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
2014-04-18 18:53:55
admin
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據和訊網(wǎng)2012年2月2日訊 近來(lái)廣西龍江河段嚴重鎘污染事件備受關(guān)注，1月15日出現鎘含量超標，27日柳江上游河段鎘濃度超標已達5倍，29日糯米灘電站鎘超標達8倍，一場(chǎng)“柳江保衛戰”正在打響；再往前溯，2011年8月，南京江寧百家湖出現大面積污染，類(lèi)似牛奶的乳白色污水從某小區的雨水管道直接排入湖中；2010年4月7日，沈陽(yáng)團結水庫被嚴重污染，水質(zhì)變成黑色造成魚(yú)類(lèi)大批死亡，水庫出現綿延兩公里的死魚(yú)帶……在我們身邊不時(shí)聽(tīng)到一件件讓人揪心的水安全事件，水質(zhì)問(wèn)題不得不引起人們的重視；為了深入了解這一問(wèn)題，北京市房山區良鄉電業(yè)中學(xué)徐策、王雪和同學(xué)決定制作一個(gè)裝置來(lái)檢驗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(xún)問(wèn)老師，上網(wǎng)查閱一些資料，也訪(fǎng)問(wèn)了一些有關(guān)的專(zhuān)家，從而得知，水中是否含有重金屬或酸類(lèi)等導電的離子是判斷水質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節。我們知道，水是一種弱電解質(zhì)，能夠電解出微量的H+和OH-，具有微弱的導電性。當水被重金屬或酸類(lèi)等物質(zhì)污染時(shí)，水中的導電離子含量會(huì )增加，使水的導電性增加。
他們在設計這個(gè)裝置時(shí)，考慮到了以下一些問(wèn)題。第一，如何記錄水質(zhì)純凈對應的電阻值；第二，如何提高測量的靈敏性；第三，如何直觀(guān)的顯示測量結果；第四，如何給裝置供電。
首先，為了提高測量的靈敏度，他們采用振蕩信號來(lái)測量被測液體的導電性。采用振蕩電路芯片與外圍的電阻、電容構成多個(gè)電路，從而產(chǎn)生一個(gè)振蕩的測試信號，通過(guò)測試探頭放在被測液體中。其次，為了記錄純凈水質(zhì)的導電性，他們將一個(gè)電阻串接在一個(gè)探頭的輸入端，通過(guò)調節可調電阻來(lái)確定純凈水質(zhì)的導電性，也為與被測試水質(zhì)的導電性比較提供了依據。為了便于家庭使用，他們在設計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，這臺鑒別器就運轉起來(lái)了。為了直觀(guān)地顯示測試結果，水質(zhì)的純凈程度由高至低，用綠、黃、紅三種顏色的LED燈來(lái)表示。
根據這個(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(guò)程中也在思考如何優(yōu)化設計。當一切準備工作做好了之后，他們開(kāi)始組裝儀器。在這個(gè)過(guò)程中，也接觸到了平時(shí)課本中學(xué)習不到的內容。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整螺絲所放的位置……在調試過(guò)程中，設計中的一些不完善的地方也會(huì )表現出來(lái)，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，在情緒調整好后，他們繼續埋頭苦干，找出錯誤，*終這件作品成功面世。
接下來(lái)就是拿著(zhù)這個(gè)裝置去做實(shí)驗。他們來(lái)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(lái)水。當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(lái)，說(shuō)明了水的安全性。而當把探頭放入盛有自來(lái)水的燒杯中時(shí)，黃燈亮了起來(lái)，說(shuō)明水質(zhì)還需進(jìn)一步凈化。他們又測試家中的自來(lái)水，同樣是黃燈亮，而在桶裝的純凈水中，綠燈亮了起來(lái)。
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。