Оппонируйте господа!
Перед нами была поставлена задача, предложить принципиальную конструкцию вольтметра, которая была бы основана на обратимых химических процессах.
Рассмотрим определения которые будут использоваться в нашем докладе
ВОЛЬТМЕТР-прибор для измерения напряжения или ЭДС в электрических цепях в кВ, мВ, В, кВ). Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Вольтметры делятся на аналоговые и дис¬кретные.
ЛЮКСМЕТР-прибор для измерения осевещенности один из видов фотометров состоит из фотоэлемента и микроамперметра.
В аналоговых вольтметрах измеряемое напряже¬ние преобразуется в пропорциональное значение постоян¬ного тока, измеряемое магнитоэлектрическим микроампер¬метром, шкала которого градуируется в единицах напряже¬ния (вольты, милливольты, микровольты). В дискретных вольтметрах измеряемое напряжение подвергается ряду преобразований, в результате которых аналоговая измеряе¬мая величина преобразуется в дискретный сигнал, значение которого отображается на индикаторном устройстве в виде светящихся цифр. Аналоговые и дискретные вольтметры ча¬сто называют стрелочными и цифровыми соответственно.
По роду тока электронные вольтметры делятся на вольт¬метры постоянного напряжения, переменного напряжения, Универсальные и импульсные. Кроме того, имеются вольт¬метры с частотно-избирательными свойствами — селектив¬ные.
В нашем случае мы используем конструкцию аналогового вольтметра только в качестве показывающего устройства применим не стрелочный микроамперметр, а измеритель основанный на химических процессах. Для этого нам нужно было найти такое вещество в котором при воздействии электрического микротока происходили видимые изменения в свойствах, но при разрыве цепи мгновенно возвращалось в исходное состояние. Все известные нам случаи изменений свойств под воздействием тока не могли быть использованы в для измерения. Например, реакция восстановления меди из медного купороса под воздействием тока не подходила, поскольку невозможен обратный процесс. Для других гальванических реакций нужны большие токи, а это будет приводить к погрешностях в измерениях, поскольку малое сопротивление будет гасить напряжение в цепи. От иных пришлось отказаться из-за длительности протекания реакции, что в нашем случае недопустимо.
В связи с вышеизложенным мы решили остановиться на явлении свечения некоторых веществ под воздействием электрического тока.
Таким образом наш доклад будет состоять из 2-х частей: в первой мы обсудим химические процессы, которые будут происходить в нашем вольтметре, а во второй саму конструкцию вольтметра.
Химическим веществом которое будет обратимо превращаться в вольтметре наша команда выбрала
Данное вещество содержится в клетках хемолюминисцентных насекомых. И способно флорисцировать в нужных нам условиях лишь при замене иона Брома на Хлор. Устройство нашего вольтметра будет основано на флорисцировании исходного вещества.
Вольтметр будет представлять собой стеклянный(наполовину стеклянный) резервуар состоящий из 2-х отделений разделенных мембраной с довольно большими порами (чтобы пропускать гидроксоний ионы), но такими что бы не пропускать наше вещество. В одной половине будут находится катод и раствор электролита(NaCl, KCl), а в другой анод и раствор N(ethoxycarbonymetil)-6-metoxyquinolium bromid
При прохождении тока в растворе анионы Хлора начинают двигаться к аноду который находится по ту сторону от мембраны и после прохожденгия через поры мембраны будет замещать Бром в нашем веществе и в зависимости от концентрации будет светиться (яркость прямо пропорциональна напряжению и концентрации катионов)
Чтобы ограничить ток, проходящий через устройство, к одному из выводов присоединен шунт, сопротивление которого подбирается опытным путем. Большие токи, во-первых, снижают точность измерений, поскольку вызывают падение напряжения, во-вторых, могут привести к перегреву электролита и, как следствие, к выходу из строя прибора. Возможен даже взрыв в результате кипения электролита.
Для повышения точности измерений разместим этот резервуар в светонепроницаемую камеру. Которую можно изготовить в виде окрашенного в черный цвет деревянного или пластикового ящика. Кроме резервуара в ящике будет установлен датчик стандартного люксметра . Сам же люксметр будет находится вне светонепроницаемой коробки. Осталось присоединить к выводам трубки и вывести из светонепроницаемой камеры два провода со щупами и прибор готов. Если подать на щупы напряжение, трубка начнет светиться, люксметр зафиксирует определенное значение.
Однако, для практического применения прибор необходимо проградуировать. Для этого необходим источник, способный подавать калиброванные значения напряжения, например 1 и 12 , 36 вольт. Подадим на прибор калиброванное напряжение в 1 вольт. При этом стрелка люксметра отклонится от нулевого отметки шкалы на какое-то деление, скажем 4 лк. Пометим, что теперь это будет соответствовать 1-му вольту. Далее подадим на прибор напряжение 12 вольт. Стрелка люксметра отклонится уже на большее значение, допустим 48 лк. Это деление мы отметим как соответствующее 12 вольтам. Осталось разделить этот отрезок шкалы на 11 равных частей, и вольтметр, вполне пригодный для бытовых нужд.
К достоинствам такого вольтметра следует отнести отсутствие гальванической связи между измеряющей и демонстрирующей частями, что повышает безопасность его использования.
Например, если к люминесцентной трубке подобрать такой светофильтр, что свет будет пробиваться, через него только при 13 вольтах, то наш химический вольтметр, будет простым и надежным индикатором работы генератора на автомобиле. Менее плотный фильтр, когда свет пробывается при 12 вольтах, можно использовать в качестве указателя заряженности аккумуляторной батареи.
Мы представляем вам графическое изображение строения нашего вольтметра.
1-катод
2-анод
3-камера с раствором электролита
4-камера с раствором нашего вещества
5-мембрана
6-люксметр
7-датчик люксметра
8-светонепроницаемая камера
Спасибо за внимание!