Билим берүү максаттары үчүн жөнөкөй басым өлчөөчү аппарат: 4 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Төмөндө сиз басым өлчөө менен ойноо үчүн абдан жөнөкөй жана оңой түзүлүштү куруу боюнча көрсөтмөлөрдү таба аласыз. Бул газ мыйзамдары боюнча мектептерде же STEM менен байланышкан башка долбоорлордо колдонулушу мүмкүн, бирок күчтү же салмакты өлчөө үчүн башка түзмөктөргө интеграцияланышы мүмкүн. Бул күндөрдө басымдын өлчөөсү үчүн көп сандагы сенсордук сыныктар бар болсо да, мен бул сенсорлор менен ойноп, аларды билим берүү максатында колдонуу үчүн жөнөкөй жана арзан түзмөктү жоготуп койгом. шприцтин ичинде. Бузуу шприцтин чыгуучу жеринен өтүүчү кабелдердин топтому аркылуу микроконтроллерге туташтырылган. Шприцтин чыгышы ысык желимди же башка ыкманы колдонуп герметикалык түрдө мөөрлөнөт, натыйжада шприцтин ичинде абанын белгилүү бир көлөмү камалып калат. Шприцтин поршени жылганда, көлөмү жана басымы өзгөрөт. Өлчөмдөр Arduino IDEнин сериялык мониторун же сериялык плоттерин колдонуп реалдуу убакытта көрсөтүлүшү мүмкүн.

1 -кадам: Колдонулган материалдар

150 же 250 мл пластикалык катетер шприци - интернет аркылуу же сизге жакын жайгашкан аппараттык же бакча дүкөнүндө бир нече долларга же еврого. Басымдын сенсорунун үзүлүшү - мен Banggoodда сатып алган арзан BMP280 (температура жана басым) сенсорун колдондум. Бул ар бири 2 доллардан аз болгон 3В деңгээлдеги алмаштыргыч. Өлчөө диапазону 650 жана 1580 hPa. Кабелдер жана нан тактасынын ортосунда: Мен узундукка секирүүчү кабелдерди колдонуп, нанды такта менен туташтырдым. Кабелдер жок дегенде шприцке окшош болушу керек, антпесе кабелдерди туташтыруу абдан кыйын. Эки багыттуу 5 -> 3 V деңгээлди алмаштыруучу: жогоруда аталган сенсорду Arduino менен туташтыруу үчүн талап кылынат. Эгер сенсор жарылып кетсе, талап кылынбайт, мис. Adafruit версиясы катары, бортунда буга чейин ишке ашырылган же сиздин микроконтроллериңиз 3V логикасы менен иштейт. Микроконтроллер: Мен Arduino Uno, MonkMakesDuino версиясын колдондум, бирок ар кандай Arduino шайкеш иштеши керек. Micro: bit да Adafruitтин бул көрсөтмөлөрүн аткарсаңыз иштейт. Бул туурасында кененирээк өзүнчө көрсөтмөдө талкууланат.

Шприцтин кармагычы кээ бир колдонмолор үчүн пайдалуу болушу мүмкүн, бирок зарыл эмес. Arduino IDE.

2 -кадам: Ассамблея жана колдонуу

Нан тактаңыздын бардык бөлүктөрүн орнотуңуз. Керек болсо микроконтроллерди жана деңгээлди алмаштырууну туташтырыңыз. Керек болсо, панелдеги электр рельстеринин бирин 5В, экинчисин 3В деп аныктап, аларды микроконтроллердин 5V, 3V жана жер порттору менен туташтырыңыз, андан кийин деңгээл которгучтун 3V, 5V жана GND портторун туташтырыңыз. Эми Arduino'нун SDA (A4) жана SCL (A5) портторун 5V деңгээлинин которгучунун эки кубаттуу эмес порту менен туташтырыңыз. Сураныч, SDA жана SDA порттору микроконтроллерлерден айырмаланат, андыктан текшериңиз. Сенсорду кийинчерээк деңгээл алмаштыргыч менен колдоно турган кабелдерди колдонуп туташтырыңыз. Сенсордун SDA жана SCL деъгээлинин 3В тарабындагы тиешелүү портторго, сенсордун Vin жана Gnd порттору 3V жана жерге. Эгерде сиз берилген скриптти колдонууну кааласаңыз, Arduino IDEге мындан аркы китепканаларды орнотуунун кажети жок. Эгерде сиз Adafruit BMP280 скриптин колдонууну кааласаңыз, анда алардын BMP280 жана сенсордук китепканаларын орнотуңуз. BMP280 скриптин жүктөп, Arduinoго жүктөңүз. Болбосо, туташууларды текшериңиз. Эми микроконтроллерди өчүрүп, сенсор менен нан тактасын туташтырган кабелдерди ажыратыңыз. Эми кабелдерди шприцтин розеткасынан өткөрүңүз. Эгерде сиз секирүүчү кабелдерди колдонсоңуз, розетканы кеңейтүү же бир аз кыскартуу керек болушу мүмкүн. Ургаачынын учтарын биринин артынан бирин өткөрүүнү унутпаңыз. I2C үзүлүшүнө төрт кабель керек, артыкчылыктуу түрдө ар кандай түстөгү кабелдерди колдонуңуз. Андан кийин үзүлүүнү жана кабелдерди кайра туташтырыңыз жана байланыштар жогоруда көрсөтүлгөндөй иштеп жаткандыгын текшериңиз. Эми үзүлүүнү шприцтин чыкчу жагына жылдырыңыз. Плунжерди кыстарып, аны борбордук позицияга жылдырыңыз, пландаштырылган эс алуу абалынан бир аз ары. Кабелдерди нанга туташтырып, сенсор иштеп жатканын текшериңиз. Микроконтроллерди өчүрүү жана сенсорду ажыратуу. Розетканын аягына чоң тамчы ысык желим кошуу. Материалды бир аз этияттап соруп алыңыз жана анын учу аба өткөрбөйт. Желимди муздатып, тундуруп койгула, андан кийин анын аба өтпөгөндүгүн кайра текшергиле. Керек болсо, калган тешиктерге дагы бир клей кошуп, сенсор кабелин нанга туташтырып, микроконтроллерди иштетиңиз. Плунжерди жылдыруу менен сиз басымдын маанилерин өзгөртө аласыз. Плунжерди басканыңызда же басканыңызда, температуранын маанилерине дагы жакыныраак караңыз.

Сериялык Мониторду жаап, "Сериялык Плоттерди" ачыңыз, поршенди жылдырыңыз. Ойноңуз!

Керек болсо, сиз шприцтин капталына шамалдын аймагына жакын бир аз күч колдонуу менен бир аз аба киргизип же көлөмүн оңдой аласыз.

3 -кадам: Жыйынтыктар жана Outlook

Бул жерде сүрөттөлгөн түзмөк менен, жөнөкөй физика экспериментинде кысуу менен басымдын корреляциясын көрсөтө аласыз. Шприц тараза менен келгендиктен, ал тургай сандык эксперименттерди аткаруу оңой.

Бойл мыйзамына ылайык, [Көлөм * Басым] берилген температурада газ үчүн туруктуу болот. Бул сиз газдын көлөмүн N эсе кыскартсаңыз, башкача айтканда, акыркы көлөмү 1/N болсо, анын басымы N эсе жогорулайт: P1*V1 = P2*V2 = const.

Көбүрөөк маалымат алуу үчүн, сураныч, газ мыйзамдары боюнча Википедиядагы макаланы караңыз.

Ошентип, эс алуу пункттарынан баштап, мис. V1 = 100 мл жана P1 = 1000 гПа, болжол менен 66 млге чейин кысуу (б.а. V2нин 2/2/3) болжол менен 1500 гПа басымга алып келет (Р2дин Р2 = 3/2). Плунжерди 125 млге (5/4 эсе көлөмү) тартуу 800 гПа (4/5 басым) басымын берет. Менин өлчөөлөрүм ушундай жөнөкөй түзмөк үчүн таң калыштуу так болчу.

Мындан тышкары, сизде салыштырмалуу аз өлчөмдөгү абаны кысуу же кеңейтүү үчүн канча күч керек экени түздөн -түз хаптик таасирге ээ болот.

Бирок биз ошондой эле кээ бир эсептөөлөрдү жүргүзүп, аларды эксперименталдык түрдө текшере алабыз. Биз 1000 гПа базалык барометрдик басымда абаны 1500 гПа чейин кысабыз деп ойлойбуз. Ошентип, басымдын айырмасы 500 гПа же 50 000 Па. Менин шприцим үчүн поршендин диаметри (d) болжол менен 4 см же 0,04 метр.

Эми поршенди ошол абалда кармоо үчүн керектүү күчтү эсептей аласыз. Берилген P = F/A (Басым Force Аянтка бөлүнөт), же өзгөртүлгөн F = P*A. Күч үчүн SI бирдиги "Ньютон" же N, узундугу үчүн "Метр" же м, жана "Паскаль" же Па басым үчүн. 1 Па чарчы метрге 1Н. Тегерек поршень үчүн аянтты A = менен эсептеп чыгууга болот. ((d/2)^2) * pi, бул менин шприцим үчүн 0,00125 чарчы метрди берет. Ошентип, 50 000 Па * 0,00125 м^2 = 63 Н. Жерде 1 Н 100 гр салмагына дал келет N 6,3 кг салмагын кармаганга барабар.

Ошентип, басымдын өлчөөсүнө негизделген масштабды түзүү оңой болмок.

Температура сенсору өтө сезимтал болгондуктан, кысуунун температурага тийгизген таасирин да көрүүгө болот. Менин оюмча, эгер сиз нымдуулукту өлчөй турган BME280 сенсорун колдонсоңуз, анда сиз басымдын салыштырмалуу нымдуулукка тийгизген таасирин көрө аласыз.

Arduino IDEнин сериялык плоттери реалдуу убакытта басымдын өзгөрүшүн жакшы чагылдырууга мүмкүндүк берет, бирок башка дагы татаал чечимдер бар, мис. иштетүү тилинде.

Билим берүү максаттарынан тышкары, системаны реалдуу дүйнөдөгү кээ бир колдонмолор үчүн да колдонсо болот, анткени ал плунжерди тигил же бул жакка жылдырууга аракет кылган күчтөрдү сандык түрдө өлчөөгө мүмкүндүк берет. Ошентип, сиз поршенге жүктөлгөн салмактуулукту же поршенге тийгизүүчү күчтү өлчөй аласыз, же белгилүү бир босого мааниге жеткенден кийин жарыкты же ызылдакты иштетүүчү же үндү ойнотуучу которгуч кура аласыз. Же болбосо, плунжерге колдонулуучу күчтүн күчүнө жараша жыштыгын өзгөртүүчү музыкалык аспап курсаңыз болот.

4 -кадам: Скрипт

Мен бул жерге кошкон сценарий, Banggood веб -сайтынан табылган BME280 скриптинин модификациясы, мен Arduino IDE сериялык плоттеринде аларды жакшыраак көрсөтүү үчүн Serial.print заказдарын оптималдаштырдым.

Adafruit сценарийи жакшынакай көрүнөт, бирок бул алардын кээ бир китепканаларын талап кылат жана Banggood сенсорун тааныбайт.