φτηνή σπιτική κλίμακα μικρογραμμαρίων

[fidelis]

από τον Shawn Carlson (Scientific American, Ιούνιος 1996) αλλά παρμένο από σύνδεσμο vespiary. ωστόσο, θα δημοσιεύσω μια ενημερωμένη έκδοση στις απαντήσεις!!! ^_^

Οι ζυγαριές μικρογραμμαρίων είναι έξυπνες συσκευές που μπορούν να μετρήσουν φανταστικά μικροσκοπικές μάζες. Τα κορυφαία μοντέλα χρησιμοποιούν έναν έξυπνο συνδυασμό μηχανικής απομόνωσης, θερμικής μόνωσης και ηλεκτρονικής μαγείας για να παράγουν επαναλαμβανόμενες μετρήσεις μέχρι και το ένα δέκατο του εκατομμυριοστού του ενός γραμμαρίου. Με το περίτεχνο γυάλινο περίβλημά τους και τα γυαλισμένα επιχρυσωμένα εξαρτήματα, οι ζυγοί αυτοί μοιάζουν περισσότερο με έργα τέχνης παρά με επιστημονικά όργανα. Τα νέα μοντέλα μπορεί να κοστίζουν πάνω από 10.000 δολάρια και συχνά απαιτούν το άγγιγμα ενός ειδικού για να αποσπάσει αξιόπιστα δεδομένα από το θόρυβο του περιβάλλοντος.

Αλλά παρ' όλο το κόστος και την εξωτερική πολυπλοκότητά τους, οι συσκευές αυτές είναι στην ουσία αρκετά απλές. Ένας κοινός τύπος χρησιμοποιεί ένα μαγνητικό πηνίο για να παρέχει μια ροπή που ισορροπεί με λεπτότητα ένα δείγμα στο άκρο ενός μοχλοβραχίονα. Η αύξηση του ηλεκτρικού ρεύματος στο πηνίο αυξάνει τη ροπή. Το ρεύμα που απαιτείται για την αντιστάθμιση του βάρους του δείγματος είναι επομένως ένα άμεσο μέτρο της μάζας του. Τα πηνία στις ζυγαριές του εμπορίου κινούνται σε άξονες από γυαλισμένο μπλε ζαφείρι. Τα ζαφείρια χρησιμοποιούνται επειδή η εξαιρετική σκληρότητά τους (μόνο τα διαμάντια είναι σκληρότερα) εμποδίζει τη φθορά των στροφείων. Οι εξελιγμένες συσκευές ανίχνευσης και τα κυκλώματα ελέγχουν το ρεύμα στο πηνίο - γι' αυτό και οι ηλεκτροζυγίες μικρογραμμαρίων είναι τόσο ακριβές.

Και αυτά είναι καλά νέα για τους ερασιτέχνες. Αν είστε πρόθυμοι να αντικαταστήσετε τα μάτια σας με τους αισθητήρες και τα χέρια σας με τα κυκλώματα ελέγχου, μπορείτε να κατασκευάσετε ένα λεπτό ηλεκτροζυγό με λιγότερα από 30 δολάρια.

Ο George Schmermund από τη Vista της Καλιφόρνιας, μου κατέστησε σαφές αυτό το γεγονός. Για περισσότερα από 20 χρόνια, ο Schmermund διευθύνει μια μικρή εταιρεία που ονομάζεται Science Resources, η οποία αγοράζει, επισκευάζει και προσαρμόζει επιστημονικό εξοπλισμό. Αν και μπορεί να είναι ένας αυστηρός επαγγελματίας για τους πελάτες του, τον γνωρίζω ως ένα αρκετά ελεύθερο πνεύμα που ξοδεύει χρόνο στον κόσμο των επιχειρήσεων μόνο και μόνο για να μπορεί να βγάζει αρκετά χρήματα ώστε να ικανοποιεί το πραγματικό του πάθος - την ερασιτεχνική επιστήμη.

Ο Schmermund έχει ήδη στην κατοχή του τέσσερις ακριβές εμπορικές ζυγαριές μικρογραμμαρίων. Όμως, προς το συμφέρον της προώθησης της ερασιτεχνικής επιστήμης, αποφάσισε να δει πόσο καλά μπορεί να τα καταφέρει με φτηνά μέσα. Το έξυπνο τέχνασμά του ήταν να συνδυάσει μια σανίδα τυριού και ένα παλιό γαλβανόμετρο, μια συσκευή που μετράει το ρεύμα. Το αποτέλεσμα ήταν μια ηλεκτροζυγία που μπορεί να προσδιορίσει βάρη από περίπου 10 μικρογραμμάρια μέχρι και 500.000 μικρογραμμάρια (0,5 γραμμάριο).

Η ακρίβεια των μετρήσεων είναι αρκετά εντυπωσιακή. Επιβεβαίωσα προσωπικά ότι ο σχεδιασμός του μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια 1 τοις εκατό μάζες που υπερβαίνουν το ένα χιλιοστόγραμμο. Επιπλέον, μπορεί να διακρίνει μεταξύ μαζών στην περιοχή των 100 μικρογραμμαρίων που διαφέρουν μόλις κατά δύο μικρογραμμάρια. Και οι υπολογισμοί δείχνουν ότι το όργανο μπορεί να μετρήσει μεμονωμένες μάζες τόσο μικρές όσο 10 μικρογραμμάρια (δεν είχα ένα τόσο μικρό βάρος για να το δοκιμάσω).

Το κρίσιμο εξάρτημα, το γαλβανόμετρο, είναι εύκολο να βρεθεί. Αυτές οι συσκευές αποτελούν το κεντρικό στοιχείο των περισσότερων παλαιών αναλογικών ηλεκτρικών μετρητών, του είδους που χρησιμοποιούν μια βελόνα τοποθετημένη σε ένα πηνίο. Το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που εκτρέπει τη βελόνα. Ο σχεδιασμός του Schmermund προβλέπει ότι η βελόνα, τοποθετημένη στο κατακόρυφο επίπεδο, λειτουργεί ως μοχλοβραχίονας: τα δείγματα κρέμονται από την άκρη της βελόνας.

Τα καταστήματα ηλεκτρονικών πλεονασμάτων πιθανόν να διαθέτουν αρκετά αναλογικά γαλβανόμετρα. Ένας καλός τρόπος για να κρίνετε την ποιότητα είναι να κουνήσετε απαλά το μετρητή από τη μία πλευρά στην άλλη. Εάν η βελόνα παραμένει στη θέση της, κρατάτε ένα κατάλληλο πηνίο. Πέρα από αυτή τη δοκιμή, μια παράξενη αίσθηση της αισθητικής με καθοδηγεί στην επιλογή ενός καλού μετρητή. Είναι απογοητευτικά δύσκολο να περιγράψω αυτή την αίσθηση, αλλά αν όταν τον κοιτάζω, συγκινούμαι και λέω: "Αυτό είναι ένα όμορφο μετρητή!", τον αγοράζω. Υπάρχει ένα πρακτικό όφελος από αυτή την αισθητική ασάφεια. Οι λεπτοδουλεμένοι και προσεκτικά σχεδιασμένοι μετρητές συνήθως φιλοξενούν εξαίσια πηνία που είναι εξίσου καλά με τα πηνία που χρησιμοποιούνται σε εξαιρετικές ηλεκτροζυγίες, με έδρανα από ζαφείρι και όλα αυτά. για να κατασκευάσετε τη ζυγαριά, απελευθερώστε απαλά το πηνίο από το περίβλημα του μετρητή, προσέχοντας να μην καταστρέψετε τη βελόνα. Τοποθετήστε το πηνίο σε ένα φύλλο αλουμινίου [βλέπε εικόνα στην απέναντι σελίδα]. Αν δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε λαμαρίνα αλουμινίου, τοποθετήστε το πηνίο μέσα σε ένα πλαστικό κουτί έργου. Για να απομονώσετε τη ζυγαριά από τα ρεύματα αέρα, στερεώστε ολόκληρο το συγκρότημα σε μια γυάλινη τυροσανίδα, με το φύλλο αλουμινίου να στέκεται όρθιο, ώστε η βελόνα να κινείται πάνω-κάτω. Τα δύο βαριά προστατευτικά σύρματα που έχουν κανιβαλιστεί από το μετρητή τοποθετούνται στο στήριγμα αλουμινίου για να περιορίσουν το εύρος κίνησης της βελόνας.

Τοποθετήστε με εποξειδική βαφή ένα μικρό μπουλόνι στο στήριγμα αλουμινίου, ακριβώς πίσω από το άκρο της βελόνας. Η βελόνα θα πρέπει να περνά ακριβώς μπροστά από το μπουλόνι χωρίς να αγγίζει. Καλύψτε το μπουλόνι με ένα μικρό κομμάτι χαρτί κατασκευών και, στη συνέχεια, σχεδιάστε μια λεπτή οριζόντια γραμμή στο κέντρο του χαρτιού. Αυτή η γραμμή ορίζει τη θέση μηδέν της κλίμακας.

Ο δίσκος δείγματος που κρέμεται από τη βελόνα είναι απλώς ένα μικρό πλαίσιο που κατασκευάζεται με την κάμψη μη μονωμένου σύρματος. Η ακριβής διάμετρος του σύρματος δεν είναι κρίσιμη, αλλά διατηρήστε το λεπτό: το σύρμα 28 είναι καλό. Ένας μικροσκοπικός κύκλος από αλουμινόχαρτο στηρίζεται στη βάση του συρμάτινου πλαισίου και χρησιμεύει ως ταψί του δίσκου. Για να αποφύγετε τη μόλυνση με σωματικά έλαια, μην αγγίζετε ποτέ το δίσκο (ή το δείγμα) με τα δάχτυλά σας, αλλά χρησιμοποιείτε πάντα ένα τσιμπιδάκι.

Για να ενεργοποιήσετε το πηνίο του γαλβανόμετρου, θα χρειαστείτε ένα κύκλωμα που να παρέχει σταθερά πέντε βολτ [δείτε το παρακάτω κυκλωματικό διάγραμμα]. Μην αντικαταστήσετε τις μπαταρίες με έναν προσαρμογέα εναλλασσόμενου ρεύματος σε συνεχές ρεύμα, εκτός αν είστε πρόθυμοι να προσθέσετε φίλτρα που μπορούν να καταστείλουν τις διακυμάνσεις τάσης χαμηλής συχνότητας, οι οποίες μπορεί να διαρρεύσουν στο σύστημα από τον προσαρμογέα. Διακυμάνσεις τόσο μικρές όσο 0,1 millivolt θα μειώσουν απότομα την ικανότητά σας να αναλύετε τα μικρότερα βάρη.

Η συσκευή χρησιμοποιεί δύο μεταβλητές αντιστάσεις ακριβείας, 100 kilohm, 10 στροφών (που ονομάζονται επίσης ποτενσιόμετρα ή ρευματοδότες) - η πρώτη για να ρυθμίζει την τάση στο πηνίο και η δεύτερη για να παρέχει μια μηδενική αναφορά. Ένας πυκνωτής 20 microfarad αντισταθμίζει το πηνίο από τυχόν σπασμούς στην απόκριση των αντιστάσεων και βοηθά στην πραγματοποίηση τυχόν λεπτών ρυθμίσεων στη θέση της βελόνας. Για να μετρήσετε την τάση στο πηνίο, θα χρειαστείτε ένα ψηφιακό βολτόμετρο που μετράει με ακρίβεια 0,1 millivolt. Η Radio Shack πωλεί εκδόσεις χειρός για λιγότερο από 80 δολάρια. Χρησιμοποιώντας ένα τροφοδοτικό πέντε βολτ, η ζυγαριά του Schmermund μπορεί να σηκώσει 150 χιλιοστόγραμμα. Για μεγαλύτερα βάρη, αντικαταστήστε το τσιπ του ρυθμιστή τάσης τύπου 7805 με ένα τσιπ 7812. Θα παράγει σταθερά 12 βολτ και θα σηκώνει αντικείμενα βάρους σχεδόν μισού γραμμαρίου.

Για να βαθμονομήσετε τη ζυγαριά, θα χρειαστείτε ένα σετ γνωστών βαρών μικρογραμμαρίων. Ένα μόνο βαθμονομημένο βάρος υψηλής ακρίβειας μεταξύ ενός και 100 μικρογραμμαρίων κοστίζει συνήθως 75 δολάρια και θα χρειαστείτε τουλάχιστον δύο. Υπάρχει, ωστόσο, ένας φθηνότερος τρόπος. Η Εταιρεία Ερασιτεχνών Επιστημόνων διαθέτει έναντι 10 δολαρίων σετ από δύο βαθμονομημένα βάρη μικρογραμμαρίων, κατάλληλα για αυτό το έργο. Σημειώστε ότι αυτά τα δύο βάρη σας επιτρέπουν να βαθμονομήσετε τη ζυγαριά σας με τέσσερις γνωστές μάζες: το μηδέν, το βάρος ένα, το βάρος δύο και το άθροισμα των δύο βαρών.

Για να πραγματοποιήσετε μια μέτρηση, ξεκινήστε με το ταψί της ζυγαριάς άδειο. Καλύψτε τη συσκευή με το γυάλινο περίβλημα. Πνίξτε το ηλεκτρικό ρεύμα ρυθμίζοντας την πρώτη αντίσταση στην υψηλότερη τιμή της. Στη συνέχεια, ρυθμίστε τη δεύτερη αντίσταση μέχρι η τάση να δείξει όσο πιο κοντά στο μηδέν μπορείτε να τη ρυθμίσετε. Σημειώστε αυτή την τάση και μην αγγίξετε ξανά αυτόν τον αντιστάτη μέχρι να ολοκληρώσετε ολόκληρο το σύνολο των μετρήσεων. Τώρα ανεβάστε την πρώτη αντίσταση μέχρι η βελόνα να βυθιστεί στο κάτω στοπ και, στη συνέχεια, γυρίστε την πίσω, ώστε η βελόνα να επιστρέψει στο σημείο μηδέν. Σημειώστε ξανά την ένδειξη τάσης. Χρησιμοποιήστε το μέσο όρο των τριών μετρήσεων τάσης για να ορίσετε το σημείο μηδέν της κλίμακας.

Στη συνέχεια, αυξήστε την αντίσταση έως ότου η βελόνα έρθει να ακουμπήσει στο κάτω στήριγμα σύρματος. Τοποθετήστε ένα βάρος στο δίσκο και μειώστε την αντίσταση έως ότου ο οπλισμός επισκιάσει και πάλι τη γραμμή. Καταγράψτε την τάση. Επαναλάβετε και πάλι τη μέτρηση τρεις φορές και λάβετε το μέσο όρο. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μέσων τάσεων είναι ένα άμεσο μέτρο του βάρους του δείγματος.

Αφού μετρήσετε τα βαθμονομημένα βάρη, σχεδιάστε τη γραφική παράσταση της μάζας που ανυψώθηκε σε σχέση με την εφαρμοζόμενη τάση. Τα δεδομένα θα πρέπει να εμπίπτουν σε μια ευθεία γραμμή. Η μάζα που αντιστοιχεί σε οποιαδήποτε ενδιάμεση τάση μπορεί στη συνέχεια να διαβαστεί κατευθείαν από την καμπύλη.

Η ζυγαριά του Schmermund είναι εξαιρετικά γραμμική πάνω από τα 10 χιλιοστόγραμμα. Η κλίση της γραμμής βαθμονόμησης μειώθηκε μόνο κατά 4 τοις εκατό στα 500 μικρογραμμάρια, το μικρότερο βαθμονομημένο βάρος που είχαμε στη διάθεσή μας. Παρ' όλα αυτά, συνιστώ ανεπιφύλακτα να βαθμονομείτε τη ζυγαριά σας κάθε φορά που τη χρησιμοποιείτε και να συγκρίνετε πάντα τα δείγματά σας απευθείας με τα βαθμονομημένα βάρη σας.

 

[fidelis]

σύνδεσμος εδώ, ο ίδιος τύπος, το ίδιο περιοδικό, αλλά δημοσιεύτηκε 4 χρόνια αργότερα


Ζω για τις Παρασκευές. Κι αυτό γιατί συνήθως περνάω αυτή τη μέρα κάνοντας πεζοπορία στα badlands του Σαν Ντιέγκο με μια εκλεκτική ομάδα εικονοκλαστών, μεταξύ των οποίων αρκετοί λαμπροί τεχνολόγοι και μερικοί από τους πιο αγαπημένους μου φίλους. Μας συνδέει η αγάπη μας για τα όργανα και το κοινό μας πάθος για την ανάπτυξη ανέξοδων λύσεων σε διάφορες πειραματικές προκλήσεις. Αυτό το κοινό ενδιαφέρον οδηγεί σε φιλικές αντιπαλότητες, τα αποτελέσματα των οποίων συχνά τροφοδοτούν αυτή τη στήλη.

Πάρτε για παράδειγμα το πρόβλημα της μέτρησης εξαιρετικά μικροσκοπικών μαζών. Ο George Schmermund ανέπτυξε μια φανταστική προσέγγιση, την οποία περιέγραψα σε αυτές τις σελίδες τον Ιούνιο του 1996. Ο George απέσπασε το πηνίο και τον οπλισμό από ένα πεταμένο γαλβανόμετρο και τα τοποθέτησε όρθια, έτσι ώστε η βελόνα του μετρητή να κινείται σε κατακόρυφο επίπεδο. Στη συνέχεια συνέδεσε το πηνίο με μια μεταβλητή τάση και τη ρύθμισε μέχρι η βελόνα να είναι ακριβώς οριζόντια. Μια μικροσκοπική μάζα γνωστού βάρους τοποθετημένη στο άκρο της βελόνας την τράβηξε προς τα κάτω. Στη συνέχεια ο George αύξησε την τάση μέχρι ο βραχίονας να επιστρέψει στην αρχική του θέση. Επειδή μια βαρύτερη μάζα απαιτούσε αναλογικά μεγαλύτερη αύξηση της τάσης για να ισορροπήσει, η μεταβολή της τάσης έδειχνε το βάρος ενός δείγματος. Η ηλεκτροζυγία του George ήταν σε θέση να ζυγίζει μάζες τόσο μικρές όσο 10 μικρογραμμάρια (δηλαδή 10 εκατομμυριοστά του γραμμαρίου).

Αυτό το επίτευγμα ήταν αρκετά εντυπωσιακό για μένα, αλλά πρόσφατα ο διοργανωτής των εβδομαδιαίων εκδρομών μας, ο Γκρεγκ Σμιντ, συνειδητοποίησε ότι ακόμη και αυτή η εκπληκτική επίδοση θα μπορούσε να βελτιωθεί. Ο σχεδιασμός του Γκρεγκ εξαλείφει την ανάγκη χειροκίνητης ρύθμισης της βελόνας: η ζυγαριά μηδενίζει (ή "ταριχεύει") και ισοσταθμίζεται αυτόματα και μπορεί να παρακολουθεί συνεχώς τον τρόπο με τον οποίο ένα αντικείμενο αλλάζει σε μάζα - τον ρυθμό με τον οποίο ένα μόνο μυρμήγκι χάνει νερό μέσω της αναπνοής, για παράδειγμα. Το αποτέλεσμα είναι ένα εξαιρετικά ευέλικτο ηλεκτροζυγός με ευαισθησία μικρογραμμαρίων που μπορεί να κατασκευαστεί με λιγότερο από 100 δολάρια.

Ακούστε πώς λειτουργεί. Ο Greg πήρε το βασικό σχέδιο του George και πρόσθεσε έναν φθηνό μικροελεγκτή (ένας μικρός υπολογιστής με την κεντρική μονάδα επεξεργασίας και τη μνήμη του όλα σε ένα ενιαίο τσιπ), δίνοντάς του εντολή να στέλνει 2.000 παλμούς ασθενούς ρεύματος μέσω του πηνίου κάθε δευτερόλεπτο. Η αδράνεια του οπλισμού και της βελόνας τα εμποδίζει να ανταποκριθούν σε κάθε σύντομο παλμό, οπότε η εκτροπή αντανακλά το μέσο ρεύμα στο πηνίο. Οι μεμονωμένοι παλμοί φαίνεται, ωστόσο, να είναι αρκετά μεγάλοι ώστε να δονήσουν τα έδρανα του γαλβανόμετρου του Greg. Πιστεύει ότι αυτή η μικρή ταλάντωση μειώνει την "τριβή", την τάση ενός ρουλεμάν να κλειδώνει στη θέση του όταν δεν κινείται. Αυτό το φαινόμενο φαίνεται να εξηγεί γιατί ένα φθηνό μετρητή όπως το δικό του μπορεί να ανταποκριθεί στην έλξη τόσο μικροσκοπικών μαζών.

Η ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΚΑΛΩΔΟΠΟΙΗΣΗ που απαιτείται για το έργο είναι ελάχιστη επειδή ο μικροϋπολογιστής που χρησιμοποιείται βρίσκεται σε μια αυτοτελή πλακέτα. Μόνο δύο τρανζίστορ, μια αντίσταση και μια δίοδος χρειάζεται να συνδεθούν, εκτός από τον ενσωματωμένο οπτικό αισθητήρα (που περιέχει ένα φωτοτρανζίστορ και μια δίοδο εκπομπής φωτός). Αν και η απόδοση του κυκλώματος "καθρέφτη ρεύματος" θα είναι ανώτερη εάν τα δύο τρανζίστορ του βρίσκονται στο ίδιο τσιπ πυριτίου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ξεχωριστά τρανζίστορ NPN εάν τα περιβλήματά τους είναι συνδεδεμένα (όπως φαίνεται παραπάνω), έτσι ώστε και τα δύο να παραμένουν ακριβώς στην ίδια θερμοκρασία.

Ωστόσο, ο Greg δεν σχεδίασε το κύκλωμά του για να μειώσει την τριβή. Αυτό το χαρακτηριστικό αποδείχθηκε ότι ήταν ένα απρόβλεπτο όφελος της χρήσης της "διαμόρφωσης πλάτους παλμού" για τον έλεγχο του μέσου ρεύματος που αποστέλλεται μέσω του πηνίου. Με αυτό το σύστημα, ο χρόνος μεταξύ των διαδοχικών παλμών παραμένει ο ίδιος, αλλά ο μικροελεγκτής μεταβάλλει τον κύκλο λειτουργίας - το κλάσμα του κύκλου κατά το οποίο το ρεύμα παραμένει ενεργοποιημένο. Οι παλμοσειρές με μικρούς κύκλους λειτουργίας ενεργοποιούν το πηνίο μόνο για ένα μικρό μέρος του συνολικού χρόνου και έτσι μπορούν να ανυψώσουν μόνο τα μικρότερα βάρη, ενώ οι παλμοσειρές με μεγαλύτερους κύκλους λειτουργίας μπορούν να ανυψώσουν βαρύτερα φορτία. Ο μικροεπεξεργαστής του Greg μπορεί να παράγει 1.024 διαφορετικές τιμές για τον κύκλο λειτουργίας. Αυτός ο αριθμός καθορίζει το δυναμικό εύρος της ζυγαριάς. Εάν το μέγιστο ρεύμα ρυθμιστεί έτσι ώστε η συσκευή να μπορεί να ανυψώσει μέχρι ένα χιλιοστόγραμμο, για παράδειγμα, η μικρότερη ανιχνεύσιμη μάζα θα είναι περίπου ένα μικρογραμμάριο.

Μια τέτοια ευαισθησία είναι αρκετά εντυπωσιακή. Ωστόσο, ο μικροϋπολογιστής που τρέχει την παράσταση δεν χρειάζεται να είναι κάτι το ιδιαίτερο. Πράγματι, έχει κανείς μια ιλιγγιώδη σειρά επιλογών για να διαλέξει. Αλλά αν δεν έχετε ιδέα πώς να προχωρήσετε στην επιλογή και τον προγραμματισμό ενός μικροεπεξεργαστή, μην ανησυχείτε: ο Greg ανέπτυξε το όργανό του με γνώμονα τον αρχάριο. Χρησιμοποίησε το κιτ αξιολόγησης μικροελεγκτών flash της Atmel AT 89/90 Series, το οποίο περιλαμβάνει έναν πλήρως λειτουργικό και εξαιρετικά ευέλικτο μικροϋπολογιστή, έναν που συνδέεται απευθείας με έναν προσωπικό υπολογιστή. Αυτό το κιτ (μοντέλο STK-200) περιλαμβάνει όλα όσα χρειάζεστε για να ξεκινήσετε και κοστίζει λιγότερο από 50 δολάρια (δείτε την Amtel Corporation για έναν κατάλογο προμηθευτών).

Δυστυχώς για τους χρήστες Macintosh, αυτό το σύστημα υποστηρίζει μόνο συμβατά IBM. Σε κάθε περίπτωση, δεν χρειάζεται να προγραμματίσετε τα πάντα από το μηδέν, επειδή ο Greg ανέπτυξε όλο το λογισμικό που απαιτείται για τη λειτουργία της συσκευής, συμπεριλαμβανομένων οδηγιών που δείχνουν το βάρος σε πραγματικό χρόνο σε μια μικρή οθόνη υγρών κρυστάλλων (αριθμός καταλόγου 73-1058-ND από την Digi-Key- 800-344-4539). Μπορείτε να κατεβάσετε δωρεάν τον κώδικά του από την ιστοσελίδα της Εταιρείας Ερασιτεχνών Επιστημόνων.

Όπως και με τον αρχικό σχεδιασμό του George, σχεδόν οποιοδήποτε γαλβανόμετρο που θα βρείτε σε ένα καλάθι με πλεονάζοντα προϊόντα θα λειτουργήσει. Απλά βεβαιωθείτε ότι μετράει μικρά ρεύματα και ότι η βελόνα του τείνει να παραμένει στη θέση της όταν η μονάδα κουνιέται γρήγορα από τη μία πλευρά στην άλλη. Ενώ το πρωτότυπο του George απαιτούσε από τον χειριστή να αλληθωρίζει τη βελόνα, το ηλεκτροβαρόμετρο του Greg ανιχνεύει τη θέση της βελόνας ηλεκτρονικά χρησιμοποιώντας ένα φωτοτρανζίστορ και μια δίοδο εκπομπής φωτός, τα οποία μπορείτε επίσης να αγοράσετε από την Digi-Key (ο αριθμός καταλόγου QVA11334QT-ND περιλαμβάνει μια ενιαία μονάδα). Τρυπήστε ένα μικρό κομμάτι φύλλου αλουμινίου με μια καρφίτσα και κεντράρετε την οπή στο φωτοτρανζίστορ, όπως φαίνεται στη σελίδα 90. Με το αλουμινόχαρτο να καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος του φωτοτρανζίστορ, το σήμα θα μεταβεί από πλήρως ενεργοποιημένο σε πλήρως απενεργοποιημένο πολύ γρήγορα όταν η βελόνα διακόψει το φως από τη δίοδο. Συνδέστε ένα κομμάτι ξύλου μπάλσα όπως φαίνεται στην εικόνα για να σταματήσετε τη βελόνα ακριβώς σε αυτό το σημείο.

Εάν στο πηνίο υπάρχει πολύ μικρό ρεύμα, η βελόνα θα ακουμπήσει στο κάτω κομμάτι μπάλσα και θα εμποδίσει το φως. Πολύ ρεύμα σηκώνει τη βελόνα εντελώς έξω από τη διαδρομή του φωτός. Το λογισμικό του Greg χρησιμοποιεί έναν εξελιγμένο αλγόριθμο για να διατηρεί τη βελόνα ισορροπημένη μεταξύ αυτών των δύο καταστάσεων. Αφού η συσκευή έχει βαθμονομηθεί και ταυτοποιηθεί κατάλληλα, αυτό το πλάτος παλμού αντικατοπτρίζει τη μάζα του δείγματος.

ΗΣΥΝΕΧΗΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ του μεταβαλλόμενου βάρους ενός μήκους ενός εκατοστού βρεγμένης κλωστής αποδεικνύει την ευελιξία αυτού του φθηνού οργάνου.

Το κύκλωμα ελέγχου που βοηθά στην επίτευξη όλης αυτής της μαγείας φαίνεται παραπάνω. Θα χρειαστεί να ρυθμίσετε την τιμή του R1 για να ρυθμίσετε το μέγιστο ρεύμα σε κάτι που μπορεί να χειριστεί ο μετρητής σας. Το ρεύμα πλήρους κλίμακας μπορεί να αναγράφεται στο μετρητή. Διαφορετικά, χρησιμοποιήστε μια μεταβλητή αντίσταση, μια μπαταρία εννέα βολτ και ένα μετρητή ρεύματος για να το μετρήσετε. Επειδή το γαλβανόμετρο του Γκρεγκ έφτανε τα πέντε χιλιοστά του δευτερολέπτου, προγραμμάτισε τον μικροελεγκτή να δημιουργεί ρεύμα πέντε χιλιοστών του δευτερολέπτου, παρέχοντας παλμό πέντε βολτ σε μια αντίσταση ενός kilohm.

Αυτό το ρεύμα δεν κατευθύνεται, ωστόσο, μέσω του πηνίου. Αντίθετα, ρέει μέσω ενός κυκλώματος που ονομάζεται καθρέφτης ρεύματος, ο οποίος αναγκάζει ένα πανομοιότυπο ρεύμα να περάσει μέσα στο πηνίο. Αυτό το τέχνασμα βελτιώνει δραματικά τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα της ζυγαριάς. Γιατί; Η αντίσταση του πηνίου εξαρτάται από τη θερμοκρασία του, η οποία αυξάνεται κάθε φορά που διαχέεται ηλεκτρική ενέργεια στο εσωτερικό του. Αλλά το κύκλωμα καθρέφτη διατηρεί το ρεύμα σταθερό, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του πηνίου.

Φυσικά, η αντίσταση του R1 θα μεταβάλλεται και η ίδια κάπως με τη θερμοκρασία, γεγονός που θα μπορούσε να προκαλέσει μετατόπιση της βαθμονόμησης. Επομένως, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε ένα εξάρτημα με χαμηλό συντελεστή θερμοκρασίας. Μια αντίσταση μεταλλικής μεμβράνης με ανοχή 1 τοις εκατό, για παράδειγμα, μετατοπίζεται τυπικά μόλις 50 μέρη ανά εκατομμύριο για κάθε βαθμό Κελσίου. Θα πρέπει επίσης να διατηρήσετε τα δύο τρανζίστορ στον καθρέφτη ρεύματος στην ίδια θερμοκρασία για να αποτρέψετε τη μετατόπιση αυτού του κυκλώματος. Είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε ένα σετ ταιριασμένων τρανζίστορ σε ένα ενιαίο τσιπ πυριτίου, όπως το CA3086 (48 λεπτά από την Circuit Specialists- 800-528-1417). Διαφορετικά, συνδέστε δύο πανομοιότυπα διακοπτικά τρανζίστορ NPN μεταξύ τους με τα περιβλήματά τους να εφάπτονται, όπως φαίνεται παραπάνω.

Μια απολαυστική επίδειξη της ευαισθησίας που επιτυγχάνει η συσκευή του φαίνεται στο γράφημα στα αριστερά. Ο Greg μούσκεψε ένα εκατοστό λεπτό νήμα σε νερό. Στη συνέχεια παρακολούθησε το βάρος του καθώς το νερό εξατμιζόταν αργά. Αξιοσημείωτο.