中學(xué)生發(fā)明“家用水質(zhì)鑒別裝置”獲青少年創(chuàng)新大賽獎(jiǎng)
2014-04-18 18:53:55
admin
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據(jù)和訊網(wǎng)2012年2月2日訊 近來廣西龍江河段嚴(yán)重鎘污染事件備受關(guān)注，1月15日出現(xiàn)鎘含量超標(biāo)，27日柳江上游河段鎘濃度超標(biāo)已達(dá)5倍，29日糯米灘電站鎘超標(biāo)達(dá)8倍，一場(chǎng)“柳江保衛(wèi)戰(zhàn)”正在打響；再往前溯，2011年8月，南京江寧百家湖出現(xiàn)大面積污染，類似牛奶的乳白色污水從某小區(qū)的雨水管道直接排入湖中；2010年4月7日，沈陽團(tuán)結(jié)水庫被嚴(yán)重污染，水質(zhì)變成黑色造成魚類大批死亡，水庫出現(xiàn)綿延兩公里的死魚帶……在我們身邊不時(shí)聽到一件件讓人揪心的水安全事件，水質(zhì)問題不得不引起人們的重視；為了深入了解這一問題，北京市房山區(qū)良鄉(xiāng)電業(yè)中學(xué)徐策、王雪和同學(xué)決定制作一個(gè)裝置來檢驗(yàn)一下我們身邊的水質(zhì)是否安全。
他們利用課余的時(shí)間去詢問老師，上網(wǎng)查閱一些資料，也訪問了一些有關(guān)的專家，從而得知，水中是否含有重金屬或酸類等導(dǎo)電的離子是判斷水質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。我們知道，水是一種弱電解質(zhì)，能夠電解出微量的H+和OH-，具有微弱的導(dǎo)電性。當(dāng)水被重金屬或酸類等物質(zhì)污染時(shí)，水中的導(dǎo)電離子含量會(huì)增加，使水的導(dǎo)電性增加。
他們?cè)谠O(shè)計(jì)這個(gè)裝置時(shí)，考慮到了以下一些問題。第一，如何記錄水質(zhì)純凈對(duì)應(yīng)的電阻值；第二，如何提高測(cè)量的靈敏性；第三，如何直觀的顯示測(cè)量結(jié)果；第四，如何給裝置供電。
首先，為了提高測(cè)量的靈敏度，他們采用振蕩信號(hào)來測(cè)量被測(cè)液體的導(dǎo)電性。采用振蕩電路芯片與外圍的電阻、電容構(gòu)成多個(gè)電路，從而產(chǎn)生一個(gè)振蕩的測(cè)試信號(hào)，通過測(cè)試探頭放在被測(cè)液體中。其次，為了記錄純凈水質(zhì)的導(dǎo)電性，他們將一個(gè)電阻串接在一個(gè)探頭的輸入端，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻來確定純凈水質(zhì)的導(dǎo)電性，也為與被測(cè)試水質(zhì)的導(dǎo)電性比較提供了依據(jù)。為了便于家庭使用，他們?cè)谠O(shè)計(jì)中還特意采用了一些集成電路芯片，縮小了裝置的體積。用一塊9伏的干電池做能源，這臺(tái)鑒別器就運(yùn)轉(zhuǎn)起來了。為了直觀地顯示測(cè)試結(jié)果，水質(zhì)的純凈程度由高至低，用綠、黃、紅三種顏色的LED燈來表示。
根據(jù)這個(gè)思路，他們利用周末的時(shí)間到大的電子市場(chǎng)淘所需要的材料，在此過程中也在思考如何優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)一切準(zhǔn)備工作做好了之后，他們開始組裝儀器。在這個(gè)過程中，也接觸到了平時(shí)課本中學(xué)習(xí)不到的內(nèi)容。在老師幫助下，他們拿起了電烙鐵去焊接電路板，拿起改錐和鐵鉗不斷調(diào)整螺絲所放的位置……在調(diào)試過程中，設(shè)計(jì)中的一些不完善的地方也會(huì)表現(xiàn)出來，有時(shí)讓他們感到沮喪、甚至懊惱。但是作品不可能半途而廢，在情緒調(diào)整好后，他們繼續(xù)埋頭苦干，找出錯(cuò)誤，*終這件作品成功面世。
接下來就是拿著這個(gè)裝置去做實(shí)驗(yàn)。他們來到了學(xué)校，學(xué)校的水管有兩個(gè)出水口，一個(gè)是直飲水，另一個(gè)是自來水。當(dāng)把儀器的探頭放到盛有直飲水的燒杯中時(shí)，儀器上的綠燈馬上亮了起來，說明了水的安全性。而當(dāng)把探頭放入盛有自來水的燒杯中時(shí)，黃燈亮了起來，說明水質(zhì)還需進(jìn)一步凈化。他們又測(cè)試家中的自來水，同樣是黃燈亮，而在桶裝的純凈水中，綠燈亮了起來。
在2011年舉行的第31屆北京市青少年創(chuàng)新大賽中，他們的“家用水質(zhì)鑒別裝置”獲得了二等獎(jiǎng)。