1、1实验二十九虚拟仪器在物理实验中的应用目的要求1、了解虚拟仪器的概念；2、了解图形化编程语言LabVIEW，学习简单的LabVIEW编程；3、完成伏安法测电阻的虚拟仪器设计。仪器用具计算机(含操作系统)，LabVIEW软件，数据采集卡，电阻箱(用作标准电阻)，导线，开关，待测电阻，二极管。实验原理虚拟仪器的硬件系统由PC机和数据采集卡(DAQ卡)组成。数据采集卡(DAQ卡)包括多路开关、放大器、采样/保持器、A/D转换器以及其他有关电路组成。这些部分共同配合完成对信号数据的采集、放大以及模/数转换任务。本实验中利用接口卡的一个通道为整个测量电路供电，利用两个输人通道分别测量总电压和标准电阻上的
2、电压；利用测量得到的电压数值和标准电阻数值就可以得到电路中的电流以及待测电阻上的电压。在程2序控制下，电路电压由0V开始逐渐增加到5V，电压每改变一次测量获得一组电压电流值，最后得到一个数组，经过线性拟合后就可以得到待测电阻值。测量原理如图：实验内容1、初步熟悉LabVIEW整个软件分为前面板和程序框图两部分。前面板可以加入开关，旋钮各种控件和各种显示元件；在前面板添加的元件相应的子端和图标会出现在程序框图上，可以在程序框图进实验编辑，另外，在程序框图内还有可控选择的大量函数模块以及各种实现程序的功能，例如循环，数字运算，比较，以及各种公式等。32、创建一个模拟温度测量程序前面板：开关（用于控
3、制显示摄氏度/华氏度），温度计，温度值程序框图：放入Demo Voltage Read 子程序，设计用开关切换摄氏/华氏度的逻辑程序，使温度计和温度值按需显示。3、用虚拟仪器测量伏安特性（1）编写程序前面板：放入一个用于设置设备号的控制数、一个设定标准电阻值的控制数、一个用于设定测量间隔的控制数和一个显示测量电阻值的显示数。放人三个控制字符串，将名字分别改成“供电电压通道”、“测量总电压通道”、“测量电流通道”，分别用于设置输出输人的通道。放上一个Express XY Graph，将名字改成“电阻的伏安曲线图”，并将纵坐标和横坐标分别改成“电压(V)”和“电流(A)”；加人一个二维数组，把名字
4、改成“数据”，用于显示测量的电压和电流。放人一个开关，用于控制程序进程。程序框图：4设计一个循环程序，让程序不断改变电压，每次改变0.25V测20组电流电压数据，每次改变之后都使程序等待1s后测量，测量20组后循环停止，并画出电阻的伏安特性曲线图，计算出电阻R（斜率）。（2）连接接口卡和外部电路；（3）运行程序，记录结果，保存并退出。思考与讨论1、虚拟仪器与传统仪器有什么区别？传统仪器：数据显示形式单一，数据处理功能比较简单，不容易按需改装，不能共享数据，自动化程度低；虚拟仪器：基于计算机的自动化测试仪器系统；功能灵活多变，易于扩展，还可与外界通讯，实现远程操作。52、虚拟仪器的出现对于测量仪
5、器的发展有什么影响？对于仪器使用者来说意味着什么？虚拟仪器无疑是测量仪器在现代的重要发展，是实现远程操作，自动化测量的重要手段。对于仪器的使用者来说，虚拟仪器意味着测量手段的多元化，自动化，还可远程操作。必然会使测量更为简单，方便，实现更多功能。其实，从本质上讲，物理量的测量与虚拟仪器是无关的，它改变的只是操作和读取结果两部分。“测量仪器发展”主要还是如何通过特定物理更高精度地得到所需物理量，这不是虚拟仪器可以解决的。但是虚拟仪器有着强大的数据处理和计算功能，使得许多测量和处理操作一体化，且不受实验者主观观察的影响，使测量更加方便准确。但是，对仪器使用者来说，可以直接按需要来设计定义虚拟仪器的
6、面板以及测试功能。使用时，只需要使用鼠标和键盘就可完成对测量的控制和数据分析。仪器使用者可以根据实际需要自行设计仪器，体现了“软件就是仪器”的新概念。这大大提高了测量效率，减少了使用者的工作量，提高了测量的准确性。63、虚拟仪器软件开发环境有哪些类型？什么是G语言？虚拟仪器软件开发平台一类是通用的可视化软件编程环境，如VC+、VB；另一类是专用于虚拟仪器开发的软件编程环境，如LabVIEW。G语言即Graphic Language，用图标代替元素，用连线代替关系，使编程与日常经验十分贴近而直观易懂。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它可以增强构建自己的科学和工程系统的
7、能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。4、你对虚拟仪器在物理实验中的应用有何设想？结合具体的实验给出一个简单的思路。可以用虚拟仪器做成一个光学信息处理技术的“4F”系统，在傅里叶面上加上各种不同光栅，观察其成像。5、为什么不直接测量待测电阻上的电压？传感器测出的是测量点相对于大地的电位差，不能直接测量任意两点间的电位差。在实验中，我们直接测量了标准电阻上的电压，即得到了电流，而待测电阻上电压是间接测量的；如果交换两个电阻，直接测7量待测电阻上的电压，则电流值的获得依然要靠间接测量的标准电阻上电压，所以我们需要每一
8、个电阻上的分压。由于传感器只能测量某点对地的电位，所以总有一个电阻上的电压值需要间接测量。6、使用虚拟仪器系统进行测量时，仪器误差如何考虑？应考虑虚拟仪器引起的误差和所使用传统仪器引起的误差。虚拟仪器引起的误差来自两个方面，一方面是传感器的精度和误差；另一方面是测量仪器（类似于电压表）的分流。读数精度在此实验中已经非常高，而分流主要是DAQ卡的性能、导线的电阻产生的。所使用传统仪器引起的误差也来自两个方面，一方面是标准电阻的标称值存在误差；另一方面是由于温度等环境参数的改变，而引起的电阻值的变化。环境参数的改变可能来自于环境本身的变化，例如到日落时气温降低；也可能来自于测量过程，例如长时间地通电测量引起的电阻发热。
