Боловсролын зориулалттай даралтыг хэмжих энгийн төхөөрөмж: 4 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Дараах хэмжүүрээр тоглуулахад маш энгийн бөгөөд бүтээхэд хялбар төхөөрөмжийн зааварчилгааг та доороос олж болно. Энэ нь сургуулиуд эсвэл STEM -тэй холбоотой хийн хуулийн талаархи бусад төслүүдэд ашиглагдаж болох боловч хүч эсвэл жинг хэмжих бусад төхөөрөмжид нэгтгэгдэж болно. Даралт хэмжих зориулалттай олон тооны мэдрэгч тасарч байгаа боловч эдгээр мэдрэгчтэй тоглож, боловсролын зориулалтаар ашиглах энгийн, хямд төхөөрөмж дутагдаж байсан. тариурын дотор. Таслалт нь тариурын гарцаар дамжин өнгөрөх кабелийн тусламжтайгаар микроконтроллертой холбогддог. Тариурын гаралтыг халуун цавуу эсвэл өөр аргаар агаар нэвтрэхгүйгээр битүүмжилж, тариур дотор тодорхой хэмжээний агаар хуримтлагддаг бөгөөд дараа нь мэдрэгчийг Arduino эсвэл өөр микроконтроллертой холбодог. Тариурын поршенийг хөдөлгөхөд эзлэхүүн ба даралт өөрчлөгдөнө. Хэмжилтийг Arduino IDE -ийн цуваа монитор эсвэл цуваа плоттер ашиглан бодит цаг хугацаанд үзүүлэх боломжтой.

Алхам 1: Ашигласан материал

150 эсвэл 250 мл -ийн хуванцар катетер тариурыг интернетээр эсвэл ойролцоох тоног төхөөрөмж, цэцэрлэгийн дэлгүүрээс хэдхэн доллар эсвэл еврогоор худалдаж авах боломжтой. Даралтын мэдрэгчийн тасархай - Би Banggood дээрээс худалдаж авсан хямд BMP280 (температур ба даралт) мэдрэгчийг ашигласан. Энэ бол 3В -ийн түвшин солигчгүй, тус бүр нь 2 доллараас бага үнэтэй юм. Хэмжих хүрээ нь 650 -аас 1580 морины хүчин чадалтай. Кабель ба талх: Би урт холбогч кабелийг ашиглан самбарыг таслав. Кабель нь хамгийн багадаа тариур шиг урт байх ёстой, эс тэгвээс кабелийг холбох, таслах нь маш хэцүү байдаг. Хоёр чиглэлтэй 5 -> 3 В түвшний шилжүүлэгч: дээрх мэдрэгчийг Arduino -т холбоход шаардлагатай. Хэрэв таны мэдрэгч тасарсан бол шаардлагагүй. Adafruit -ийн хувилбар нь аль хэдийн онгоцонд суулгасан, эсвэл таны микроконтроллер нь 3V логик дээр ажилладаг. Микроконтроллер: Би Arduino Uno -ийн MonkMakesDuino -ийн хувилбарыг ашигласан боловч ямар ч Arduino нийцтэй ажиллах ёстой. Хэрэв та Adafruit -ийн зааврыг дагаж мөрдвөл Micro: bit хүртэл ажилладаг. Энэ талаар дэлгэрэнгүй мэдээллийг тусдаа зааварчилгааны хүрээнд авч үзэх болно.

Тариур эзэмшигч нь зарим аппликейшнд тустай байж болох ч шаардлагагүй. Arduino IDE.

Алхам 2: Угсралт ба хэрэглээ

Бүх хэсгүүдийг талхны тавцан дээр тавь. Шаардлагатай бол микроконтроллер ба түвшин шилжүүлэгчийг холбоно уу. Энэ тохиолдолд талхны самбар дээрх цахилгаан шугамын аль нэгийг 5V, нөгөөг нь 3V гэж тодорхойлоод микроконтроллерийн 5V, 3V болон газардуулгын портуудтай холбож, дараа нь түвшний шилжүүлэгчийн 3V, 5V ба GND портуудыг холбоно уу. Одоо Arduino-ийн SDA (A4) ба SCL (A5) портуудыг түвшний шилжүүлэгчийн 5V талын хүчдэлгүй хоёр порттой холбоно уу. SDA ба SDA портууд нь микроконтроллеруудын хооронд ялгаатай байдгийг анхаарна уу. Дараа нь түвшний шилжүүлэгчээр ашиглах кабелийг ашиглан мэдрэгчээ холбоно уу. Түвшин шилжүүлэгчийн 3V талын харгалзах портууд руу мэдрэгчийн SDA ба SCL, мэдрэгчийн Vin ба Gnd портуудыг 3V ба газардуул. Хэрэв та өгсөн скриптийг ашиглахыг хүсвэл Arduino IDE -д нэмэлт номын сан суулгах шаардлагагүй болно. Хэрэв та Adafruit BMP280 скриптийг ашиглахыг хүсвэл BMP280 болон мэдрэгчийн номын санг суулгаарай. BMP280 скриптийг ачаалж Arduino -д байршуулна уу. Үгүй бол холболтыг шалгаарай, одоо микроконтроллерийг унтрааж, мэдрэгч ба талхны самбарыг холбосон кабелийг салга. Одоо кабелийг тариурын гарцаар дамжуулна. Хэрэв та холбогч кабель ашигладаг бол залгуурыг өргөтгөх эсвэл бага зэрэг богиносгох шаардлагатай байж магадгүй юм. Эмэгтэй үзүүрийг нэг нэгээр нь дотогш нь нэвтрүүлэхээ мартуузай. I2C таслахад дөрвөн кабель хэрэгтэй бөгөөд өөр өнгөөр ашиглах нь зүйтэй бөгөөд дараа нь таслалт болон кабелийг дахин холбож, дээрх холболт ажиллаж байгаа эсэхийг шалгаарай. Одоо таслагчийг тариурын гаралтын төгсгөл рүү шилжүүл. Поршенийг оруулаад төлөвлөсөн амрах байрлалаас арай зайдуу төв байрлалд шилжүүлээрэй. Кабелийг талхны самбартай холбож, мэдрэгч ажиллаж байгаа эсэхийг шалгаарай. Микроконтроллерыг унтрааж, мэдрэгчийг салга, залгуурын төгсгөлд их хэмжээний халуун цавуу нэмнэ. Материалыг бага зэрэг шингээж, үзүүрийг нь битүүмжилсэн агаараар битүүмжилсэн эсэхийг шалгаарай. Цавууг хөргөж, тунгаана, дараа нь агаар битүүмжлэгдсэн эсэхийг дахин шалгаарай. Шаардлагатай бол үлдсэн нүхэнд цавуу нэмж нэмж, мэдрэгчийн кабелийг талхны самбар дээр холбоод микроконтроллерыг ажиллуулна уу. Поршенийг хөдөлгөснөөр та даралтын утгыг өөрчлөх боломжтой болно. Гэхдээ поршенийг дарах эсвэл дарах үед температурын утгыг сайтар судлаарай.

Цуваа мониторыг хааж, "Цуваа плоттер" -ыг нээгээд поршенийг хөдөлгөнө үү. Тоглоорой!

Шаардлагатай бол жийргэвчний талбайн ойролцоо тариурын хажуу тал руу бага зэрэг хүч хэрэглэж, бага зэрэг агаар нэвтрүүлж, эзлэхүүнийг засах боломжтой.

Алхам 3: Үр дүн ба Outlook

Энд тайлбарласан төхөөрөмжөөр та физикийн энгийн туршилтаар шахалт ба даралтын хамаарлыг харуулж чадна. Тариур дээр масштабтай ирдэг тул тоон туршилтыг ч хийхэд хялбар байдаг.

Бойлын хуулийн дагуу [Эзлэхүүн * Даралт] нь тухайн температурт байгаа хийн хувьд тогтмол байдаг. Энэ нь хэрэв та өгөгдсөн эзлэхүүнийг N дахин шахаж, өөрөөр хэлбэл эцсийн эзэлхүүн нь 1/N байвал түүний даралт N дахин нэмэгдэх болно: P1*V1 = P2*V2 = const.

Дэлгэрэнгүй мэдээллийг Википедиагийн хийн хуулийн талаархи нийтлэлээс үзнэ үү.

Тиймээс амрах цэгүүдээс эхэлж, жишээ нь. V1 = 100 мл ба P1 = 1000 hPa, ойролцоогоор 66 мл хүртэл шахах (өөрөөр хэлбэл V1 -ийн V2 = 2/3) нь 1500 гПа (P2 = P2 = 3/2) даралтыг бий болгоно. Поршенийг 125 мл (5/4 дахин эзлэхүүн) хүртэл татах нь ойролцоогоор 800 гПа (4/5 даралт) даралтыг өгдөг. Миний хэмжилтүүд ийм энгийн төхөөрөмжийн хувьд маш нарийн байсан.

Үүнээс гадна харьцангуй бага хэмжээний агаарыг шахах эсвэл өргөжүүлэхэд хичнээн их хүч шаардагдахыг шууд мэдрэх болно.

Гэхдээ бид бас тооцоолол хийж, туршилтаар шалгаж болно. Бид агаарыг 1500 гПа хүртэл шахдаг гэж үзье. Тиймээс даралтын зөрүү нь 500 гПа буюу 50 000 Па байна. Миний тариурын хувьд поршений диаметр (d) ойролцоогоор 4 см буюу 0.04 метр байна.

Одоо та поршенийг энэ байрлалд барихад шаардагдах хүчийг тооцоолж болно. Өгөгдсөн P = F/A (Даралт нь хүчийг талбайд хуваана), эсвэл хувиргасан F = P*A. Хүчний SI нэгж нь "Ньютон" эсвэл N, "Метр" эсвэл м урттай, "Паскаль" эсвэл Па даралтын хувьд. 1 Па нь нэг квадрат метр тутамд 1Н байна. Дугуй поршений хувьд талбайг A = ашиглан тооцоолж болно. ((d/2)^2) * pi, энэ нь миний тариурын хувьд 0.00125 хавтгай дөрвөлжин метр талбайг өгдөг. Тиймээс 50 000 Па * 0.00125 м^2 = 63 Н. Дэлхий дээр 1 Н нь 100 гр жинтэй хамааралтай байдаг тул 63 N нь 6.3 кг жинтэй тэнцүү байна.

Тиймээс даралтын хэмжилт дээр үндэслэн нэг төрлийн масштаб барихад хялбар байх болно.

Температур мэдрэгч нь маш мэдрэмтгий тул шахалтын температурт үзүүлэх нөлөөг харах боломжтой. Хэрэв та чийгшлийн хэмжилт хийх боломжтой BME280 мэдрэгчийг ашиглах юм бол харьцангуй чийгшилд үзүүлэх даралтын нөлөөг харах болно гэж би бодож байна.

Arduino IDE -ийн цуврал плоттер нь даралтын өөрчлөлтийг бодит цаг хугацаанд сайн харуулах боломжийг олгодог боловч бусад нарийн шийдлүүд бас байдаг. Боловсруулах хэл дээр.

Боловсролын зориулалтаас гадна уг системийг ашиглаж болох бөгөөд энэ нь поршенийг нэг тийш нь хөдөлгөхийг оролдож буй хүчийг тоон хэмжээгээр хэмжих боломжийг олгодог. Тиймээс та поршен дээр тавьсан жинг эсвэл поршений цохилтын хүчийг хэмжих, эсвэл тодорхой босго хэмжээнд хүрсэний дараа гэрэл эсвэл дуугаралтыг идэвхжүүлдэг эсвэл дуу тоглуулдаг унтраалга барьж болно. Эсвэл та поршений хүчнээс хамаарч давтамжийг өөрчилдөг хөгжмийн зэмсэг бүтээж болно.

Алхам 4: Скрипт

Миний энд нэмсэн скрипт нь Banggood вэбсайтаас олдсон BME280 скриптийн өөрчлөлт бөгөөд Arduino IDE цуврал плоттер дээр илүү сайн харуулахын тулд Serial.print захиалгыг оновчтой болгосон.

Adafruit скрипт нь илүү гоё харагддаг, гэхдээ энэ нь тэдний зарим номын санг шаарддаг бөгөөд Banggood мэдрэгчийг танихгүй байна.