Электрондук талаа тегирмени: 8 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Сиз сенсордук өлчөө тиркемелеринин баарына көз каранды экенимди билсеңиз керек. Мен ар дайым жердин магнит талаасынын өзгөрүүсүн байкагым келген жана булуттар менен жер бетинин ортосунда болуп жаткан заряддарды бөлүү процесстери менен камсыздалган жердин электрдик талаасын өлчөө мени кызыктырган. Ачык асман, жамгыр же күн күркүрөө сыяктуу окуялар бизди курчап турган электр талаасына кескин таасирин тийгизет жана жаңы илимий ачылыштар ден соолугубуз курчап турган электр талааларына көз каранды экенин көрсөтүп турат.

Ошентип, мен өзүмдү статикалык электр талаалары үчүн ылайыктуу өлчөөчү түзүлүш кылгым келди. Буга чейин кеңири колдонулган электр талаа тегирмени деп аталган бир жакшы дизайн бар. Бул аппарат Электростатикалык индукция деп аталган эффектти колдонот. Бул дайыма өткөрүүчү материалды электр талаасына чыгарганда болот. Талаа материалдагы бош электрондорду тартат же кайтарат. Эгерде ал жерге (жер потенциалына) туташтырылган болсо, анда материалдын ичине же сыртына заряд ташуучулар агып жатат. Жерди ажыраткандан кийин, электр талаасы жоголуп кетсе дагы, материалда заряд калат. Бул зарядды вольтметр менен өлчөөгө болот. Бул болжол менен статикалык электр талааларын өлчөө принциби.

Бир нече жыл мурун мен интернеттен тапкан пландарга жана схемаларга ылайык талаа тегирменин кургам. Негизинен ал кандайдыр бир винти бар ротордон турат. Пропеллер - бул негизделген металл сегменттеринин эгиз топтому. Ротор электр менен жабылган жана ротор тарабынан ачылбаган индукциялык плиталардын топтомун айланат. Алар ачылган сайын, айланадагы электр талаасынын электростатикалык индукциясы заряд ташуучулардын агымын пайда кылат. Бул агым ротор кайра индукциялык плиталарды жапканда өзгөрөт. Сиз алган нерсе - бул аздыр -көптүр синусоидалык ток, анын амплитудасы өлчөнүүчү талаанын күчүн чагылдырат. Бул биринчи кемчилик. Сиз талаанын күчүн көрсөтүүчү статикалык чыңалууга ээ болбойсуз, бирок биринчиден оңдоп -түзөө керек болгон алмашуучу сигналдын амплитудасын алууңуз керек. Экинчи маселе ого бетер тажатат. Талаа тегирмени бузулбаган чөйрөдө абдан жакшы иштейт -айдын караңгы тарабында, сиз электр линиясынан жана алыскы чөйрөбүзгө кирген бардык электрдик тумандан алыс болгондо айтышат. Өзгөчө 50 Гц же 60 Гц электр линиялары каалаган сигналга түздөн -түз тоскоолдук кылат. Бул көйгөйдү чечүү үчүн талаа тегирмени 90 ° фазалык жылышуу менен ошол эле сигналды алган башка күчөткүчү бар индукциялык плиталардын экинчи топтомун колдонот. Кошумча иштөөчү күчөткүчтө эки сигнал тең бири -биринен алынып салынат. Алар фазадан чыгып калгандыктан, керектүү сигналдын калган бөлүгү калат жана эки сигналда тең болгон интерференция теориялык жактан жокко чыгарылат. Мунун канчалык жакшы иштээри эки өлчөө схемасындагы интерференциянын теңдигине, күчөткүчтүн CMRRине жана күчөткүч ашыкча айланганбы же жокпу деген суроого көз каранды. Кырдаалды ого бетер ыңгайсыз кылган нерсе, сиз кийлигишүүдөн арылуу үчүн жабдыктын көлөмүн болжол менен эки эсеге көбөйттүңүз.

Өткөн жылы мен өзүмдүн дизайным менен бул көйгөйдү чечүү идеясына ээ болдум. Бул механик боюнча бир аз көбүрөөк жумуш, бирок электроника боюнча жөнөкөй. Адаттагыдай эле, бул толук аппаратты этап -этабы менен деталдуу баскыч эмес. Мен сизге дизайнымдын иштөө принциптерин көрсөтөм жана сиз аны ар кандай жолдор менен өзгөртүп, өзүңүздүн муктаждыктарыңызга ылайыкташтыра аласыз. Аны кантип курууну көрсөткөндөн кийин, мен анын кантип иштээрин түшүндүрөм жана сизге биринчи өлчөөлөрүмдүн натыйжасын көрсөтөм.

Мен бул аппараттын идеясын алганда мен сөөктөрүм менен сыймыктанчумун, бирок билесиңер, текебердик кулоодон мурун. Ооба, бул менин жеке оюм болчу. Мен аны өз алдымча иштеп чыктым. Бирок ар дайым менин алдымда бирөө бар болчу. Конденсатор эффектисин колдонуу менен индукция жана күчөтүү аркылуу заряддарды бөлүү акыркы 150 жылдын ичинде дээрлик бардык электростатикалык генератордун дизайнында колдонулган. Ошентип, алсыз электростатикалык талааларды өлчөө үчүн бул түшүнүктөрдү колдонуу жөнүндө биринчи ойлогонума карабастан, менин дизайнымда өзгөчө эч нерсе жок. Мен дагы бир күнү атактуу болом деп үмүттөнөм.

1 -кадам: Материалдардын жана шаймандардын тизмеси

Төмөнкү тизмеде болжол менен сизге кайсы материалдар керек экени көрсөтүлгөн. Сиз аларды каалагандай өзгөртүп, ылайыкташтырсаңыз болот.

• 4 мм фанеранын барактары
• жыгач устундары 10х10 мм
• 8 мм алюминий түтүк
• 6 мм алюминий таяк
• 8 мм плексиглас таяк
• 120x160mm бир тараптуу жез жалатылган ПХБ
• жез же жез зым 0.2мм
• 0,2 мм жез барактан жасалган кесим
• solder
• клей
• 3 мм бурамалар жана гайкалар
• 4 мм сыноо розеткасы
• өткөргүч резина түтүк (Ички диаметри 2мм) Мен өзүмдүн амазонкадан алдым
• Схемага ылайык электрондук бөлүктөр (жүктөө бөлүмү)
• А 68nF айыптоо үчүн коллектор катары styroflex конденсатор. Сиз бул маанини кеңири түрдө өзгөртө аласыз.
• 6V DC үчүн капстан мотору. Булар өзгөчө диск ойноткучтар жана магнитофондор үчүн иштелип чыккан моторлор. Алардын ылдамдыгы жөнгө салынат! Сиз аларды Ebayден таба аласыз.
• 6V/1A электр булагы.

Бул сизге керектүү куралдар

• Кандооч
• Сиздин компьютериңизде/ноутбугуңузда Arduino өнүктүрүү чөйрөсү
• USB-Aдан B кабели
• файл же андан жакшы токарь
• электр бургу
• кичинекей ызы -чуу же кол ара
• пинцет
• зым кескич

2 -кадам: Механика жасоо

Биринчи сүрөттө сиз көрө аласыз бүт дизайн фанера 210mm x 140mm өлчөмүндөгү эки баракка негизделген. Алар бири -биринин үстүнө орнотулган, аларды 50 мм аралыкта кармаган 4 даана жыгач устун менен туташкан. Эки барактын ортосунда мотор менен зым камтылган. Мотор жогорку фанера барагы аркылуу тешилген 3 мм эки тешикке орнотулган эки М3 бурамасы менен орнотулган. ПХБ материалынын барагы айланадагы электр талаасына каршы калкан болуп иштеп жатат. Ал фанеранын үстүңкү бетинен 85 мм бийиктикте орнотулган жана анын ички чети мотор шахтасынын тегерегинде эле бүтөт.

Бул аппараттын негизги компоненти диск болуп саналат. Анын диаметри 110 мм жана бир жактуу капталган ПХД материалынан жасалган. Мен тегирменди колдонуп, ПХБнын тегерек дискин кесип алдым. Мен ошондой эле тегирменди колдонуп, жез каптоону электр менен жылууланган төрт сегментке бөлдүм. Дисктин ортосуна мотор шахтасы өтүүчү шакекти кесүү да абдан маанилүү. Болбосо, ал сегменттерди электрдик негизге түшүрмөк! Менин токардык станогумда мен 6 мм алюминий таяктын кичинекей бөлүгүн кесип алам, анын түбүндө 3 мм тешик бар, ал жерде тик бурчтуу 2, 5 мм тешиктер бар, алар M3 жиптерин кесип салышат. дисктин ортоңку тешигине туура келет. Андан кийин адаптер дисктин түбүнө супер-чапталган. Андан кийин дискти мотордун валына бурап коюшу мүмкүн.

Андан кийин дагы бир маанилүү компонентти көрөсүз. 0, 2мм жез барактан жасалган дисктеги көлөмдөгү сегмент Бул сегмент фанеранын эки барагына орнотулган. Диск орнотулганда, бул сегмент айлануучу дисктин астында абдан тар. аралык 1 ммдей эле. Бул аралыкты мүмкүн болушунча кичине кармоо маанилүү!

Кийинки маанилүү нерселер-жердин муруту жана төлөмдү алуу. Экөө тең алюминий түтүктөн жана бардыгын бириктирүү үчүн жиптери кесилген таяктардан жасалган. Бул жерде сиз каалаган вариацияны жасай аласыз. Сизге дисктин үстүнөн өткөрүүчү нерсе керек. Мурут үчүн мен көптөгөн материалдарды сынап көрдүм. Алардын көбү бир аздан кийин диск сегменттерине зыян келтиришкен. Акыры мен электростатикалык приборлор жөнүндө китептен кеңеш таптым. Өткөргүч резина түтүктөрдү колдонуңуз! Бул жез каптоону бузбайт жана эскирет …

Жердин мурутчасы бир жерге жайгаштырылган, ал жердин табагын ача баштаганда, анын астындагы диск сегментине байланышын жоготот. Заряд алуучу жер плитасынан максималдуу алыстыкта болгондо сегментти ортого алып тургандай жайгаштырылган. Заряддын алынышы плексигласс таякчасына орнотулганын караңыз. Бул маанилүү, анткени бул жерде жакшы жылуулоо керек. Болбосо, биз айыптарды жоготуп алабыз!

Андан кийин 4мм сыноочу розетканын жыйындын "подвалына" коюлганын көрөсүз. Мен бул байланышты камсыз кылдым, анткени мага чыныгы "жер" байланышы керекпи же жокпу билбедим. Кадимки шарттарда биз ушунчалык төмөн агымдар менен күрөшүп жатабыз, ошентсе да ички негизибиз бар. Бирок, балким, келечекте бизге керек болгон жерде тестирлөө болот, ким билет?

3 -кадам: Кабелдик

Эми сиз туура иштеши үчүн бардыгын электр менен туташтырышыңыз керек. Жез зым менен ширетүүнү төмөнкү бөлүктөрдү бирге колдонуңуз.

• 4мм сыноочу сайгыч
• Жердин муруту
• Калкан
• заряддын бир зымы жыйноочу конденсатор

Конденсатордун 2-зымын зарядга алып кетиңиз.

4 -кадам: Электрониканы жасоо

Электрондук компоненттерди перформаттын бир бөлүгүнө жайгаштыруу үчүн схеманы аткарыңыз. Мен Arduino Uno менен туташуу үчүн тактайдын четине пин баштарын ширеттим. Район өтө жөнөкөй. Топтолгон заряд конденсатордон алынат жана сигналды 100гө көбөйткөн жогорку импеданс күчөткүчкө берилет. Сигнал аз өткөрүлөт жана андан кийин ардуинонун аналогдук-санариптик которгучтарынын бир киришине багытталат. MOSFET Arduino үчүн диск моторун күйгүзүү/өчүрүү үчүн колдонулат.

Механикалык жамааттын жерин R1/R2/C1/C2 кездешүүчү электрондук схеманын виртуалдык жерине туташтыруу абдан маанилүү! Бул ошондой эле заряд чогултуучу конденсатордун негизи. Сиз муну ушул бөлүмдөгү акыркы сүрөттөн көрө аласыз,

5 -кадам: Программалык камсыздоо

Программалык камсыздоо жөнүндө айта турган көп нерсе жок. Бул абдан так жазылган. Колдонмо туура конфигурациялоо үчүн кээ бир буйруктарды билет. Эгерде сиз системаңызда Arduino IDE орнотулган болсоңуз, анда arduino кире аласыз, анткени сизге виртуалдык компорт драйверлери керек. Андан кийин USB кабелин arduino менен ПК/ноутбукка туташтырыңыз жана HTerm сыяктуу терминалдык программаны колдонуп, ардуинону 9600 бод менен эмуляцияланган компорт аркылуу туташтырыңыз, паритети жок жана 1 stopbit жана CR-LF киргизиңиз.

• "setdate dd-mm-yy" arduino менен туташкан RTC-модулунун күнүн белгилейт
• "settime hh: mm: ss" arduino менен туташкан RTC-модулунун убактысын белгилейт
• "getdate" күнү жана убактысын басып чыгарат
• "setintervall 10… 3600" Тандоо интервалын секундада 10с менен 1саатка чейин орнотот
• "баштоо" алдыдагы толук мүнөткө шайкештирилгенден кийин өлчөө сеансын баштайт
• "синхрондоштуруу" дал ушундай кылат, бирок алдыдагы толук саатты күтөт
• "токтоо" өлчөө сеансын токтотот

"Старт" же "синхрондоштурууну" алгандан кийин жана синхрондоштуруу иштерин аткаргандан кийин, колдонмо биринчи жолу нөл-чекит же бир жактуу экенин көрүү үчүн үлгү алат. Андан кийин ал моторду иштетет жана айлануу стабилдүүлүгүн 8 сек күтөт. Андан кийин үлгү алынат. Жалпысынан каталарды болтурбоо үчүн акыркы 10 үлгүдөгү үлгүлөрдү үзгүлтүксүз орточо алган программалык орточо алгоритм бар. Мурда алынган нөлдүк маани азыр өлчөөдөн алынып салынат жана натыйжа өлчөөнүн датасы жана убактысы менен бирге компортко жөнөтүлөт. Өлчөө сессиясынын мисалы мындай көрүнөт:

03-10-18 11:00:08 -99

03-10-18 11:10:08 -95

03-10-18 11:20:08 -94

03-10-18 11:30:08 -102

03-10-18 11:40:08 -103

03-10-18 11:50:08 -101

03-10-18 12:00:08 -101

Ошентип, өлчөөлөр электр агымынын мейкиндик багытына жараша оң рудалуу терс болушу мүмкүн болгон цифралар менен өлчөнгөн нөлдөн четтөө катары көрсөтүлөт. Албетте, мен датаны, убакытты жана өлчөө баалуулуктарын графаларга форматтоону чечкенимдин себеби бар. Бул атактуу "gnuplot" программасы менен маалыматтарды элестетүү үчүн эң сонун формат!

6 -кадам: Бул кантип иштейт

Мен жаңы эле бул аппараттын иштөө принциби электростатикалык индукция экенин айттым. Ошентип, ал кантип майда -чүйдөсүнө чейин иштейт? Келгиле, дисктеги сегменттердин бири болмокпуз. Биз туруктуу ылдамдыкта айланып, айланадагы электрдик талаанын таасирине кабылып, кайра калкан коргоосу астында агымдан жашынып жатабыз. Элестетсеңиз, биз чындап көлөкөдөн талаага чыгабыз. Биз жер кыртышынын мурутчусу менен байланышмакпыз. Электр талаасы биздин эркин электрондорубузга таасир этип, талаа аларды артка кайтарат деп айтууга мүмкүндүк берет. Биз негизделгендиктен, бизден бир топ электрондар качып кетет жана жер бетинде жок болот.

Жерди жоготуу

Азыр, дисктин бурулушу бир убакта уланып жатканда, биз жердин мурутуна байланышты жоготуп алмакпыз. Эми бизден эч кандай айып качып кутула албайт, бирок буга чейин кеткен айыптар үчүн кайра жол жабык. Ошентип биз электрондордун жетишсиздигинен артта калдык. Кааласак же каалабасак, азыр бизден төлөм алынат! Ал эми биздин заряд электр агымынын күчүнө пропорционалдуу.

Бизде канча төлөм бар?

Убакыттын ичинде биз электр талаасына түшүп калдык, кээ бир электрондорду жоготтук. Канча жоготтук? Ооба, биз жоготкон ар бир электрон менен биздин заряд жогорулады. Бул заряд биз менен жердин ортосунда өзүнчө көтөрүлүүчү электр талаасын пайда кылат. Бул талаа индукцияны жараткан чөйрөгө карама -каршы келет. Ошентип, электрондордун жоголушу эки талаа бирдей болгончо уланат жана бири -бирин жокко чыгарат! Жер менен байланышыбыз үзүлгөндөн кийин, биз дагы эле жерге потенциалдуу негизделген табакка каршы өз электр талаабызга ээбиз. Билесизби, биз ортосунда электр талаасы бар эки өткөргүч плитаны кантип атайбыз? Бул конденсатор! Биз заряддалган конденсатордун бир бөлүгүбүз.

Биз азыр конденсаторбуз!

Конденсатордогу заряд менен чыңалуунун ортосундагы байланышты билесизби? Сизге айтып коёюн, бул U = Q/C, бул жерде U чыңалуу, Q - заряд жана С сыйымдуулук. Конденсатордун сыйымдуулугу анын плиталарынын алыстыгына тескери пропорционалдуу! Бул аралык канчалык кең болсо, сыйымдуулугу ошончолук төмөн болот. Эми жерге тийбей дөңгөлөктү күйгүзө берсек эмне болот? Жер плитасына чейинки аралыкты көбөйтүп жатабыз. Биз муну кылып жатканда, биздин дараметибиз кескин төмөндөйт. Эми кайра U = Q/C карап көрүңүз. Эгерде Q туруктуу жана С төмөндөп жатса, эмне болот? Ооба, чыңалуу жогорулап жатат! Бул жөн эле механикалык каражаттарды колдонуу менен чыңалууну күчөтүүнүн абдан акылдуу жолу. Бул жерде сизге оперативдүү күчөткүч, ызы чуу жана статистикалык эсептөө кереги жок. Бул жөн эле акылдуу жана жөнөкөй физика, биздин сигналды электроника менен иштетүү кызыксыз болуп кала турган деңгээлге көтөрөт. Бул аппараттын бардык акылдуулугу электростатикалык индукцияга жана конденсатор эффектине таянат!

Ал эмнени билдирет?

Бирок биз так ушундай жол менен эмнени өстүк? Бизде азыр электрондор көппү? Жок! Бизде дагы кошумча төлөм барбы? Жок! Биз күчөткөн нерсе - бул электрондордун ЭНЕРГИЯСЫ жана бул бизге жөнөкөй электрондук схемаларды колдонууга жана азыраак чыпкалоого мүмкүнчүлүк берет. Эми биз траекториябыздын афелине жеттик жана акыры заряд алуу биздин энергияланган электрондорубузду алат жана аларды заряд жыйноочу конденсаторго чогултат.

Интерференцияга каршы иммунитет

Видеого көз чаптырсаңыз, менин үйүмдөгү адаттагыдай кийлигишүүгө карабастан, түзмөктүн чыгуу сигналы туруктуу жана дээрлик ызы -чуусуз экенин көрөсүз. Бул кандайча мүмкүн? Менин оюмча, бул сигнал жана кийлигишүү классикалык талаа тегирмениндегидей күчөткүчкө чейин өзүнчө кетпейт. Менин дизайнымда интерференция жерге туташуу жоголгон учурдан тартып чогултулган зарядга таасир этет. Бул ар бир үлгү кандайдыр бир жол менен кийлигишүүдөн жабыркайт дегенди билдирет. Бирок бул интерференция симметриялуу болгондо DC компоненти жок болгондуктан, интерференциянын натыйжасы дайыма заряд коллекторунун конденсаторунда орточо эсеп менен чыгат. Жеткиликтүү диск бурулгандан кийин жана заряд жыйноочуга берилген үлгүлөр кийлигишүүнүн орточо нөлүнө барабар. Менимче, бул амал!

7 -кадам: Тестирлөө

Бир аз тестирлөөдөн кийин, мүчүлүштүктөрдү оңдоо жана өркүндөтүү, талаа тегирменин эски win-xp блокнотум менен бирге чердакка орнотуп, болжол менен бир күндө тестирлөөнү жүргүздү. Натыйжалар gnuplot менен визуалдаштырылган. Тиркелген "e-field-data.dat" маалымат файлын жана "e-field.gp" gnuplot конфигурация файлын караңыз. Жыйынтыктарды көрүү үчүн жөн гана gnuplotту максаттуу тутумуңузга киргизиңиз жана "e-field.gp" жүктөөсүн киргизиңиз.

Жыйынтыгын көрсөткөн сүрөттү караңыз. Бул абдан кызыктуу. Мен өлчөөнү 2018-10-03-жылы аба ырайы жакшы жана көк асман болгондо баштадым. Электр талаасы абдан күчтүү жана терс болгонун караңыз, биз кам көрүшүбүз керек, анткени учурда "терс" жана "оң" дегендер негиздүү эмес. Чыныгы физикага шайкеш келүү үчүн бизге түзмөгүбүздү калибрлөө керек. Бирок, баары бир, өлчөө циклдеринде талаанын күчү аба ырайы бузула баштаганы менен төмөндөп, булуттуу жана жамгырлуу болуп калганын көрө аласыз. Мен бул ачылыштарга таң калдым, бирок булардын физика менен байланышы бар -жогун текшеришим керек.

Эми кезек сизде. Барыңыз жана өзүңүздүн электр талаа тегирменин жасап, планетабыздын сырларын өз алдынча издеңиз! Көңүл ачуу!

8 -кадам: маалыматтарды чогултуу жана чечмелөө

Азыр баары (үмүт менен) жакшы иштеп жаткандыктан, кээ бир маалыматтарды чогултуу керек. Мен талаа тегирмени үчүн туруктуу жерди колдонууну сунуштайм. Болбосо маалыматтарды салыштыруу кыйын болмок. Жергиликтүү талаа параметрлери бир жерден башка жерге көп өзгөрүшү мүмкүн. Мен тегирменди конфигурацияладым, ал саат сайын бир өлчөө маанисин алат. Мен тегирменди 3 айга жакын иштеттим. Эгерде сиз 2018 -жылдын ноябрь, 2018 -жылдын декабрь жана 2019 -жылдын январь айларынын маалыматтарын чагылдырган графиктерди карасаңыз, анда сиз укмуштуудай ачылыштарды көрөсүз.

Биринчиден, ноябрь айындагы талаанын күчү позитивдүү болгонун, айдын аягында терске айланып кеткенин көрө аласыз. Ошентип, аба ырайына жараша жалпы нерсе өзгөргөн болушу керек. Балким, температуранын акылга сыярлык төмөндөшү болгон. Анан орточо сигнал өлчөө циклинин аягына чейин терс бойдон калат. Экинчи нерсе, сигналдын графигинде бир нече мүнөткө созулган тез талаа өзгөрүүлөрүн көрсөткөн бир нече чукулдар бар. Буга атмосферанын өзгөрүшү жооптуу деп ойлобойм. Ал тургай, жергиликтүү аба ырайы газдын чоң массаларын жана кошулган иондорду камтыйт. Ошондой эле булуттар менен жамгыр же кар адатта бир нече мүнөттүн ичинде өзгөрбөйт. Ошентип, мен ойлогом, бул күтүүсүз өзгөрүүлөргө техногендик таасир эткен болушу мүмкүн. Бирок муну түшүндүрүү да кыйын. Бардык электр чубалгылары AC чыңалуусун камсыздайт. Бул байкалган DC өзгөрүүлөрүн эсепке албайт. Менин квартирамдын алдындагы көчөнүн асфальтында өтүп бараткан машиналар электр заряддоо процесстери болушу мүмкүн деп ойлоп жатам. Шамал көтөргөн чаңдан жана менин үйүмдүн бетине тийүүдөн келип чыккан заряд процесстери да ойлондурарлык.