Проекты

Исследование зависимости изменения выталкивающей силы соляных растворов программно-аппаратными средствами сбора и обработки данных

Работа победителя Городской открытой научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Информационные технологии, моделирование, прототипирование, прикладная математика, социальный инжиниринг» среди учащихся 7–9 классов

Направление работы: Научно-технологическое
Авторы работы: Ученик ГБОУ «Школа с углубленным изучением математики, информатики, физики № 444»
Предметы: Физика
Классы: 9 класс
Мероприятия: Городская открытая научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 10–11 апреля 2017 года

Описание

На многих электрохимических производствах существует проблема поддержания требуемой плотности электролита, уменьшение которой снижает производительность электролизера. Использование датчика силы и программно-аппаратных средств позволит создать универсальную масштабируемую систему непрерывного удаленного мониторинга плотности жидкой среды.

Ход работы:

1. Изучена природа выталкивающей силы и закономерности ее проявления, принцип действия датчика силы, работа мостовых схем и определена конфигурация для наибольшей чувствительности датчика. Изучен принцип действия АЦП, платы сбора данных, основные методы вычисления погрешности измерений.

2. Создана программа в среде графического программирования LabVIEW измерения сигнала тензодатчика. Программа реализует усреднение, расчет измеренной силы и плотности, а также вычисление погрешности измерения этих величин.

3. Планирование натурного эксперимента по измерению выталкивающей силы и плотности водного раствора соли и их зависимости от массовой доли NaСl для различных температур, обработка полученных данных и сопоставление их с результатами измерения плотности при помощи ареометра.

Предполагается, что при изменении температуры показатели плотности жидкости и выталкивающей силы будут изменяться. Кроме того, можно утверждать, что погрешность в измерении плотности при помощи созданного программно-аппаратного комплекса сбора и обработки данных будет существенно ниже, чем при использовании лабораторных погружных ареометров.

Цель

Создание системы измерения плотности жидкости классическим методом измерения выталкивающей силы при полном погружении рабочего тела.

Результаты

Разработан план проведения исследования зависимости выталкивающей силы и плотности раствора соли от массовой доли NaСl для различных температур.

Предложена и реализована программно-аппаратная система измерения плотности, которая может быть применена во многих технологических процессах в электрохимической промышленности.

Сотрудничество с ВУЗом при создании работы

ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов»

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы:

1. Интегральные динамометрические датчики KDS-1029 (Сайенс Кьюб, КНР); Dual range Force Sensor-BTA (Vernier, США).

2. Плата сбора и обработки данных NI USB-6009-OEM с оригинальным коннекторным модулем;

3. Комплект гирь Г-4-211,10 (4 кл.);

4. Дистиллированная вода;

5. Соль (NaCL);

6. Мерные стаканы;

7. Штатив лабораторный;

8. Электронные лабораторные весы;

9. Термометр ртутный;

10. Чайник.

Работа была представлена

Городская конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» – участник;

Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ» – участник (межрайонный этап);

XXV Международная научно-практическая конференция образовательного сообщества «Искатель» – 3 место.

Перспективы развития результатов работы

Улучшение качества измерений для поддержания требуемой плотности электролита на электрохимических заводах для  обеспечения стабильной производительности. Создание системы непрерывного удаленного мониторинга плотности жидкой среды, применимой в большинстве промышленных процессов электролиза.

Особое мнение

«Это мой первый ценный опыт в создании подобного проекта, поэтому несмотря на сложности, связанные с обеспечением требуемой точности натурного эксперимента, я довольна работой. Отдельная благодарность моему куратору Д.В. Чупрову, который вдохновлял меня на труд.

Я считаю, что проект «Инженерный класс в московской школе» – крайне перспективный проект, который позволяет не только развивать инженерное мышление у школьников, но и показывать многие предметы с другой стороны. Оригинальные программы обучения не только способствуют получению качественного образования, но и развивают интерес к познанию и творчеству у детей, мотивации учиться.

Хотелось бы высказать самые тёплые слова в адрес конференции «Инженеры будущего» и отметить великолепную организацию, создание интеллектуальной обстановки, насыщенность событиями, а также объективность и доброжелательность судей, которые не только оценили проделанную работу, но и дали полезные советы и комментарии. Желаю дальнейшего успеха и процветания конференции!» – говорит автор работы.