验的主要工作，它与JZ-3B型LabCorder数据采集器配合使用。完成的工作主要有：● 用户信息的输入● 双通道数据的采集和显示● 双通道实验图线的绘制● 读实验图线以得到实验参数● 计算实验结果和未知电容● 开关量输入输出的手自动控制● 串口状态监听和显示● 实验数据和实验图线的保存● 实验操作错误的提示和处理实验仪器与器材数据采集器（JZ—3B型），计算机，插线板，电阻，电容，导线，RS-232连接线，单刀双掷开关，万用表，电位器，RC电路暂态过程研究实验系统（软件）。实验内容与步骤1. 练习使用数据采集器2. 充电过程研究3. 放电过程研究数据记录与处理1. 练习使用数据采集器
所选通道：CH1 采集方式：单点采集表1 练习使用数据采集器实验数据记录处理表
实验次数 1 2 3 4 5
稳压电源电压/V 0.94 2.02 3.01 4.000 4.850
测量值/V 0.942 2.016 3.001 3.985 4.838
测量误差/V 0.002 -0.004 -0.009 -0.015 -0.012
测量相对误差/% 0.21 -0.20 -0.30 -0.38 -0.25
2. 充电过程研究(1)实验数据表2 采样基本信息表
实验次数 采样通道 电阻R/KΩ 电容C/μF 采样周期/s 采集方式
1 CH1 10 100 17 多点采集
2 CH1 20 100 17 多点采集
3 CH1 30 100 17 多点采集
4 CH1 10 x 17 多点采集
表3 读图数据表
实验次数 时间常数τ 半衰期T1/2
t1/ms U1/V t2/ms U2/V t1/ms U1/V t2/ms U2/V
1 3218 0.007 4158 3.117 3218 0.025 3904 2.470
2 1694 0.025 3574 3.117 1694 0.025 2990 2.470
3 1185 0.007 4031 3.117 1185 0.007 3167 2.470
4 931 0.007 3015 2.919 931 0.007 2405 2.308
表4 实验结果记录表
实验次数 1 2 3 4
采样通道 CH1 CH1 CH1 CH1
电阻R/KΩ 10 20 30 10
电容C/μF 100 100 100 -
时间常数τ/s 0.940 1.880 2.846 2.084
半衰期T1/2/s 0.686 1.296 1.982 1.474
理论τ/s 1.000 2.000 3.000 -
理论T1/2/s 0.693 1.386 2.079 -
τ误差/s -0.060 -0.120 -0.154 -
T1/2误差/s -0.007 -0.090 -0.097 -
τ相对误差/s -6 -6 -5 -
T1/2相对误差/s -1 -7 -5 -
Cx计算数据：R/KΩ： 10 τ/s： 2.084 T1/2/s： 1.474 Cx/μF： 210.53
实验结果计算示例(以第1次测量为例)时间常数：理论：τ理=RC=10×100=1.000s实验：τ实=t2-t1=4158-3218=0.940s误差：Δτ=τ实-τ理=0.940-1.000=-0.060s相对误差：Bτ=Δτ/τ理×100%=-0.060/1.000×100%=-6%半衰期：理论：T1/2理=ln2RC=0.6931×10×100=0.693s实验：T1/2实=t2-t1=3904-3218=0.686s误差：ΔT1/2=T1/2实-T1/2理=0.686-0.693=-0.007s相对误差：BT1/2=ΔT1/2/T1/2理×100%=-0.007/0.693×100%=-1%(2)实验图线图7 RC串联电路充电过程U-t曲线2. 放电过程研究(1)实验数据表2 采样基本信息表
实验次数 采样通道 电阻R/KΩ 电容C/μF 采样周期/s 采集方式
1 CH1 10 100 17 多点采集
2 CH1 20 100 17 多点采集
3 CH1 30 100 17 多点采集
4 CH1 10 x 17 多点采集
表3 读图数据表
实验次数 时间常数τ 半衰期T1/2
t1/ms U1/V t2/ms U2/V t1/ms U1/V t2/ms U2/V
1 855 4.933 1821 1.804 855 4.933 1516 2.470
2 779 4.915 2761 1.804 779 4.933 2126 2.470
3 830 4.933 3828 1.804 830 4.933 2888 2.470
4 1490 4.609 3803 1.697 1490 4.609 3066 2.308
表4 实验结果记录表
实验次数 1 2 3 4
采样通道 CH1 CH1 CH1 CH1
电阻R/KΩ 10 20 30 10
电容C/μF 100 100 100 -
时间常数τ/s 0.966 1.982 2.998 2.313
半衰期T1/2/s 0.661 1.347 2.058 1.576
理论τ/s 1.000 2.000 3.000 -
理论T1/2/s 0.693 1.386 2.079 -
τ误差/s -0.034 -0.018 -0.002 -
T1/2误差/s -0.032 -0.039 -0.021 -
τ相对误差/s -4 -1 0 -
T1/2相对误差/s -5 -3 -1 -
拟合方程 lnU=-1.03t+2.53 lnU=-0.49t+1.98 lnU=-0.33t+1.86 lnU=-0.41t+2.13
实验结果计算示例(以第1次测量为例)
时间常数：理论：τ理=RC=10×100=1.000s实验：τ实=t2-t1=1821-855=0.996s误差：Δτ=τ实-τ理=0.996-1.000=-0.034s相对误差：Bτ=Δτ/τ理×100%=-0.034/1.000×100%=-4%半衰期：理论：T1/2理=ln2RC=0.6931×10×100=0.693s实验：T1/2实=t2-t1=1516-855=0.661s误差：ΔT1/2=T1/2实-T1/2理=0.661-0.693=-0.032s相对误差：BT1/2=ΔT1/2/T1/2理×100%=-0.032/0.693×100%=-5%利用最小二乘法拟合直线： -1.03t+2.53其中： -1.032.53(2)实验图线图8 RC串联电路放电过程U-t曲线图9 RC串联电路放电过程lnU-t曲线实验分析与讨论1. 简述计算机数据采集系统的主要组成和工作流程。答：计算机数据采集系统的主要组成有：传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，计算机，输出设备（显示器，打印机，绘图机）2. 为什么说时间常数是RC电路充、放电快慢的标志？RC电路有什么实际应用？答：由RC电路充放电过程中的带电量公式、知，充放电快慢只由RC决定，即由τ决定，τ越大，变化越缓慢，反之，越迅速。利用RC电路的特性，可以设计成滤波电路、微分电路、积分电路等。3. 你做过的物理实验中，你认为哪些实验可以采用计算机采集技术？并简要分析首先需要解决的主要问题和使用计算机数据采集的优点。答：气体绝热指数的测量、磁滞回线测量、光电效应实验等都可以利用计算机数据采集技术。在实验中主要解决的问题是：搞清原始模拟信号与传感器输出电压的关系，输出电压与转化成的数字量的关系，即做好标度变换。根据实验要求，确定采集器的速度和精度。数字信号以何种方式输入计算机，USB口还是RS232口或其它接口，要与结合考虑。数据如何处理和显示，需不需要存储和打印，以此决定如何编程。计算机数据采集的优点主要是：减少实验工作量，方便、快捷。
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RC电路暂态过程研究 实验报告
RC串联电路暂态过程研究
教学资料
物理实验教学中心
RC串联电路暂态过程研究
【教学基本要求】
1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。
2．掌握RC串联电路充放电的特点，理解充放电过程中的电压变化规律。
第 1 页
3．掌握时间常数、半衰期等基本概念，理解它们如何影响充放电过程。
4．了解RC电路暂态过程研究实验系统的主要功能，熟练操作软件。
【授课提纲】
本授课提纲与PowerPoint演示相结合。
1．本实验要掌握的重点内容
本实验与其它实验不同，它是一个计算机数据采集实验，目的是学习计算机数据采集在物理实验中的应用，所以本实验并不象其它实验一样重点在于数据的测量与计算，因为这些工作已由计算机帮你完成了。那么，我们做这样一个实验，我们要掌握的重点是什么呢？
第 2 页
● 了解计算机数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程。
● 认真分析实验结果，深刻理解实验结果所揭示的物理现象，与理论分析是否相符。
● 掌握数据处理方法，考虑其它什么场合也能利用计算机数据采集技术。
2．数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程
（1）什么是数据采集和数据采集系统
“数据采集”是指将被测对象的各种模拟参量（如温度、压力、流量、位移等），通过一定的信号转换过程和数据处理方法转化成数字量后，再由控制器进行存储、处理、显示或打印等操作的过程。相应的系统成为数据采集系统。
第 3 页
对数据采集的解释：
被测对象可以是各种模拟量，如温度、压力、流量、位移等。
信号转换过程指的是通过各种传感元件将各种模拟参量转换成电信号（电流、电压）。
数据处理方法包括信号调理（放大、滤波等）、采样、量化、编码等。
控制器可以是PC，PLC，MCU等。
这些内容稍后将做详细介绍。
第 4 页
（2）数据采集系统的基本构成（结合构成示意图，在PowerPoint上）
一般情况下，计算机数据采集系统由传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，控制器（计算机、PLC，MCU），输出设备（显示器，打印机，绘图机）
（3）数据采集的基本过程（结合构成示意图，在PowerPoint上）
第 5 页
● 传感器的作用与信号预处理（流压变换，放大，滤波）
● 数据采集卡（器）的作用
● 多路模拟开关的作用，A/D转换作用（重点讲），MCU的作用
● 接口电路的作用，如USB，RS232
● 计算机的作用，是整个系统的核心控制，是通过编程实现的。也可以是PLC、MCU。
（4）数据采集的优势
第 6 页
有的同学可能会想，干吗那么麻烦呢。比如我想得到一个温度值，用温度计量一下读出数来不就可以了，用压力表量一下也可以得到压力值。那么我们为什么还要利用数据采集技术呢？数据采集的优势在：
在环境恶劣，人工根本无法读数的场合。如油田钻井过程中，测地层中的温度、压力等。
在参量变化很快，人工根本无法读数的场合。如本实验充放电过程，气体绝热指数实验气体状态的变化过程等。
第 7 页
可以借助计算机的强大计算功能，对数据进行处理，存储和显示，人工需要很大的工作量。
是计算机控制系统必不可少的组成部分。如果我们将这一过程逆过去，就是说计算机发出一个数字量，可以经过一系列的变化过程变成一个模拟量，这个模拟量就可以控制一定的设备（如电磁阀、继电器），也就是组成了一个计算机控制系统。可适当讲解液位控制系统，电磁阀原理和DCS系统。
当然，数据采集的优势不止这些，这些只是一些常见的。下面看一下数据采集系统的基本构成。
第 8 页
3．RC电路充放电的基本原理
下面给大家简单介绍一下实验的原理：
（1）充放电过程实验原理
看一下电路图，当K打到1时，电容充电，由基尔霍夫定律得到电路方程：（可适当解释一下基尔霍夫定律，回路的电压代数和为零）

这是一个一阶线性方程，由初始条件和得
第 9 页
从而得： 
电容C两端的电压
当打到2时，电容放电，同理，电路方程为：

这是一个一阶线性齐次方程，更好解，由初始条件，t=0时，得到

第 10 页


对上式两边取对数得到：
上式说明，如果放电曲线lnUC(t)-t是一条直线，做lnUC(t)图线也是实验内容之一。
（2）充放电过程相关参数
时间常数τ：由上面的电压公式知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：
第 11 页
半衰期：在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，由 得：
4．RC串联电路暂态过程实验系统演示
（1）软件演示
（2）注意的问题：读数一定按照软件提示去做。数据采集过程中不要停止。
5．注意事项
第 12 页
1．本实验所用数据采集器的最大输入电压为5V，因此输入电压不要超过5V。
2．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。
3．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。
4．实验时先打开数据采集器再启动实验软件，关闭时顺序则相反。
【板书内容】
RC串联电路暂态过程研究
第 13 页
1.计算机数据采集
2.实验原理
第 14 页
1．充电过程：
2．放电过程：
3．时间常数：τ=RC 半衰期T1/2=ln2τ=ln2RC
4．最小二乘法：
3.注意事项
1．输入电压不要超过5V。
2. 注意按正确的操作步骤操作软件，否则将导致运行错误。
3．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。
第 15 页
4．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。
【实验报告】
RC串联电路暂态过程研究
实验目的
1. 理解RC串联电路暂态过程中电压、电流的变化规律，加深对电容特性的认识。
2. 研究RC电路的暂态过程，理解电路时间常数τ和半衰期的物理意义。
第 16 页
3. 使用计算机数据采集方法快速采集RC电路瞬态信号，充分体会计算机数据采集技术应用于物理实验的优点。
实验原理
1.RC串联电路的暂态过程
电阻、电容和电感是组成电子器件的最基本单元。电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。通常理解，电容器是存储电荷的，给电容器充电，是使电容器的两极板上带等量的异号电荷。由于电荷的存在，在电容器内部将产生电场，从物理学的角度来看，电场具有能量，因此，给电容器充电的过程实际上是向电容器内充能量（电场能）的过程。由于能量的累计需要时间，所以充电过程也需要时间。同样道理，电容器中能量的释放也需要时间，也就是说电容器的放电过程也需要时间。由此可见，电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。
RC串联电路暂态过程研究【教学基本要求】1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。2．掌握RC串联电路充放电的特点，理解充放电过程中的电压变化规律。3．掌握时间常数、半衰期等基本概念，理解它们如何影响充放电过程。4．了解RC电路暂态过程研究实验系统的主要功能，熟练操作软件。【授课提纲】本授课提纲与PowerPoint演示相结合。1．本实验要掌握的重点内容本实验与其它实验不同，它是一个计算机数据采集实验，目的是学习计算机数据采集在物理实验中的应用，所以本实验并不象其它实验一样重点在于数据的测量与计算，因为这些工作已由计算机帮你完成了。那么，我们做这样一个实验，我们要掌握的重点是什么呢？● 了解计算机数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程。● 认真分析实验结果，深刻理解实验结果所揭示的物理现象，与理论分析是否相符。● 掌握数据处理方法，考虑其它什么场合也能利用计算机数据采集技术。2．数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程（1）什么是数据采集和数据采集系统“数据采集”是指将被测对象的各种模拟参量（如温度、压力、流量、位移等），通过一定的信号转换过程和数据处理方法转化成数字量后，再由控制器进行存储、处理、显示或打印等操作的过程。相应的系统成为数据采集系统。对数据采集的解释： 被测对象可以是各种模拟量，如温度、压力、流量、位移等。 信号转换过程指的是通过各种传感元件将各种模拟参量转换成电信号（电流、电压）。 数据处理方法包括信号调理（放大、滤波等）、采样、量化、编码等。 控制器可以是PC，PLC，MCU等。这些内容稍后将做详细介绍。（2）数据采集系统的基本构成（结合构成示意图，在PowerPoint上）一般情况下，计算机数据采集系统由传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，控制器（计算机、PLC，MCU），输出设备（显示器，打印机，绘图机）
（3）数据采集的基本过程（结合构成示意图，在PowerPoint上）● 传感器的作用与信号预处理（流压变换，放大，滤波）● 数据采集卡（器）的作用● 多路模拟开关的作用，A/D转换作用（重点讲），MCU的作用● 接口电路的作用，如USB，RS232● 计算机的作用，是整个系统的核心控制，是通过编程实现的。也可以是PLC、MCU。（4）数据采集的优势有的同学可能会想，干吗那么麻烦呢。比如我想得到一个温度值，用温度计量一下读出数来不就可以了，用压力表量一下也可以得到压力值。那么我们为什么还要利用数据采集技术呢？数据采集的优势在： 在环境恶劣，人工根本无法读数的场合。如油田钻井过程中，测地层中的温度、压力等。 在参量变化很快，人工根本无法读数的场合。如本实验充放电过程，气体绝热指数实验气体状态的变化过程等。 可以借助计算机的强大计算功能，对数据进行处理，存储和显示，人工需要很大的工作量。 是计算机控制系统必不可少的组成部分。如果我们将这一过程逆过去，就是说计算机发出一个数字量，可以经过一系列的变化过程变成一个模拟量，这个模拟量就可以控制一定的设备（如电磁阀、继电器），也就是组成了一个计算机控制系统。可适当讲解液位控制系统，电磁阀原理和DCS系统。当然，数据采集的优势不止这些，这些只是一些常见的。下面看一下数据采集系统的基本构成。3．RC电路充放电的基本原理下面给大家简单介绍一下实验的原理：（1）充放电过程实验原理看一下电路图，当K打到1时，电容充电，由基尔霍夫定律得到电路方程：（可适当解释一下基尔霍夫定律，回路的电压代数和为零）这是一个一阶线性方程，由初始条件和得从而得：  电容C两端的电压 当打到2时，电容放电，同理，电路方程为：这是一个一阶线性齐次方程，更好解，由初始条件，t=0时，得到
对上式两边取对数得到：上式说明，如果放电曲线lnUC(t)-t是一条直线，做lnUC(t)图线也是实验内容之一。（2）充放电过程相关参数时间常数τ：由上面的电压公式知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：半衰期：在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，由 得：4．RC串联电路暂态过程实验系统演示（1）软件演示（2）注意的问题：读数一定按照软件提示去做。数据采集过程中不要停止。5．注意事项1．本实验所用数据采集器的最大输入电压为5V，因此输入电压不要超过5V。2．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。3．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。4．实验时先打开数据采集器再启动实验软件，关闭时顺序则相反。【板书内容】RC串联电路暂态过程研究1.计算机数据采集2.实验原理1．充电过程： 2．放电过程： 3．时间常数：τ=RC 半衰期T1/2=ln2τ=ln2RC4．最小二乘法： 3.注意事项1．输入电压不要超过5V。2. 注意按正确的操作步骤操作软件，否则将导致运行错误。3．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。4．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。【实验报告】RC串联电路暂态过程研究实验目的1. 理解RC串联电路暂态过程中电压、电流的变化规律，加深对电容特性的认识。2. 研究RC电路的暂态过程，理解电路时间常数τ和半衰期的物理意义。3. 使用计算机数据采集方法快速采集RC电路瞬态信号，充分体会计算机数据采集技术应用于物理实验的优点。实验原理1.RC串联电路的暂态过程
电阻、电容和电感是组成电子器件的最基本单元。电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。通常理解，电容器是存储电荷的，给电容器充电，是使电容器的两极板上带等量的异号电荷。由于电荷的存在，在电容器内部将产生电场，从物理学的角度来看，电场具有能量，因此，给电容器充电的过程实际上是向电容器内充能量（电场能）的过程。由于能量的累计需要时间，所以充电过程也需要时间。同样道理，电容器中能量的释放也需要时间，也就是说电容器的放电过程也需要时间。由此可见，电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。电容器的“充电”和“放电”（对于电感是“充磁”和“放磁”），虽然需要时间，但时间也是非常短的，时间的长短取决于电路中的电阻和电容（电感）。在接通或断开直流电源的短暂时间内，电路从一个平衡状态转变到另一个平衡状态，这个转变过程称为“暂态过程”。本实验主要研究RC串联电路中的暂态过程。(1)充电过程图1是一个RC串联电路，当开关K拨向1的瞬间，电容C上没有电荷积累，电源电压全部加到电阻R上（忽略电源内阻），此时电流为最大，直流电源E通过电阻R开始对电容C充电。随着电容上电荷的积累，增大，充电电流随之减小，同时该电流向电容C提供的电量q减小，电容两端的电压增加的速度变慢，即电容的充电速度越来越慢，直至时，充电过程终止，电路达到稳定状态。当开关拨向1时，根据基尔霍夫定律（Kirchhoffs’ law of circuit），电路方程为（1）由前所述，刚接通电源时，电容C中未存储电荷，即初始条件为和,由该初始条件，可解出微分方程式（1）的特解为（2）由式（2）可知，随着时间的增加，电容器上的电荷量逐渐增加，这就是电容的充电过程。充电电流为：（3）
电容C两端的电压（4）(2)放电过程当电路稳定之后，电路中没有电流，电容C两端的电压即为电源电动势E，也就是说此刻电容C充电完毕。电容器所充的电荷为。设在t＝0时刻，将开关拨向2，类似充电过程，可得此时电路方程为（5）结合初始条件：t=0时，，解微分方程式（5）可得（6）由式（6）可知，随着时间的增加，电容C上的电荷逐渐减少，这就是放电过程。同样，可以得到电容器两端电压、放电电流分别为（7）（8）将式（8）两边取对数得（9）上式说明，如果放电曲线lnUC(t)—t是一条直线，则证明UC(t)—t是指数关系。(3)过程参数图2分别表示充电和放电时电容上电压随时间的变化规律。可以看出，RC电路的充电和放电过程是按指数规律变化的。由上述的讨论可知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：（12）τ越大，充放电过程越慢，反之则快。在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，当时（充电过程为） （13）由此可得（14）实验中往往测量较测量容易，因此可以从充、放电曲线上求出，如图3所示，进而计算出。
图3 放电曲线上时间常数和半衰期由于电容的充放电过程往往比较短暂，很难用手动方法进行测量，本实验将利用数据采集器进行测量。2.物理实验计算机数据采集和数据采集器简介数据采集系统的基本组成如图4所示，其中关键部件是数据采集器。数据采集器将来自物理实验装置的模拟电信号（该电信号对应实际物理量信号，可由实验装置，也可由传感器而来，本实验不做详细讨论）转换为数字信号，并输入到计算机中。计算机是采集系统的控制中心，它一方面控制数据采集的工作过程，另一方面利用自身运算功能强大的特点，对数据进行分析和处理，并将结果通过显示器或打印机输出。数据采集器的原理框图如图5所示。A/D转换器即模/数转换器，它的功能是将模拟量转换为与其相应的数字量。它是数据采集器的重要部件，能将某一确定范围内连续变化的模拟信号转换为分立的有限的一组二进制数，即数字信号。它的性能直接决定了数据采集器的整体性能，其主要指标有分辨率（位数）、转换速度等。实验中所用A/D转换器为12位精度，输出数字量通过RS-232接口输入到计算机中。数据一旦输入到计算机中，就可以利用计算机编程对其进行各种处理了。3. RC电路暂态过程研究实验系统介绍只需要简单的操作，RC电路暂态过程研究实验系统就可以完成本实验的主要工作，它与JZ-3B型LabCorder数据采集器配合使用。完成的工作主要有：● 用户信息的输入● 双通道数据的采集和显示● 双通道实验图线的绘制● 读实验图线以得到实验参数● 计算实验结果和未知电容● 开关量输入输出的手自动控制● 串口状态监听和显示● 实验数据和实验图线的保存● 实验操作错误的提示和处理实验仪器与器材数据采集器（JZ—3B型），计算机，插线板，电阻，电容，导线，RS-232连接线，单刀双掷开关，万用表，电位器，RC电路暂态过程研究实验系统（软件）。实验内容与步骤1. 练习使用数据采集器2. 充电过程研究3. 放电过程研究数据记录与处理1. 练习使用数据采集器
所选通道：CH1 采集方式：单点采集表1 练习使用数据采集器实验数据记录处理表
实验次数 1 2 3 4 5
稳压电源电压/V 0.94 2.02 3.01 4.000 4.850
测量值/V 0.942 2.016 3.001 3.985 4.838
测量误差/V 0.002 -0.004 -0.009 -0.015 -0.012
测量相对误差/% 0.21 -0.20 -0.30 -0.38 -0.25
2. 充电过程研究(1)实验数据表2 采样基本信息表
实验次数 采样通道 电阻R/KΩ 电容C/μF 采样周期/s 采集方式
1 CH1 10 100 17 多点采集
2 CH1 20 100 17 多点采集
3 CH1 30 100 17 多点采集
4 CH1 10 x 17 多点采集
表3 读图数据表
实验次数 时间常数τ 半衰期T1/2
t1/ms U1/V t2/ms U2/V t1/ms U1/V t2/ms U2/V
1 3218 0.007 4158 3.117 3218 0.025 3904 2.470
2 1694 0.025 3574 3.117 1694 0.025 2990 2.470
3 1185 0.007 4031 3.117 1185 0.007 3167 2.470
4 931 0.007 3015 2.919 931 0.007 2405 2.308
表4 实验结果记录表
实验次数 1 2 3 4
采样通道 CH1 CH1 CH1 CH1
电阻R/KΩ 10 20 30 10
电容C/μF 100 100 100 -
时间常数τ/s 0.940 1.880 2.846 2.084
半衰期T1/2/s 0.686 1.296 1.982 1.474
理论τ/s 1.000 2.000 3.000 -
理论T1/2/s 0.693 1.386 2.079 -
τ误差/s -0.060 -0.120 -0.154 -
T1/2误差/s -0.007 -0.090 -0.097 -
τ相对误差/s -6 -6 -5 -
T1/2相对误差/s -1 -7 -5 -
Cx计算数据：R/KΩ： 10 τ/s： 2.084 T1/2/s： 1.474 Cx/μF： 210.53
实验结果计算示例(以第1次测量为例)时间常数：理论：τ理=RC=10×100=1.000s实验：τ实=t2-t1=4158-3218=0.940s误差：Δτ=τ实-τ理=0.940-1.000=-0.060s相对误差：Bτ=Δτ/τ理×100%=-0.060/1.000×100%=-6%半衰期：理论：T1/2理=ln2RC=0.6931×10×100=0.693s实验：T1/2实=t2-t1=3904-3218=0.686s误差：ΔT1/2=T1/2实-T1/2理=0.686-0.693=-0.007s相对误差：BT1/2=ΔT1/2/T1/2理×100%=-0.007/0.693×100%=-1%(2)实验图线图7 RC串联电路充电过程U-t曲线2. 放电过程研究(1)实验数据表2 采样基本信息表
实验次数 采样通道 电阻R/KΩ 电容C/μF 采样周期/s 采集方式
1 CH1 10 100 17 多点采集
2 CH1 20 100 17 多点采集
3 CH1 30 100 17 多点采集
4 CH1 10 x 17 多点采集
表3 读图数据表
实验次数 时间常数τ 半衰期T1/2
t1/ms U1/V t2/ms U2/V t1/ms U1/V t2/ms U2/V
1 855 4.933 1821 1.804 855 4.933 1516 2.470
2 779 4.915 2761 1.804 779 4.933 2126 2.470
3 830 4.933 3828 1.804 830 4.933 2888 2.470
4 1490 4.609 3803 1.697 1490 4.609 3066 2.308
表4 实验结果记录表
实验次数 1 2 3 4
采样通道 CH1 CH1 CH1 CH1
电阻R/KΩ 10 20 30 10
电容C/μF 100 100 100 -
时间常数τ/s 0.966 1.982 2.998 2.313
半衰期T1/2/s 0.661 1.347 2.058 1.576
理论τ/s 1.000 2.000 3.000 -
理论T1/2/s 0.693 1.386 2.079 -
τ误差/s -0.034 -0.018 -0.002 -
T1/2误差/s -0.032 -0.039 -0.021 -
τ相对误差/s -4 -1 0 -
T1/2相对误差/s -5 -3 -1 -
拟合方程 lnU=-1.03t+2.53 lnU=-0.49t+1.98 lnU=-0.33t+1.86 lnU=-0.41t+2.13
实验结果计算示例(以第1次测量为例)
时间常数：理论：τ理=RC=10×100=1.000s实验：τ实=t2-t1=1821-855=0.996s误差：Δτ=τ实-τ理=0.996-1.000=-0.034s相对误差：Bτ=Δτ/τ理×100%=-0.034/1.000×100%=-4%半衰期：理论：T1/2理=ln2RC=0.6931×10×100=0.693s实验：T1/2实=t2-t1=1516-855=0.661s误差：ΔT1/2=T1/2实-T1/2理=0.661-0.693=-0.032s相对误差：BT1/2=ΔT1/2/T1/2理×100%=-0.032/0.693×100%=-5%利用最小二乘法拟合直线： -1.03t+2.53其中： -1.032.53(2)实验图线图8 RC串联电路放电过程U-t曲线图9 RC串联电路放电过程lnU-t曲线实验分析与讨论1. 简述计算机数据采集系统的主要组成和工作流程。答：计算机数据采集系统的主要组成有：传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，计算机，输出设备（显示器，打印机，绘图机）2. 为什么说时间常数是RC电路充、放电快慢的标志？RC电路有什么实际应用？答：由RC电路充放电过程中的带电量公式、知，充放电快慢只由RC决定，即由τ决定，τ越大，变化越缓慢，反之，越迅速。利用RC电路的特性，可以设计成滤波电路、微分电路、积分电路等。3. 你做过的物理实验中，你认为哪些实验可以采用计算机采集技术？并简要分析首先需要解决的主要问题和使用计算机数据采集的优点。答：气体绝热指数的测量、磁滞回线测量、光电效应实验等都可以利用计算机数据采集技术。在实验中主要解决的问题是：搞清原始模拟信号与传感器输出电压的关系，输出电压与转化成的数字量的关系，即做好标度变换。根据实验要求，确定采集器的速度和精度。数字信号以何种方式输入计算机，USB口还是RS232口或其它接口，要与结合考虑。数据如何处理和显示，需不需要存储和打印，以此决定如何编程。计算机数据采集的优点主要是：减少实验工作量，方便、快捷。
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RC电路暂态过程研究 实验报告
RC串联电路暂态过程研究
教学资料
物理实验教学中心
RC串联电路暂态过程研究
【教学基本要求】
1．了解计算机数据采集的基本过程和影响采集精确度的主要因素。
2．掌握RC串联电路充放电的特点，理解充放电过程中的电压变化规律。
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3．掌握时间常数、半衰期等基本概念，理解它们如何影响充放电过程。
4．了解RC电路暂态过程研究实验系统的主要功能，熟练操作软件。
【授课提纲】
本授课提纲与PowerPoint演示相结合。
1．本实验要掌握的重点内容
本实验与其它实验不同，它是一个计算机数据采集实验，目的是学习计算机数据采集在物理实验中的应用，所以本实验并不象其它实验一样重点在于数据的测量与计算，因为这些工作已由计算机帮你完成了。那么，我们做这样一个实验，我们要掌握的重点是什么呢？
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● 了解计算机数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程。
● 认真分析实验结果，深刻理解实验结果所揭示的物理现象，与理论分析是否相符。
● 掌握数据处理方法，考虑其它什么场合也能利用计算机数据采集技术。
2．数据采集系统的基本构成和数据采集的基本过程
（1）什么是数据采集和数据采集系统
“数据采集”是指将被测对象的各种模拟参量（如温度、压力、流量、位移等），通过一定的信号转换过程和数据处理方法转化成数字量后，再由控制器进行存储、处理、显示或打印等操作的过程。相应的系统成为数据采集系统。
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对数据采集的解释：
被测对象可以是各种模拟量，如温度、压力、流量、位移等。
信号转换过程指的是通过各种传感元件将各种模拟参量转换成电信号（电流、电压）。
数据处理方法包括信号调理（放大、滤波等）、采样、量化、编码等。
控制器可以是PC，PLC，MCU等。
这些内容稍后将做详细介绍。
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（2）数据采集系统的基本构成（结合构成示意图，在PowerPoint上）
一般情况下，计算机数据采集系统由传感器，信号预处理电路（如流压转换，放大，滤波/消噪），采集卡或采集器（包括多路模拟开关，输入处理电路，A/D转换，MCU，定时逻辑控制等其它辅助控制电路），接口电路，控制器（计算机、PLC，MCU），输出设备（显示器，打印机，绘图机）
（3）数据采集的基本过程（结合构成示意图，在PowerPoint上）
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● 传感器的作用与信号预处理（流压变换，放大，滤波）
● 数据采集卡（器）的作用
● 多路模拟开关的作用，A/D转换作用（重点讲），MCU的作用
● 接口电路的作用，如USB，RS232
● 计算机的作用，是整个系统的核心控制，是通过编程实现的。也可以是PLC、MCU。
（4）数据采集的优势
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有的同学可能会想，干吗那么麻烦呢。比如我想得到一个温度值，用温度计量一下读出数来不就可以了，用压力表量一下也可以得到压力值。那么我们为什么还要利用数据采集技术呢？数据采集的优势在：
在环境恶劣，人工根本无法读数的场合。如油田钻井过程中，测地层中的温度、压力等。
在参量变化很快，人工根本无法读数的场合。如本实验充放电过程，气体绝热指数实验气体状态的变化过程等。
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可以借助计算机的强大计算功能，对数据进行处理，存储和显示，人工需要很大的工作量。
是计算机控制系统必不可少的组成部分。如果我们将这一过程逆过去，就是说计算机发出一个数字量，可以经过一系列的变化过程变成一个模拟量，这个模拟量就可以控制一定的设备（如电磁阀、继电器），也就是组成了一个计算机控制系统。可适当讲解液位控制系统，电磁阀原理和DCS系统。
当然，数据采集的优势不止这些，这些只是一些常见的。下面看一下数据采集系统的基本构成。
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3．RC电路充放电的基本原理
下面给大家简单介绍一下实验的原理：
（1）充放电过程实验原理
看一下电路图，当K打到1时，电容充电，由基尔霍夫定律得到电路方程：（可适当解释一下基尔霍夫定律，回路的电压代数和为零）

这是一个一阶线性方程，由初始条件和得
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从而得： 
电容C两端的电压
当打到2时，电容放电，同理，电路方程为：

这是一个一阶线性齐次方程，更好解，由初始条件，t=0时，得到

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对上式两边取对数得到：
上式说明，如果放电曲线lnUC(t)-t是一条直线，做lnUC(t)图线也是实验内容之一。
（2）充放电过程相关参数
时间常数τ：由上面的电压公式知，充放电过程的快慢是由的乘积大小决定的，通常将这个乘积称为电路的时间常数（time Constant）τ或弛豫时间，即：
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半衰期：在电容放电过程中，其电压衰减到初始值的一半（或充电过程中，电容电压上升到终值的一半）所需要的时间称为半衰期，一般用表示，由 得：
4．RC串联电路暂态过程实验系统演示
（1）软件演示
（2）注意的问题：读数一定按照软件提示去做。数据采集过程中不要停止。
5．注意事项
第 12 页
1．本实验所用数据采集器的最大输入电压为5V，因此输入电压不要超过5V。
2．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。
3．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。
4．实验时先打开数据采集器再启动实验软件，关闭时顺序则相反。
【板书内容】
RC串联电路暂态过程研究
第 13 页
1.计算机数据采集
2.实验原理
第 14 页
1．充电过程：
2．放电过程：
3．时间常数：τ=RC 半衰期T1/2=ln2τ=ln2RC
4．最小二乘法：
3.注意事项
1．输入电压不要超过5V。
2. 注意按正确的操作步骤操作软件，否则将导致运行错误。
3．注意数据采集器输入通道的正负极，切勿接反。
第 15 页
4．实验前将数据采集器输入通道的倍率旋钮打到合适的位置，提高测量精确。
【实验报告】
RC串联电路暂态过程研究
实验目的
1. 理解RC串联电路暂态过程中电压、电流的变化规律，加深对电容特性的认识。
2. 研究RC电路的暂态过程，理解电路时间常数τ和半衰期的物理意义。
第 16 页
3. 使用计算机数据采集方法快速采集RC电路瞬态信号，充分体会计算机数据采集技术应用于物理实验的优点。
实验原理
1.RC串联电路的暂态过程
电阻、电容和电感是组成电子器件的最基本单元。电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。通常理解，电容器是存储电荷的，给电容器充电，是使电容器的两极板上带等量的异号电荷。由于电荷的存在，在电容器内部将产生电场，从物理学的角度来看，电场具有能量，因此，给电容器充电的过程实际上是向电容器内充能量（电场能）的过程。由于能量的累计需要时间，所以充电过程也需要时间。同样道理，电容器中能量的释放也需要时间，也就是说电容器的放电过程也需要时间。由此可见，电容器在充放电过程中，其极板上的电荷不能突变。
rc串联电路的暂态过程想提高精度可以通过RC 串联电路的充放电过程 在由电阻 R 及电容 C 组成的直流串联电，希望对你有帮助
气球层流实验必须用黑胶布吗
气球层流实验必须用黑胶布的。
流体流动时的状态由于粘滞性有层流和湍流之分。液体质点作有条不紊的运动，彼此不相互混掺的形态称为层流。液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做湍流。这个实验用到一个大一点厚一点的气球(我用的18寸的超厚气球)，这样能装更多水，便于长时间观察。往气球内装满水，然后用PVC电工胶布贴出井字型，中间留个较小的区域，把气球放在凳子上，然后用尖刀把井字型胶布中间区域的气球扎破，就能看到水的层流现象，感觉水冻住了一般，停止了流动，仿佛时间静止。后面一个气球的实验中间一个孔失败了，成了湍流，不过正好和另外三个的层流形成了鲜明对比，更加直观一些了。
流体流动时的状态由于粘滞性有层流和湍流之分。液体质点作有条不紊的运动，彼此不相互混掺的形态称为层流。液体质点作不规则运动、互相混掺、轨迹曲折混乱的形态叫做湍流。这个实验用到一个大一点厚一点的气球(我用的18寸的超厚气球)，这样能装更多水，便于长时间观察。往气球内装满水，然后用PVC电工胶布贴出井字型，中间留个较小的区域，把气球放在凳子上，然后用尖刀把井字型胶布中间区域的气球扎破，就能看到水的层流现象，感觉水冻住了一般，停止了流动，仿佛时间静止。后面一个气球的实验中间一个孔失败了，成了湍流，不过正好和另外三个的层流形成了鲜明对比，更加直观一些了。
雷诺实验怎么提高实验精度
清理管壁。雷诺揭示了重要的流体流动机理，清理管壁提高实验精度，即根据流速的大小，流体有两种不同的形态。当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称为层流或滞流。
本文标题: 如何利用层流现象来提高实验精度
本文地址: http://www.lzmy123.com/jingdianwenzhang/303838.html
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