89,7 тыс подписчиков

3 интересных измерителя своими руками

4 минуты

645 прочтений

25 октября 2021

При изучении курса физики весьма полезно делать измерительные установки или проводить некоторые эксперименты собственноручно. Для этого можно использовать подручные средства из магазинов типа "Чип и Дип" или приобрести готовый набор с опытами, типа "Юный физик".

Давайте изготовим три простеньких измерительных установки, которые позволят измерить некоторые весьма значимые параметры и познакомиться с физикой процесса. Это пригодится как на практике, так и для понимания принципов функционирования более сложных устройств. Ведь очень часто все современные сложные измерители - это простое физическое явление, обернутое в цифровую оболочку, а сами датчики работают весьма просто. Во всех экспериментах нам поможет электрический ток.

Речь пойдёт про такие важные физические измерение, как определение влажности воздуха, изучение состава жидкости и определение количества жидкости в сосуде. Давайте сформулируем физические принципы их работы и соберем согласно предлагаемым ниже схемам.

Как сделать измеритель влажности

Для того, чтобы изготовить измеритель влажности, нам потребуется датчик. Но готового датчика у нас нет :) Остается импровизировать.

Ведь у нас есть бумага и проводки. А что, если пропускать через бумагу электрический ток? Пока бумага сухая, она будет хуже проводить электричество. Если же она будет намокать, то и проводимость будет увеличиваться. Бумага не будет намокать из-за того, что мы её поместим в воду. Сухой образец будет нахватывать влагу из окружающего воздуха и впитывать её. Чем больше этой влаги, тем лучше начнет протекать ток.

Значит, нам остается только пропустить ток через такой "датчик" и измерить его величину в цепи.

Соберите простейшую цепь. Возьмите источник питания, последовательно к нему подключите импровизированный датчик, чтобы пропустить через него тока.

Включите мультиметр последовательно этой штуке и посмотрите, какое напряжение есть в цепи. Если измеритель будет чувствителен, то он будет фиксировать буквально милливолты! Это позволит фиксировать отклонения влажности. Если проградуировать такой датчик или провести калибровку (т.е. сопоставить каждое измерение реальной влажности), у нас получится измеритель влажности с самодельным датчиком.

Для того, чтобы проверить, как работает идея, просто проведите измерения с сухой бумажкой, а затем с увлажненной.

Как сделать измеритель уровня

Следующая занятная задача - сделать измеритель уровня жидкости. Можно конечно измерять его с помощью палки и линейки. Но нам поможет электрический ток!

Мы помним, что "количество" проводника влияет на его проводимость. Больше "проводника" - меньше сопротивление. Ведь в проводнике есть носители электрического тока. В металле - это свободные электроны, а в растворах это ионы. Больше ионов - больше тока. Это некоторая параллель с толщиной проводника при расчёте сопротивления.

Соберем простую установку. В сосуд с водой опустим две пластины. Эти пластины подключим последовательно к источнику тока и включим последовательно же в эту цепь мультиметр.

Теперь добавим воды в сосуд и посмотрим, что изменилось. Верно! Мультиметр стал показывать большее значение. Чем больше проводника, тем лучше он проводит ток. Остается только сопоставить какое напряжение отвечает какому количеству воды в емкости и опыт можно повторить в дачном баке для душа (только с безопасными напряжениями!). У нас получился вполне рабочий прибор для измерения уровня жидкости без палки.

Как сделать кондуктометр своими руками

Кондуктометр - это устройство, которое умеет определять чистоту жидкости. Чуть выше мы отметили, что способность жидкости проводить электрический ток определяется количеством "носителей" электрического тока в этой жидкости. Это так называемая ионная проводимость.

Если жидкость (ну а в нашем случае и примере - вода) будет абсолютно чистой, то она может и вовсе не проводить ток! Так, чистая дистиллированная вода является диэлектриком. Другое дело, что вода всегда грязная и с примесями, потому от неё и лупит.

Для изготовления кондуктометра подойдет рассматриваемая выше схема. Сосуд с жидкостью и электродами, включенный последовательно совсем также, как это было в предыдущем опыте. Уровень жидкости мы определили и менять его теперь не нужно. Мы и так теперь знаем, что чем больше жидкости, тем лучше проводимость и оставим это так, как есть. Нам этот фактор менять не нужно.

Измерим, какое напряжение у нас в цепи, если в сосуде чистая вода. Ну а теперь добавим обычную соль!

Вновь проведем измерения! Наш вольтметр покажет значительно большее напряжение в цепи. Причем, интересный факт, что чем больше растворяется соль, тем выше напряжение мы видим. Это ещё раз подтверждает, что мы наблюдаем ионную проводимость. Ионы натрия переходят в раствор, обеспечивая более высокую проводимость.

Подобным образом можно очень просто определить содержит ли жидкость какие-либо загрязнение, или же она чистая. Подобным способом легко контролировать чистоту приходящей в бутылках питьевой воды. Ведь измерив чистоту один раз подобным образом на эталоне, мы должны всегда видеть одинаковый результат измерения. Меньше допустимо - больше нет! Правда если вода заявлена, как минеральная, то и меньшее значение может говорить, что это вода из под крана :)

Правда есть тут и значительное ограничение! Чем именно загрязнена жидкость мы понять не сможем. Ведь способ не позволяет проанализировать химический состав и проводимость может быть объяснена, как обычной поваренной солью или кальцием, так и солями тяжелых металлов!