利用乐高NXT机器人创建自动控制水温实验平台

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利用乐高NXT机器人创建自动控制水温实验平台

作者：付曦东 龙庄 鲁瑛

来源：《科技与创新》2016年第23期

摘 要：乐高NXT机器人作为一种相当优秀的实验平台，能对将多种资源进行整合，满足实验要求。就如何利用乐高NXT机器人创建自动控制水温实验平台的实验目标、实验步骤、软件运行等进行了介绍。

关键词：温度控制；机器人；传感器；图形化编程

中图分类号：TP242 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.127

乐高NXT机器人可以将信息、机械、电子、传感器等多学科知识整合，帮助我们实现难度大的创新实验。

许多化学、生物方面的研究中都涉及水温精确控制问题，比如化肥过磷酸钙中有效磷的提取测定，细菌、真菌的液体培养等。以下就利用NXT乐高机器人的功能，在精确控制水温方面进行探讨。 1 实验目标

控制水温在25±0.1 ℃，并需要对装有提取剂的三角瓶进行30 min振荡；调整水温精确控制在30±0.1 ℃、35±0.1 ℃、40±0.1 ℃、45±0.1 ℃等；绘制出温度曲线。 2 实验设备及准备

制作简易隔热式水浴恒温箱，装载自动控制水温平台，以微型振荡器（尺寸为210 mm×160 mm×110 mm）带动。恒温箱内装有2 L的水（25℃），水中架子上放有提取剂和提取物的三角瓶；乐高温度传感器固定在箱内，以数据线连接到乐高NXT主机。

恒温箱用聚苯乙烯泡沫塑料泡沫来制作，尺寸为286 mm×166 mm×186 mm，厚度为20 mm，内涂有防水涂料。实验时盖子要盖严实，以防与空气热量交换过多。聚苯乙烯泡沫恒温箱的导热系数一般小于0.05 W/（m·℃），因此，水、空气分别与聚苯乙烯泡沫的热交换量很少。如果恒温箱不盖盖子（假设水温与室温相差10 ℃），则常温下空气与水表面的的换热基本为自然对流，对流换热系数为5～10 W/（m2·K），而水与空气接触的面积约为0.045 m2，由此可以计算出20 s热交换最多为90 J。而2 L水每次升降温0.1 ℃的热量交换约为840 J。因此，恒温箱盖好盖子计算温差较大时，也不必考虑水与空气的热交换。