RC电路暂态过程研究_实验报告.doc

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1、RC串联电路暂态过程研究教学资料物理实验教学中心-16-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

2、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？l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。l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。l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

3、统成为数据采集系统。对数据采集的解释：Ø被测对象可以是各种模拟量，如温度、压力、流量、位移等。Ø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）。Ø数据处理方法包括信号调理（放大、滤波等）、采样、量化、编码等。Ø控制器可以是PC，PLC，MCU等。这些内容稍后将做详细介绍。-16-（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

4、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）l传感器的作用与信号预处理（流压变换，放大，滤波）l数据采集卡（器）的作用l多路模拟开关的作用，A/D转换作用（重点讲），MCU的作用l接口电路的作用，如USB，RS232l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

5、为什么还要利用数据采集技术呢？数据采集的优势在：Ø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。Ø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。Ø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。Ø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

6、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：-16-（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)

7、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（timeConstant）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-16-（2）注意的问题：①读数一定按照软件提示去做。②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

8、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