Shawn Carlson tarafından (Scientific American, Haziran 1996) ancak bir vespiary linkinden alınmıştır. ancak, cevaplarda güncellenmiş bir versiyonunu yayınlayacağım!!! ^_^
Mikrogram terazileri fevkalade küçük kütleleri ölçebilen akıllı cihazlardır. En üst düzey modeller, bir gramın milyonda birinin onda birine kadar tekrarlanabilir ölçümler üretmek için mekanik izolasyon, ısı yalıtımı ve elektronik sihirbazlığın ustaca bir kombinasyonunu kullanır. Ayrıntılı cam muhafazaları ve cilalı altın kaplama armatürleri ile bu teraziler bilimsel aletlerden çok sanat eserlerine benziyor. Yeni modellerin fiyatı 10.000 dolardan fazla olabilir ve genellikle arka plandaki gürültüden güvenilir veriler elde etmek için bir ustanın dokunuşunu gerektirir.
Ancak tüm maliyetlerine ve dışa dönük karmaşıklıklarına rağmen, bu cihazlar özünde oldukça basittir. Yaygın bir tip, bir kaldıraç kolunun ucundaki bir numuneyi hassas bir şekilde dengeleyen bir tork sağlamak için manyetik bir bobin kullanır. Bobindeki elektrik akımının artırılması torku artırır. Bu nedenle numunenin ağırlığını dengelemek için gereken akım, kütlesinin doğrudan bir ölçüsüdür. Ticari terazilerdeki bobinler cilalı mavi safirden yapılmış miller üzerinde hareket eder. Safirler kullanılır çünkü aşırı sertlikleri (sadece elmaslar daha serttir) pivotların aşınmasını önler. Sofistike algılama cihazları ve devreler bobindeki akımı kontrol eder - mikrogram elektro terazilerin bu kadar pahalı olmasının nedeni budur.
Ve bu amatörler için iyi bir haber. Sensörlerin yerine gözlerinizi, kontrol devrelerinin yerine de ellerinizi koymaya istekliyseniz, 30 dolardan daha az bir fiyata hassas bir elektro terazi inşa edebilirsiniz.
Vista, Kaliforniya'dan George Schmermund bu gerçeği bana açıkça gösterdi. Schmermund, 20 yılı aşkın bir süredir bilimsel ekipman satın alan, onaran ve özelleştiren Science Resources adlı küçük bir şirket işletiyor. Her ne kadar müşterileri için sade bir profesyonel olsa da, onun iş dünyasında sadece gerçek tutkusu olan amatör bilimin tadını çıkarabilecek kadar para kazanabilmek için zaman harcayan oldukça özgür bir ruh olduğunu biliyorum.
Schmermund zaten dört adet pahalı ticari mikrogram terazisine sahip. Ancak amatör bilimi ilerletmek adına, ucuza ne kadar iyi yapabileceğini görmeye karar verdi. Akım ölçen bir cihaz olan eski bir galvanometre ile bir peynir tahtasını birleştirerek dahiyane bir yöntem geliştirdi. Sonuç, yaklaşık 10 mikrogramdan 500.000 mikrograma (0,5 gram) kadar olan ağırlıkları belirleyebilen bir elektro terazi oldu.
Ölçümlerin hassasiyeti oldukça etkileyici. Tasarımının bir miligramı aşan kütleleri yüzde 1'e kadar ölçebildiğini bizzat teyit ettim. Dahası, 100 mikrogram aralığında iki mikrogram kadar az farklılık gösteren kütleler arasında ayrım yapabiliyor. Ve hesaplamalar, cihazın 10 mikrogram kadar küçük tek kütleleri ölçebileceğini gösteriyor (test etmek için bu kadar küçük bir ağırlığım yoktu).
En önemli bileşen olan galvanometreyi bulmak çok kolay. Bu cihazlar, bir bobin üzerine monte edilmiş bir iğne kullanan türden eski analog elektrik sayaçlarının çoğunun merkezidir. Bobinden geçen akım, iğneyi saptıran bir manyetik alan yaratır. Schmermund'un tasarımı, dikey düzleme monte edilmiş iğnenin kaldıraç kolu olarak hareket etmesini gerektiriyor: numuneler iğnenin ucundan sarkıyor.
Elektronik malzeme satan mağazalarda muhtemelen birkaç analog galvanometre bulunacaktır. Kaliteyi değerlendirmenin iyi bir yolu, ölçüm cihazını hafifçe bir yandan diğer yana sallamaktır. İğne yerinde duruyorsa, uygun bir bobin tutuyorsunuz demektir. Bu testin ötesinde, iyi bir ölçüm cihazı seçerken garip bir estetik duygusu bana rehberlik eder. Bu duyguyu tarif etmek sinir bozucu derecede zordur, ancak baktığımda "İşte bu güzel bir ölçüm cihazı!" diyebiliyorsam, satın alırım. Bu estetik bulanıklığın pratik bir faydası da var. İnce işçilikli ve özenle tasarlanmış ölçüm cihazları genellikle, safir yatakları ve tümüyle kaliteli elektro terazilerde kullanılan bobinler kadar iyi olan zarif bobinler barındırır. Teraziyi kurmak için, iğneye zarar vermemeye dikkat ederek bobini yavaşça ölçüm cihazı muhafazasından kurtarın. Bobini hurda bir alüminyum levha üzerine monte edin [karşı sayfadaki resme bakın]. Eğer alüminyum sac kullanamıyorsanız, bobini plastik bir proje kutusunun içine monte edin. Teraziyi hava akımlarından izole etmek için, tüm düzeneği cam kaplı bir peynir tahtasına sabitleyin, alüminyum levha dik duracak ve böylece iğne yukarı ve aşağı hareket edecektir. Ölçüm cihazından alınan iki ağır koruma teli, iğnenin hareket alanını kısıtlamak için alüminyum desteğe monte edilir.
İğnenin ucunun hemen arkasındaki alüminyum desteğe küçük bir cıvatayı epoksi ile yapıştırın. İğne, dokunmadan cıvatanın hemen önünden geçmelidir. Cıvatayı küçük bir parça inşaat kağıdı ile kaplayın, ardından kağıdın ortasına ince bir yatay çizgi çizin. Bu çizgi skalanın sıfır konumunu tanımlar.
İğneden sarkan numune tepsisi, yalıtılmamış telin bükülmesiyle elde edilen küçük bir çerçeveden ibarettir. Telin tam çapı kritik değildir, ancak ince tutun: 28-gauge tel iyi çalışır. Küçük bir alüminyum folyo çemberi tel çerçevenin tabanında durur ve tepsi tavası görevi görür. Vücut yağlarıyla kirlenmeyi önlemek için tepsiye (veya numuneye) asla parmaklarınızla dokunmayın; bunun yerine her zaman bir cımbız kullanın.
Galvanometre bobinine enerji vermek için sabit beş volt sağlayan bir devreye ihtiyacınız olacaktır [aşağıdaki devre şemasına bakın]. Adaptörden sisteme sızabilecek düşük frekanslı voltaj dalgalanmalarını bastırabilecek filtreler eklemek istemiyorsanız pillerin yerine AC-DC adaptörü kullanmayın. En az 0,1 milivolt kadar küçük dalgalanmalar en küçük ağırlıkları çözme yeteneğinizi keskin bir şekilde azaltacaktır.
Cihaz iki hassas, 100kilohm, 10 turlu, değişken direnç (potansiyometre veya reosta olarak da adlandırılır) kullanır - birincisi bobin üzerindeki voltajı ayarlamak için, ikincisi ise sıfır referansı sağlamak için. 20 mikrofaradlık bir kondansatör, bobini dirençlerin tepkisindeki herhangi bir sarsıntıya karşı tamponlar ve iğnenin konumunda hassas ayarlamalar yapılmasına yardımcı olur. Bobin üzerindeki gerilimi ölçmek için 0,1 milivolt değerine kadar okuyabilen dijital bir voltmetreye ihtiyacınız olacaktır. Radio Shack el tipi versiyonlarını 80 dolardan daha ucuza satmaktadır. Schmermund'un terazisi beş voltluk bir güç kaynağı kullanarak 150 miligram kaldırabilir. Daha büyük ağırlıklar için 7805 tipi voltaj düzenleyici çipi 7812 çip ile değiştirin. Sabit bir 12 volt üretecek ve yaklaşık yarım gram ağırlığındaki nesneleri kaldıracaktır.
Teraziyi kalibre etmek için bir dizi bilinen mikrogram ağırlığa ihtiyacınız olacaktır. Bir ile 100 mikrogram arasında tek bir yüksek hassasiyetli kalibre edilmiş ağırlığın fiyatı genellikle 75 dolardır ve en az iki taneye ihtiyacınız olacaktır. Ancak bunun daha ucuz bir yolu var. Amatör Bilim İnsanları Derneği, bu projeye uygun iki adet kalibre edilmiş mikrogram ağırlığından oluşan setleri 10 dolara satışa sunuyor. Bu iki ağırlığın, terazinizi bilinen dört kütle ile kalibre etmenizi sağlayacağını unutmayın: sıfır, birinci ağırlık, ikinci ağırlık ve iki ağırlığın toplamı.
Ölçüm yapmak için terazi kefesi boşken başlayın. Cihazı cam muhafaza ile örtün. İlk direnci en yüksek değerine ayarlayarak elektrik akımını azaltın. Ardından, ikinci direnci voltaj sıfıra en yakın değere gelene kadar ayarlayın. Bu voltajı not edin ve tüm ölçüm setinizi bitirene kadar bu dirence bir daha dokunmayın. Şimdi birinci direnci, ibre alt durağa inene kadar yukarı çevirin, ardından ibre sıfır işaretine dönecek şekilde geri çevirin. Gerilim değerini tekrar not edin. Skalanın sıfır noktasını tanımlamak için üç voltaj ölçümünün ortalamasını kullanın.
Ardından, iğne alt tel desteğinin üzerine gelene kadar direnci artırın. Tepsiye bir ağırlık yerleştirin ve armatür bir kez daha çizgiyi gizleyene kadar direnci azaltın. Voltajı kaydedin. Tekrar, ölçümü üç kez tekrarlayın ve ortalamasını alın. Bu iki ortalama voltaj arasındaki fark, numunenin ağırlığının doğrudan bir ölçüsüdür.
Kalibre edilmiş ağırlıkları ölçtükten sonra, uygulanan voltaja karşı kaldırılan kütleyi çizin. Veriler düz bir çizgi üzerinde olmalıdır. Herhangi bir ara gerilime karşılık gelen kütle daha sonra eğriden doğrudan okunabilir.
Schmermund'un terazisi 10 miligramın üzerinde son derece doğrusaldır. Kalibrasyon çizgisinin eğimi, elimizdeki en küçük kalibre edilmiş ağırlık olan 500 mikrogramda yalnızca yüzde 4 oranında azalmıştır. Yine de, terazinizi her kullandığınızda kalibre etmenizi ve numunelerinizi her zaman doğrudan kalibre edilmiş ağırlıklarınızla karşılaştırmanızı şiddetle tavsiye ederim.
Mikrogram terazileri fevkalade küçük kütleleri ölçebilen akıllı cihazlardır. En üst düzey modeller, bir gramın milyonda birinin onda birine kadar tekrarlanabilir ölçümler üretmek için mekanik izolasyon, ısı yalıtımı ve elektronik sihirbazlığın ustaca bir kombinasyonunu kullanır. Ayrıntılı cam muhafazaları ve cilalı altın kaplama armatürleri ile bu teraziler bilimsel aletlerden çok sanat eserlerine benziyor. Yeni modellerin fiyatı 10.000 dolardan fazla olabilir ve genellikle arka plandaki gürültüden güvenilir veriler elde etmek için bir ustanın dokunuşunu gerektirir.
Ancak tüm maliyetlerine ve dışa dönük karmaşıklıklarına rağmen, bu cihazlar özünde oldukça basittir. Yaygın bir tip, bir kaldıraç kolunun ucundaki bir numuneyi hassas bir şekilde dengeleyen bir tork sağlamak için manyetik bir bobin kullanır. Bobindeki elektrik akımının artırılması torku artırır. Bu nedenle numunenin ağırlığını dengelemek için gereken akım, kütlesinin doğrudan bir ölçüsüdür. Ticari terazilerdeki bobinler cilalı mavi safirden yapılmış miller üzerinde hareket eder. Safirler kullanılır çünkü aşırı sertlikleri (sadece elmaslar daha serttir) pivotların aşınmasını önler. Sofistike algılama cihazları ve devreler bobindeki akımı kontrol eder - mikrogram elektro terazilerin bu kadar pahalı olmasının nedeni budur.
Ve bu amatörler için iyi bir haber. Sensörlerin yerine gözlerinizi, kontrol devrelerinin yerine de ellerinizi koymaya istekliyseniz, 30 dolardan daha az bir fiyata hassas bir elektro terazi inşa edebilirsiniz.
Vista, Kaliforniya'dan George Schmermund bu gerçeği bana açıkça gösterdi. Schmermund, 20 yılı aşkın bir süredir bilimsel ekipman satın alan, onaran ve özelleştiren Science Resources adlı küçük bir şirket işletiyor. Her ne kadar müşterileri için sade bir profesyonel olsa da, onun iş dünyasında sadece gerçek tutkusu olan amatör bilimin tadını çıkarabilecek kadar para kazanabilmek için zaman harcayan oldukça özgür bir ruh olduğunu biliyorum.
Schmermund zaten dört adet pahalı ticari mikrogram terazisine sahip. Ancak amatör bilimi ilerletmek adına, ucuza ne kadar iyi yapabileceğini görmeye karar verdi. Akım ölçen bir cihaz olan eski bir galvanometre ile bir peynir tahtasını birleştirerek dahiyane bir yöntem geliştirdi. Sonuç, yaklaşık 10 mikrogramdan 500.000 mikrograma (0,5 gram) kadar olan ağırlıkları belirleyebilen bir elektro terazi oldu.
Ölçümlerin hassasiyeti oldukça etkileyici. Tasarımının bir miligramı aşan kütleleri yüzde 1'e kadar ölçebildiğini bizzat teyit ettim. Dahası, 100 mikrogram aralığında iki mikrogram kadar az farklılık gösteren kütleler arasında ayrım yapabiliyor. Ve hesaplamalar, cihazın 10 mikrogram kadar küçük tek kütleleri ölçebileceğini gösteriyor (test etmek için bu kadar küçük bir ağırlığım yoktu).
En önemli bileşen olan galvanometreyi bulmak çok kolay. Bu cihazlar, bir bobin üzerine monte edilmiş bir iğne kullanan türden eski analog elektrik sayaçlarının çoğunun merkezidir. Bobinden geçen akım, iğneyi saptıran bir manyetik alan yaratır. Schmermund'un tasarımı, dikey düzleme monte edilmiş iğnenin kaldıraç kolu olarak hareket etmesini gerektiriyor: numuneler iğnenin ucundan sarkıyor.
Elektronik malzeme satan mağazalarda muhtemelen birkaç analog galvanometre bulunacaktır. Kaliteyi değerlendirmenin iyi bir yolu, ölçüm cihazını hafifçe bir yandan diğer yana sallamaktır. İğne yerinde duruyorsa, uygun bir bobin tutuyorsunuz demektir. Bu testin ötesinde, iyi bir ölçüm cihazı seçerken garip bir estetik duygusu bana rehberlik eder. Bu duyguyu tarif etmek sinir bozucu derecede zordur, ancak baktığımda "İşte bu güzel bir ölçüm cihazı!" diyebiliyorsam, satın alırım. Bu estetik bulanıklığın pratik bir faydası da var. İnce işçilikli ve özenle tasarlanmış ölçüm cihazları genellikle, safir yatakları ve tümüyle kaliteli elektro terazilerde kullanılan bobinler kadar iyi olan zarif bobinler barındırır. Teraziyi kurmak için, iğneye zarar vermemeye dikkat ederek bobini yavaşça ölçüm cihazı muhafazasından kurtarın. Bobini hurda bir alüminyum levha üzerine monte edin [karşı sayfadaki resme bakın]. Eğer alüminyum sac kullanamıyorsanız, bobini plastik bir proje kutusunun içine monte edin. Teraziyi hava akımlarından izole etmek için, tüm düzeneği cam kaplı bir peynir tahtasına sabitleyin, alüminyum levha dik duracak ve böylece iğne yukarı ve aşağı hareket edecektir. Ölçüm cihazından alınan iki ağır koruma teli, iğnenin hareket alanını kısıtlamak için alüminyum desteğe monte edilir.
İğnenin ucunun hemen arkasındaki alüminyum desteğe küçük bir cıvatayı epoksi ile yapıştırın. İğne, dokunmadan cıvatanın hemen önünden geçmelidir. Cıvatayı küçük bir parça inşaat kağıdı ile kaplayın, ardından kağıdın ortasına ince bir yatay çizgi çizin. Bu çizgi skalanın sıfır konumunu tanımlar.
İğneden sarkan numune tepsisi, yalıtılmamış telin bükülmesiyle elde edilen küçük bir çerçeveden ibarettir. Telin tam çapı kritik değildir, ancak ince tutun: 28-gauge tel iyi çalışır. Küçük bir alüminyum folyo çemberi tel çerçevenin tabanında durur ve tepsi tavası görevi görür. Vücut yağlarıyla kirlenmeyi önlemek için tepsiye (veya numuneye) asla parmaklarınızla dokunmayın; bunun yerine her zaman bir cımbız kullanın.
Galvanometre bobinine enerji vermek için sabit beş volt sağlayan bir devreye ihtiyacınız olacaktır [aşağıdaki devre şemasına bakın]. Adaptörden sisteme sızabilecek düşük frekanslı voltaj dalgalanmalarını bastırabilecek filtreler eklemek istemiyorsanız pillerin yerine AC-DC adaptörü kullanmayın. En az 0,1 milivolt kadar küçük dalgalanmalar en küçük ağırlıkları çözme yeteneğinizi keskin bir şekilde azaltacaktır.
Cihaz iki hassas, 100kilohm, 10 turlu, değişken direnç (potansiyometre veya reosta olarak da adlandırılır) kullanır - birincisi bobin üzerindeki voltajı ayarlamak için, ikincisi ise sıfır referansı sağlamak için. 20 mikrofaradlık bir kondansatör, bobini dirençlerin tepkisindeki herhangi bir sarsıntıya karşı tamponlar ve iğnenin konumunda hassas ayarlamalar yapılmasına yardımcı olur. Bobin üzerindeki gerilimi ölçmek için 0,1 milivolt değerine kadar okuyabilen dijital bir voltmetreye ihtiyacınız olacaktır. Radio Shack el tipi versiyonlarını 80 dolardan daha ucuza satmaktadır. Schmermund'un terazisi beş voltluk bir güç kaynağı kullanarak 150 miligram kaldırabilir. Daha büyük ağırlıklar için 7805 tipi voltaj düzenleyici çipi 7812 çip ile değiştirin. Sabit bir 12 volt üretecek ve yaklaşık yarım gram ağırlığındaki nesneleri kaldıracaktır.
Teraziyi kalibre etmek için bir dizi bilinen mikrogram ağırlığa ihtiyacınız olacaktır. Bir ile 100 mikrogram arasında tek bir yüksek hassasiyetli kalibre edilmiş ağırlığın fiyatı genellikle 75 dolardır ve en az iki taneye ihtiyacınız olacaktır. Ancak bunun daha ucuz bir yolu var. Amatör Bilim İnsanları Derneği, bu projeye uygun iki adet kalibre edilmiş mikrogram ağırlığından oluşan setleri 10 dolara satışa sunuyor. Bu iki ağırlığın, terazinizi bilinen dört kütle ile kalibre etmenizi sağlayacağını unutmayın: sıfır, birinci ağırlık, ikinci ağırlık ve iki ağırlığın toplamı.
Ölçüm yapmak için terazi kefesi boşken başlayın. Cihazı cam muhafaza ile örtün. İlk direnci en yüksek değerine ayarlayarak elektrik akımını azaltın. Ardından, ikinci direnci voltaj sıfıra en yakın değere gelene kadar ayarlayın. Bu voltajı not edin ve tüm ölçüm setinizi bitirene kadar bu dirence bir daha dokunmayın. Şimdi birinci direnci, ibre alt durağa inene kadar yukarı çevirin, ardından ibre sıfır işaretine dönecek şekilde geri çevirin. Gerilim değerini tekrar not edin. Skalanın sıfır noktasını tanımlamak için üç voltaj ölçümünün ortalamasını kullanın.
Ardından, iğne alt tel desteğinin üzerine gelene kadar direnci artırın. Tepsiye bir ağırlık yerleştirin ve armatür bir kez daha çizgiyi gizleyene kadar direnci azaltın. Voltajı kaydedin. Tekrar, ölçümü üç kez tekrarlayın ve ortalamasını alın. Bu iki ortalama voltaj arasındaki fark, numunenin ağırlığının doğrudan bir ölçüsüdür.
Kalibre edilmiş ağırlıkları ölçtükten sonra, uygulanan voltaja karşı kaldırılan kütleyi çizin. Veriler düz bir çizgi üzerinde olmalıdır. Herhangi bir ara gerilime karşılık gelen kütle daha sonra eğriden doğrudan okunabilir.
Schmermund'un terazisi 10 miligramın üzerinde son derece doğrusaldır. Kalibrasyon çizgisinin eğimi, elimizdeki en küçük kalibre edilmiş ağırlık olan 500 mikrogramda yalnızca yüzde 4 oranında azalmıştır. Yine de, terazinizi her kullandığınızda kalibre etmenizi ve numunelerinizi her zaman doğrudan kalibre edilmiş ağırlıklarınızla karşılaştırmanızı şiddetle tavsiye ederim.