Tanítási tevékenység: Folyadéktartályok

Készítette: Gergely Attila, Sándor Bulcsú

Folyadékszintek meghatározása feszültségméréssel

Mérési feladat X.-XII. osztályos diákok számára.

Háttértörténet

Peti narancslevet árul, melyet ezüstszı́nű átlátszatlan műanyaghordókban tárolnak. Sajnos elveszı́tette a hordók dokumentációit, ı́gy nem tudhatja melyik hordóban mennyi narancslé van. Segı́tsünk Petinek kiszállı́tani a narancslevet, ehhez pedig meg kell határoznunk mennyi folyadék lehet a a három ezüstszı́nű számozott edényben! A narancslevet nem lehet kibontani, mivel akkor felhasználás előtt megromlik, ugyanakkor mérleg hiányában nem tudjuk megmérni a tömegüket.

A tartályokban található egy ellenállásmérésen alapuló folyadékszintmérő, melynek vázlatát a középső ábra mutatja:

  • a folyadék felszı́nén egy elektromos szempontból vezető bója lebeg, mely egy vezetékkel csatlakozik a mérőberendezéshez;
  • az edény alján egy nehezék van elhelyezve, melyhez egy másik vezeték csatlakozik;
  • a vezetékek egy Arduino eszközhöz vannak kötve, mely a számı́tógép képernyőjén ı́rja ki folyadékra eső feszültség értékét.

A mérőberendezés a jobb oldali ábrán látható kapcsolási rajznak megfelelően van megépı́tve. A tartályban található ismeretlen mennyiségű folyadék ellenállása Rf, melyet egylépcsős feszültségosztó kapcsolással mérünk.

Mérési feladatok (pdf, tex)

  1. A folyadékot egy ohmikus ellenállással modellezve, mutassuk ki, hogy ellenállása lineárisan nő a folyadék mélységével. Töltsünk ehhez egy kevés vizet az átlátszó edénybe, majd egyre növelve a vı́z mennyiségét mérjük le sorra a kapott feszültségértékeket. Végezzük el a mérést 5 különböző vı́zmélység esetén (2cm–16cm), majd a kapott eredményeket ı́rjuk be az alábbi táblázatba.
  2. A mérés eredményét vezessük be az számı́tógépen elidı́tott ábrázoló programba. Felhasználva a kapott ábrát, kapcsoljuk át a mérőberendezést rendre a számokkal jelölt ezüstszı́nű edényekre, és határozzuk meg mennyi folyadékot tartalmazhatnak.

Arduino eszköz (kód)

Az Arudino Uno/Nano kártya analóg bemenetével feszültséget mérünk.

Adatok feldolgozása (kód)

Az adatokat egy Python kódddal olvassuk be és ábrázoljuk.