Mixly開源項目設計10：用自制多量程歐姆表測量電位器的電阻

賀凱強

回顧歐姆表的制作過程，筆者先將Mixly編程與Arduino結合，制作了0～10KΩ的歐姆表。但經過測試，筆者發現0～1KΩ的電阻測量誤差較大。于是經過進一步改進，增加歐姆表0～1KΩ的量程。這樣，既增強了精確性，又使得歐姆表從單量程變為多量程。不斷優化歐姆表的目的是讓其盡可能接近真實歐姆表，并成為一件既有趣又具有實用價值的測量工具。本文將使用自制歐姆表探究電位器的電阻變化，并試圖用萬用表驗證自制歐姆表的精確性。

制作

電位器，也被稱為電位計，是一種可以改變阻值的電子元件，其阻值的最大值一般會標到外殼上（如圖1）。電位器主要由轉動軸、金屬腿、碳環等幾部分組成。碳環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。電位器的轉動軸通過旋轉改變碳環接觸點的位置，使電阻值發生變化。電位器的金屬腿有三根，將中間位置和任意一側的金屬腿接入電路，即可通過旋轉旋鈕來調節電位器的阻值。

改裝

接下來，筆者用自制的歐姆表與電位器連接，測量電位器的阻值變化。將歐姆表的紅表筆與電位器左側的金屬腿連接，黑表筆與電位器中間的金屬腿連接。旋轉旋鈕，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的金屬腿，會發生什么變化？如果紅黑表筆分別連接電位器左側和右側的金屬腿，又會發生什么變化？圖2所示是測量電位器電阻變化的三種連接方式。

玩轉

首先，將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器左側和中間的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉到最終位置。在這一過程中，用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值，同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性，測量結果如下頁表1所示。

其次，將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器右側和中間的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉到最終位置。在這一過程中，用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值，同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性，測量結果如表2所示。

最后，將歐姆表的紅黑表筆分別與電位器左側和右側的金屬腿連接。電位器的旋鈕從起始位置順時針旋轉到最終位置。在這一過程中，用自制歐姆表依次測量4個隨機電阻值，同時用萬用表再次測量以驗證自制歐姆表的精確性，測量結果如表3所示。

通過分析測量結果可以發現：將電位器中間和任意一側金屬腿接入電路中，旋轉旋鈕，電阻才會發生變化。第一次電阻值從小到大變化，第二次電阻值從大到小變化。將電位器左側和右側金屬腿接入電路中，電位器變成定值電阻，阻值接近10KΩ。

如果對比分析萬用表與自制歐姆表的數據，會發現自制歐姆表的誤差多數在10%左右，有的甚至可以達到5%以下。可見自制歐姆表的精確性比較高，但仍有改進的空間。

分享

通過這個實驗，我們既了解到電位器的工作原理與變化規律，又驗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，可以作為制作個性化測量工具的范例。以此為例，可以制作個性化的電壓表、電流表、萬用表、溫度計、濕度計等多種測量工具。這將極大地豐富創客空間的建設，也充實了創客課程的內容。以此為例，還可以讓學生多體驗工程設計的一般過程，體會作為一名生產者的樂趣，開發自身潛在的創造力。以此為例，希望能有更多的創客和創客教育者加入此列，共同營造活潑、和諧的創客文化！

本案例的分享視頻將會在以下公眾號中陸續登載。