基于LabVIEW的物理量计算方法

【摘要】利用LabVIEW建立虚拟教学实验室，已成为很多高校实验实施方式的主流。本文主要介绍用LabVIEW计算物理量的方法，并通过实例加以说明。实践证明：虚拟实验室既能保证教学效果，又能减少投资，简化实验系统，具有一定的教学意义。

【关键词】LabVIEW;虚拟实验室;物理量

Abstract：Based on the LabVIEW software，virtual laboratory has become the mainstream in teaching experiment for many colleges and universities.This paper mainly introduces and exemplifies the calculation method of the physical quantities.it proved that virtual laboratory ensure a teaching effect，reduce investment，and simplify the experiment system，which has a certain significance of teaching.

Keywords：labVIEW;virtual laboratory;physical quantities

引言

物理实验是中学教育和大学教育中的一个重要环节。目前，在各大高校教学过程中，很多趋于成熟的实验往往过程简单，但所需仪器复杂。在经费紧张的情况下，各高校基本借用LabVIEW软件平台构建虚拟测控实验室，既能保证教学效果，又能减少投资，简化实验系统。在LabVIEW中，用于修饰前面板的控件位于控件模版中的修饰子模版中，它包括一系列线、箭头方形、圆形、三角形等形状的修饰模块，这些模块如同一些搭建美观的程序界面的积木，合理组织、搭配这些模块可以构造出绚丽的程序界面。目前，高校实验存在大量受力分析，比如加载杠杆的受力分析，测矩装置的受力分析等，这些受力情况我们都可以用LabVIEW的修饰子模版[1]来实现。

1.教学实验介绍

加载杠杆的扭矩计算[2]：扭矩等于力与此力到扭矩中心的距离，当把加载杠杆调置到水平状态时，它的扭矩就等于加载砝码产生的重力与加载杠杆长度的乘积加上加载杠杆本身重力所产生的扭矩，见公式（1）所示。

T2=G2 L2+T0                       （1）

其中，T2——水平位置时的总扭矩，N.m;

T0——杠杆本身重力产生的扭矩，N.m;

G2——加载砝码的重力，kg;

L2——加载杠杆长度，m。

2.教学实验的LabVIEW实现

图1就是用修饰子模版加载杠杆的受力示意图，如图1所示。

图1 加载杠杆受力图

用修饰子模版画的测矩装置受力如图2所示。

图2 测矩装置受力图前面板

在该试验当中，计算扭矩效率见公式（2）所示。

（2）

其中，η——扭矩效率，100%;η总——总效率，100%;P1，P2——功率分值，W;T1，T2——扭矩分值，N.m;由公式（2）可知，本来用功率计算效率转化为用扭矩计算效率。

由于此实验的主要部分是用公式来实现，因此我们用LabVIEW的强大的公式编辑能力来实现它。在这里我们用LabVIEW的Express Vis来实现实现程序的运算功能。从函数模版中的Arithmetic and Comparison（算术和比较）子模版中选取Formula Express VI，打开Configure Formula（配置公式）窗口，输入（G2*L2+T0）/（G1*L1+gl+G2*L2+T0），单击“确定”后关闭配置公式窗口，配置公式窗口如图3所示。

图3 配置公式窗口

我们取一组由实际实验所测得的数据，其中L=2.1cm;G1=1.5N;G2=30N。将这组数据从LabVIEW软件的前面板输入，在程序前面板中就会自动显示出运算结果。效率值为0.87447，即87.447%。该公式的前面板和LabVIEW程序框图分别如图4、图5所示：

图4 效率计算公式的前面板

图5 效率计算公式的程序框图

3.结束语

通过上述实例阐述，借助LabVIEW搭建虚拟的实验平台实现虚拟的实验，既简单易行，又通俗易懂，还节约了实验成本，这为更多较难实验的实现提供了一个行之有效的方法，具有一定的教学意义。

参考文献

[1]刘君华，郭会军，赵向阳，等.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003.

[2]叶伟国，等.大学物理[M].北京：清华大学出版社，2012.

作者简介：孙文文（1983—），女，陕西西安人，武汉理工大学华夏学院助教。