基于CompactDAQ的多通道温度测量实验及COMSOL模拟

方奕忠 沈 韩 崔新图 白爱毓 黄臻成 廖德驹 冯饶慧

(1中山大学物理学院;2物理学国家级实验教学示范中心(中山大学),广东 广州 510275)

虚拟仿真实验教学是当前物理实验教学改革的一个重要方向[1],虚拟实验和实物实验相结合的教学模式可以将理论物理、实验物理和计算物理的研究方法和理念在实验课程中融合,有效促进学生实验研究能力、创新能力和对物理知识应用能力的培养。中山大学物理实验教学中心在基础物理实验课程的力学、热学、电磁学、光学等内容分支中设置了若干虚实结合的实验模块,取得了较好的教学效果。本文将详细介绍虚实结合的热学实验模块,涉及Lab VIEW 编程、多通道数据采集系统设计、COMSOL 模拟、数学物理方程的热传导方程等教学内容。

实验模块的基本内容分为两个部分,第一部分要求学生采用四个不同阻值的薄膜电阻串联,包裹保温材料。学生自制热电偶,将测温点用导热硅胶黏贴在电阻侧表面的中间位置,串联电阻通电流升温。学生利用NICompact DAQ 机箱和NIC系列热电偶模块,基于Lab VIEW 编制多通道温度数据采集系统,测量四个电阻表面温度随时间的变化关系曲线。第二部分实验要求学生构建包裹保温材料情况下的薄膜电阻加热模型,并利用COMSOL多物理场仿真软件的固体传热模块进行模拟[2],要求调整仿真模型和仿真参数,使得仿真结果与实验结果尽可能一致,在此过程中深入学习热传导方程的相关知识。通过这种实验安排可将理论、实验和计算三种物理学的研究方法有机融合。……