povzetek - weebly · web viewv skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko...

36
OŠ Koseze Ledarska ulica 23, 1000 Ljubljana Raziskovalna naloga MERILNIK SLANOSTI Področje: Elektrotehnika, elektronika in robotika 9. razred Mentorica: Raziskovalec:

Upload: others

Post on 21-Feb-2020

13 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

OŠ Koseze

Ledarska ulica 23, 1000 Ljubljana

Raziskovalna naloga

MERILNIK SLANOSTI

Področje: Elektrotehnika, elektronika in robotika

9. razred

Mentorica: Raziskovalec:

Nina STRLIČ Jakob KREFT

Ljubljana, 2015

Page 2: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

KAZALO VSEBINE1. POVZETEK..................................................................................................................................4

2. UVOD.........................................................................................................................................5

3. HIPOTEZE...................................................................................................................................6

4. TEORETIČEN DEL........................................................................................................................7

4.1. Kaj je Arduino?..................................................................................................................7

4.2. Kako do senzorja soli?.......................................................................................................7

4.3. Sestava dobrih elektrod...................................................................................................10

5. EKSPERIMENTALNI DEL............................................................................................................14

5.1 Metode dela....................................................................................................................14

5.2 Meritve..................................................................................................................................17

6. REZULTATI...............................................................................................................................22

7. RAZPRAVA in ZAKLJUČEK.........................................................................................................24

8. ZAHVALE..................................................................................................................................27

9. LITERATURA.............................................................................................................................28

Spletni viri:..................................................................................................................................28

Knjižni viri:...................................................................................................................................28

2

Page 3: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

KAZALO SLIK

Slika 1: Mikrokrmilnik Arduino..........................................................................................................7Slika 2: Zgled vezja za senzor.............................................................................................................8Slika 3: Risba za lažjo predstavo, kako deluje senzor soli..................................................................9Slika 4: Merilec soli, ki ga lahko kupimo..........................................................................................10Slika 5: Nastajanje plašča srebrovega klorida na srebrnih elektrodah.............................................11Slika 6: Nastanek dobrih srebrnih elektrod s plaščem srebrovega klorida......................................11Slika 7: Elektroliza na srebrnih elektrodah po 20 sekundah v raztopini soli....................................12Slika 8: Knjiga Arduino projects in začetni komplet Arduino...........................................................15Slika 9: Deli, ki sem jih dobil v kompletu Arduino............................................................................15Slika 10: Preizkusil sem, če merilec upornosti deluje. Povezal sem žici z upornikom 220 ...........16Slika 11: Čaša s 100 g soli na kg vode..............................................................................................18Slika 12: Meritev pripravljenih raztopin soli za pripravo umeritvene krivulje.................................19Slika 13: Nekaj primerov jedi in pijač, ki sem jih testiral..................................................................22Slika 14: Nalepka na plastenki pijače Powerade..............................................................................25Slika 15: Obkrožen je podatek o slanosti mleka..............................................................................26

KAZALO GRAFOV

Graf 1: Primerjava meritev napetosti z uporabo srebrnih in bakrenih žic v času 150 s...................12Graf 2: Primerjava meritev upornosti z uporabo srebrnih in bakrenih žic v času 150 s...................13Graf 3: Koncentracija vzorcev..........................................................................................................18Graf 4: Umeritvena krivulja.............................................................................................................20Graf 5: Preračunane upornosti po enačbi 2.....................................................................................20Graf 6: Meritve koncentracije soli, prikazane v stolpičnem grafu...................................................23

3

Page 4: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

1. POVZETEK

Večkrat sem že slišal, da jemo preslano hrano, kar pa seveda ni zdravo. Želel sem

izmeriti koncentracijo soli v jedeh in pijačah.

Zamislil sem si, da bi lahko uporabil katerega od senzorjev za mikrokrmilnik

Arduino. Izkazalo se je, da tak senzor še ni na voljo. Zato sem se odločil, da ga

izdelam sam. Lastnost prevajanja električnega toka slanih raztopin sem izkoristil

za izdelavo senzorja oziroma merilca slanosti. Deluje na način delilnika napetosti,

ki nam omogoča izračunati vrednost neznanega upornika (na primer juha ali

omaka). Uporabil sem vse šolsko znanje matematike, fizike in pa znanje, ki sem

ga dobil na poletnih šolah programiranja in elektronike. Ko sem sestavil vezje in

napisal kodo, sem lahko naredil umeritveno krivuljo izmerjenih raztopin soli. Nato

sem izmeril koncentracijo soli v različni hrani in pijačah.

Rezultati so presenetljivi, še posebej pri izotoničnih pijačah, ki sploh niso tako

slane, kot je zabeleženo na embalaži ter pri juhi iz vrečke, ki je kar dvakrat bolj

slana od naših domačih juh.

4

Page 5: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

2. UVOD

Sem Jakob Kreft, hodim v 9. razred Osnovne šole Koseze in sem raziskoval

slanost določenih jedi in pijač s pomočjo senzorja slanosti, ki deluje glede na

prevodnost raztopine. Uporabil sem mikrokrmilnik Arduino. [1]

Sol je neizogibna sestavina naše hrane, saj je ena izmed mineralov, brez katerih

ne moremo živeti. [2] Najdemo jo skoraj v vsakem živilu. Toda, koliko soli je zares

koristne? Tudi sol lahko ob prevelikem zaužitju pusti hujše posledice. Lahko

povzroča previsok krvni tlak, ki je razlog mnogih zdravstvenih težav. Prekomerno

uživanje soli lahko vodi v debelost, lahko pa povzroči tudi osteoporozo, ledvične

kamne, sladkorno bolezen tipa 2 in včasih želodčnega raka. [2]

Odločil sem se, da bom s pomočjo mikrokrmilnika »Arduino« izdelal senzor in

merilnik soli, ki bo ljudem pomagal pri zmanjševanju količine zaužite soli, saj bodo

vedeli, koliko soli je v določeni hrani. Če kuhamo sami, tudi sami jedi solimo. Če

pa jemo vnaprej pripravljeno hrano, na primer konzerve, juhe iz vrečk ali obroke v

restavracijah, pa se zanašamo na podatke, ki jih najdemo napisane na embalaži.

Naš okus pa nas lahko zavede in si hrano pretirano dosolimo, ali pa pojemo

preveč preslanih jedi, saj smo pred tem jedli slan čips ali pico, zato imamo

občutek, da juha, ki jo jemo, sploh ni slana. Tak dodatek jedem močno slanega

okusa je na primer sojina omaka.

5

Page 6: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

3. HIPOTEZE Senzor, ki deluje na način meritev upornosti raztopin, bo deloval dobro in

natančno.

Jedi iz trgovin so bolj slane kot domače jedi.

Najbolj slana bo kupljena omaka za sarme v konzervi.

6

Page 7: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

4. TEORETIČEN DEL

4.1. Kaj je Arduino?

Arduino je mikrokrmilnik, ki omogoča lažjo komunikacijo z najrazličnejšimi senzorji

(slika 1). S pomočjo programerskega jezika lahko Arduino izvede ukaze. [1]

Razvili so ga na šoli v italijanskem mestu Ivrea in ga trenutno uporabljajo po celem

svetu za najrazličnejše projekte, ne samo šolske. [1] Izvirni Arduino ni zelo drag.

Na voljo pa so tudi neizvirne različice mikrokrmilnika Arduino, ki stanejo le 5 €.

Slika 1: Mikrokrmilnik Arduino

4.2. Kako do senzorja soli?

V 7. razredu smo se v šoli naučili, da destilirana voda le malo prevaja električni

tok, slana raztopina pa veliko bolj. Tako sem prišel do ideje merjenja soli v jedeh s

pomočjo lastnosti o prevajanju električnega toka.

Več kot je raztopljene soli, večja je prevodnost. Projekt izdelave sem si zamislil

takole:

V vodo bom potisnil žici, med katerima bo napetost 5 V, raztopina bo delovala kot

upor neznane količine, ki ga bom primerjal z uporom z znano upornostjo. Izmeril

bom napetost, ki je vmes med upornikom zaradi raztopine in znanim upornikom

1000 Ω. S tem bom ugotovil, kolikšen padec napetosti od začetnih 5 V je zaradi

znanega upora in kolikšen je zaradi naše raztopine. Uporabil bom to fizikalno

enačbo, da iz upornosti znanega upornika začetne napetosti 5 voltov in iz

7

Page 8: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________izmerjene napetosti izračunam, kolikšna je upornost merjene raztopine. V enačbi

za delilnik napetosti je x vhodna napetost 5 V, z je izhodna napetost med

uporoma, R2 je neznana upornost raztopine, R1 je znana upornost upora 1000 Ω.

[3]

Enačba 1:

z/x=R1/(R1+R2)

Enačbo sem preuredil, kot smo se v letošnjem šolskem letu učili pri matematiki in

izrazil neznano upornost R2:

Enačba 2:

R2=R1(x/z-1)

Vse enačbe sem zapisal v taki obliki, kot jih je najlažje vnesti v računalniški

program in v preglednico Excel.

Na internetu sem poiskal preprosto shemo delilnika napetosti, ki sem jo uporabil

za izgradnjo svojega merilca slanosti. [4]

Slika 2: Zgled vezja za senzor.

8

Page 9: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 3: Risba za lažjo predstavo, kako deluje senzor soli.

Vodni tok na Sliki 3 predstavlja električni tok, višina predstavlja napetost, širina

cevi pa upornost. Na prvo širino cevi vpliva naša neznana raztopina, druga pa je

znana in točno določena z uporom 1000 Ω. Na srednjem mestu merimo napetost.

Merilce soli lahko tudi kupimo. [5] Taki merilci stanejo okoli 20 €, kar je več kot

stane sistem Arduino in če merilec zgradimo sami, se tudi bolj zavedamo načina

meritve in možnih težav. Prednost Arduina je tudi v tem, da je uporaben še za

številne druge naloge in projekte. Različne fakultete ga uporabljajo za učenje fizike

in elektronike. Ena izmed njih je tudi ljubljanska Fakulteta za elektrotehniko. [6]

9

Page 10: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 4: Merilnik slanosti, ki ga lahko kupimo.

4.3. Sestava dobrih elektrod

Ob prvem poskusu meritve slanosti sem uporabil elektrode iz pocinkane žice iz

kompleta Arduino. Ugotovil sem, da je potekla elektroliza. Ena od elektrod, ki je

bila priklopljena na negativni pol (katoda), je spremenila barvo, kar bi lahko

vplivalo na meritve. Na katodi so se zaradi elektrolize vode pojavili tudi mehurčki.

V šoli smo se naučili, da je to plin vodik. Za elektrode sem poskusil uporabiti tudi

nepocinkane bakrene žice. Te so tudi spremenile barvo (katoda je potemnela),

sem pa ugotovil, da se izmerjena upornost prvih deset sekund močno spreminja.

Potreboval sem pomoč, saj nisem vedel, kako bi zmanjšal to spreminjanje

izmerjenih upornosti. Izvedel sem, da lahko uporabim srebrni žici, ki jih prej čez

noč namočim v varikino in na žicah bo nastal plašč srebrovega klorida.

10

Page 11: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 5: Nastajanje plašča srebrovega klorida na srebrnih elektrodah.

Slika 6: Nastanek dobrih srebrnih elektrod s plaščem srebrovega klorida.

Na sliki 6 se tudi vidi, da sem žici namestil skozi dve plastični ploščici, ki sta držali

žici na vedno enaki razdalji.

11

Page 12: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 7: Elektroliza na srebrnih elektrodah po 20 sekundah v raztopini soli.

Vidna je elektroliza (slika 7) na srebrnih elektrodah, vendar se mi je zdela manj

burna kot na bakrenih elektrodah.

Ugotovil sem, da se izmerjena vrednost upornosti z uporabo srebrne elektrode

veliko manj spreminja kot z bakreno žico. Vseeno je na začetku kazalo nekoliko

drugače, kot je kasneje. Zato sem vedno zabeležil vrednost upornosti šest sekund

po potopu elektrod v raztopino. To spreminjanje upornosti je verjetno zaradi

pojavljanja mehurčkov, ki so posledica elektrolize in drugih procesov na elektrodi.

Graf 1: Primerjava meritev napetosti z uporabo srebrnih in bakrenih žic v času 150 s.

0 50 100 1502

2.5

3

3.5

4

4.5

srebrna žicabakrena žica

Čas (s)

Nap

etos

t (V)

12

Page 13: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Graf 2: Primerjava meritev upornosti z uporabo srebrnih in bakrenih žic v času 150 s.

-10 10 30 50 70 90 110 130 150500550600650700750800850900950

1000

srebrna žicabakrena žica

Čas (s)

Upor

nost

(Ohm

)

Debela siva vodoravna črta predstavlja obdobje, ko sta bili žici namočeni v 0,05 %

raztopini soli. V sredini je del posnetka, ko sem obrnil kontakte 0 V in 5 V. Najprej

je bila ena žica na 5 V, nato še druga.

13

Page 14: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

5. EKSPERIMENTALNI DEL

5.1Metode dela

Znanje, ki je potrebno za izdelavo takega projekta, sem pridobil na Fakulteti za

elektrotehniko v Ljubljani med poletnimi počitnicami, in sicer na taboru Inovativnih

tehnologij. Prvo leto so me naučili programiranja mobilnih aplikacij s pomočjo App

inventorja. Pridobil sem osnove programiranja, predvsem na Androidnih telefonih.

Pred delavnico sem poznal nekaj osnovnih pravil programiranja v preprostem

programu Scratch. Drugo leto pa so me naučili programiranja spletnih strani v

jezikih html in php ter programiranje Arduina, ki ima svoj programski jezik. V

skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke

o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom sem bil tako

navdušen, da sem si ga zaželel za rojstni dan. In tako sem prišel do ideje za

raziskovalno nalogo.

V veliko pomoč mi je bila tudi knjiga Arduino projects book, ki sem jo dobil, v

začetnem kompletu. [7] Naučil sem se pravilnega vezanja zaslona LCD,

razpoznavanje upornikov glede barvnih pasov in videl veliko primerov preprostih

programov.

14

Page 15: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 8: Knjiga Arduino projects in začetni komplet Arduino.

Slika 9: Deli, ki sem jih dobil v kompletu Arduino.

Najprej sem sestavil napravo za meritve upornosti. Delovanje naprave sem

preveril z znanim uporom 220 . Na zaslonu se je prikazala številka, ki je bila zelo

blizu vrednosti znanega upora (Slika 10).

15

Page 16: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 10: Preizkusil sem, če merilec upornosti deluje. Povezal sem žici z upornikom 220 .

Program v Arduinu sem napisal tako, da so se pomembni rezultati izračunali in

prikazali na zaslonu. Tako nisem potreboval povezave z računalnikom. Na zaslonu

LCD se najprej izpiše upornost, to je vidno tudi v spodnji kodi, ki je uporabljena za

izpis na zaslon.

lcd.clear(); // izbriše se vse kar je na ekranu, da se na

njem lahko prikažejo novi podatki

lcd.setCursor(0, 0); // kurzor postavi v prvo vrstico

lcd.print("R: "); // na ekranu se izpiše R:

lcd.print(R2); // izpiše se vrednost upornosti

Nato sem z naslednjo kodo preračunal, koliko odstotna raztopina soli je to.

raw= analogRead(analogPin); // raw - sveži, novi podatki

so prebrani iz analognega pina

if(raw)

{

zacasno= raw * Vin; // vhod na pin A0 izračunamo v Voltih,

da pomnožimo stopnje z napetostjo 5V in v nasledjem koraku

spodaj delimo z maks. stopenj

16

Page 17: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________Vout= (zacasno)/1024.0; // kot križni račun pri 5V je 1024

stopenj, koliko V je pri raw vhodnih stopnjah

zacasno= (Vin/Vout) -1; //del enačbe 2 razmerje napetosti

minus 1, v naslednjem koraku pomnožimo z znanim uporom.

R2= R1 * zacasno;

odstotek=pow((75/(R2-476)),(1.181)); // matematična

odvisnost, ki se lepo prilega na podatke.

Serial.print("Vout: "); // serial print pomeni, da se bodo

podatki izpisali na pomožnem okencu na računalniku

Serial.println(Vout);

Serial.print("R2: ");

Serial.println(R2);

Serial.print("odstotek soli: ");

Serial.println(odstotek);

5.2 Meritve

S pomočjo tehtnice sem natehtal 100 g kuhinjske soli, da je bilo manj napake, saj

je s tako tehtnico nemogoče natehtati 1 g soli (naša domača kuhinjska tehtnica

ima 2 g napake). Nato sem naredil več različnih raztopin soli in destilirane vode.

Za vsako naslednjo raztopino sem odmeril polovico predhodne raztopine in

zapolnil do vrha merilnega valja z destilirano vodo. Tako je imela vsaka naslednja

raztopina za polovico manj koncentrirano sol.

Primer:

- 100 g soli na kg

- 50 g soli na kg

- 25 g soli na kg

- 12,5 g na kg

- 6,25 g na kg

- …

- 0,0488 g na kg

17

Page 18: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________Graf 3: Koncentracija vzorcev.

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

Št. vzorca

Konc

entr

acija

soli

(%)

Vsak vzorec je bila raztopina s koncentracijo soli polovico predhodne

koncentracije. Prva koncentracija je bila 10 %.

Slika 11: Čaša s 100 g soli na kg vode.

18

Page 19: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

Slika 12: Meritev pripravljenih raztopin soli za pripravo umeritvene krivulje.

Pri teh meritvah še nisem imel zaslona LCD in sem izmerjene vrednosti zabeležil z

računalnikom.

Koncentracijo soli sem vnesel v preglednico programa Excel. Izmeril sem napetost

na vmesnem prevodniku med uporom in raztopino (dvakrat) in po enačbi 2

izračunal upornost raztopine. Isto enačbo sem vnesel tudi v program Arduino, da

je program takoj izpisal napetost in upornost na zaslon.

19

Page 20: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________Graf 4: Umeritvena krivulja.

0 2 4 6 8 10 12 140

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

prva meritev druga meritev

Št. vzorca

Nap

etos

t (V)

Po meritvi napetosti in po vnosu v tabelo Excel sem narisal graf za vsako od dveh

meritev. Obe ponovitvi meritev se nista veliko razlikovali.

Graf 5: Preračunane upornosti po enačbi 2.

0 2 4 6 8 10 12 140

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

prva meritevdruga meritevenačba upornosti

Št. vzorca

Upor

nost

(Ohm

)

Tako sem dobil kontrolno skupino podatkov. Za vsako meritev neznane raztopine

bi lahko pogledali v tabelo in odčitali, koliko približno je ustrezna koncentracija soli

za izmerjeno upornost. To bi bilo uporabno in enostavno, ampak kar zamudno in

20

Page 21: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________nenatančno. Pri tem sem očeta prosil za pomoč, da bi našli primerno enačbo, s

katero bi lahko v Excelu in Arduinu takoj izračunali iz upornosti še koncentracijo

soli. Tako ne bi bilo treba vedno znova gledati v kontrolno tabelo.

S poskušanjem sva našla enačbo, ki se je izkazala za uporabno. Zato sem lahko

kar takoj po meritvi avtomatično iz upornosti raztopine izračunal koncentracijo soli

po tej enačbi, kjer je c koncentracija soli v %, R2 pa je upornost raztopine.

Uporaba enačbe v kodi se vidi v poglavju Eksperimentalni del, zapis spodaj pa je

primeren za lažji vnos v preglednico Excel.

Enačba 3:

c=(75/(R2-476))^(1,181)

Z uporabo enačbe, sem dobil krivuljo, ki se popolnoma ujema z našimi meritvami,

kar se vidi na Grafu 5.

21

Page 22: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

6. REZULTATI

Po tem ko sem ugotovil, da merilna naprava meri zelo natančno in da lahko z

različnimi koncentracijami soli to napravo umerim tako, da bo neposredno

prikazala tudi koncentracijo soli, sem izmeril slanost različnim tekočim jedem in

pijačam.

Slika 13: Nekaj primerov jedi in pijač, ki sem jih testiral.

Shranil sem jih v 50 ml epruvetah.

22

Page 23: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________Graf 6: Meritve koncentracije soli, prikazane v stolpičnem grafu.

vodovo

dna voda

0,05% sol

izotoničn

a pijač

a

zelen

javna ju

ha

bučnokoren

čkova

juha

bučna juha

mleko

omaka g

ovejih

zrezk

ov

omaka s

arme

solnica za

olive

juha iz v

rečke

ketch

up

teriak

i sojin

a omak

a

kisle k

umarice

solatna o

maka0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

meritev 1 meritev 2

meritev 3

Ods

tote

k so

li (%

)

Meritve odstotka soli so za jedi in pijače (do solnice za olive) zelo natančne, to se

vidi tudi pri ujemanju vseh treh meritev med seboj. Presenetilo me je tudi, da je

najbolj slana omaka za solato (sol, kis, olje), vendar je to povsem normalno, saj te

pojemo malo (na solatnem listu se obdrži le tanek sloj omake). Če damo v skledo

solate ščepec soli v približno 10 ml kisa in olja, nastane res slana raztopina.

Prvo mesto za najbolj slano jed zasede juha iz vrečke, saj jo jemo v velikih

količinah, ne pa tako kot na primer ketchup, sojino omako, kisle kumarice ali

solatno omako.

Za projekt meritev slanosti sem naredil spletno stran, ki je namenjena vsem, da si

zgradijo svoj senzor, ali pa mi sporočijo željo, katero jed ali pijačo naj testiram.

Podatki so sproti objavljeni na isti spletni strani: http://slanost.weebly.com/.

23

Page 24: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

7. RAZPRAVA in ZAKLJUČEKMoja prva hipoteza je bila, da bo senzor deloval dobro in natančno. To lahko

potrdim na osnovi zabeleženih meritev. Senzor deluje dovolj natančno za moje

potrebe.

Ugotovil sem, da je med meritvami dobro zamenjati žici, da elektroliza deluje

enakomerno in ne uniči prehitro žic. Med meritvami sem žici tudi splakoval z

destilirano vodo, saj so se nekatere gostejše omake prijele žic ter še naprej

prevajale električni tok.

Moja druga hipoteza je bila, da bodo jedi iz trgovine bolj slane kot domače jedi,

tudi ta hipoteza je potrjena. Juho sem skuhal po navodilih, napisanih na vrečki (1 l

vode za celo vrečko). Meritve so pokazale, da je juha slana bolj kot naša solnica

za olive ter celo dvakrat toliko kot naša domača juha.

Mleko sem uporabljal kot testno raztopino, saj je na embalaži pisalo, da je v mleku

0,1% soli in toliko sem izmeril tudi z Arduinom. Začudila pa me je meritev

izotonične pijače Powerade. Meritev sem še večkrat ponovil in vedno primerjal z

meritvami mleka. Mleko je imelo vedno enako vsebnost soli, kot je pisalo na

embalaži. Pri izotonični pijači, pa je vedno močno odstopala. Če izračunamo

vrednost soli v odstotkih iz embalaže izotonične pijače, dobimo 0,13 %. Vendar

pijača po mojih meritvah ni bila tako slana, ko je pisalo na embalaži. Izmeril sem

0,06 % soli, kar je približno pol manj. Še mleko je bolj slano. Na etiketi je očitno

navedena napačna količina soli. Če prištejemo še dodatne količine drugih ionov, ki

so navedeni na embalaži, bi morala biti prevodnost in s tem izračunana slanost še

večja. Na internetu sem preveril, koliko soli naj bi ta izotonična pijača vsebovala.

Na http://www.coca-cola.co.uk/brands/powerade.html (15.1.2015) sem našel enak

podatek kot na nalepki: 0,13 % soli. Želel sem preveriti, ali je tako neskladje z

mojimi meritvami in podatki na etiketi tudi pri drugih izotoničnih pijačah. Kupil sem

še Mercator Isotonic in Isostar. Pri prvi je pisalo, da vsebuje manj kot 0,05 % soli,

pri drugi pa 0,048 % soli. Moja povprečna meritev za Isotonic je bila 0,059 %, za

Isostar pa 0,075 %. Te meritve so bile kar skladne z označenimi vrednostmi. Moj

24

Page 25: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________zaključek je, da se podatki na etiketi in na spletni strani pijače Powerade ne

skladajo z dejansko količino soli. To sem potrdil tudi s poskušanjem, saj ni bila

pijača Powerade nič bolj slana od drugih dveh. Morda veljajo podatki za to pijačo v

kakšni drugi državi.

Slika 14: Nalepka na plastenki pijače Powerade.

To je tudi potrdilo mojo zamisel, da je dobro meriti količino soli v hrani in pijači.

Včasih se ne moremo zanesti niti na objavljene podatke. Še bolj pomembno pa je,

da z merjenjem učinkovito spoznamo količine soli, ki jih vnesemo v telo. Večinoma

pojemo preveč soli, zato se je priporočljivo slani hrani izogibati. Pri športu, ko z

znojenjem izgubljamo sol, pa je vnos soli in vode koristen. Moje meritve so

pokazale, da izotonične pijače nimajo zelo veliko soli. Za vnos soli in drugih

mineralov je boljše navadno mleko. Meni po treningu plavanja najbolj tekne

čokoladno mleko.

Ko sem jedel juho iz vrečke, se mi ni zdela tako pretirano slana. Na lastno

okušanje se ne smemo preveč zanašati, saj nanj vpliva, kaj smo jedli pred tem in

tudi kako soljeno hrano običajno jemo. Na primer, če bi pred juho pojedli čips,

pomfrit ali kaj drugega zelo slanega, bi se nam juha zdela skoraj neslana. Če smo

navajeni jesti bolj slano hrano, se nam večina hrane zdi premalo slana. To lahko

potrdim z lastnimi izkušnjami ter z izkušnjami s sorodniki, ki si lastne jedi dodatno

solijo in se jim zato pri nas doma zdi naša hrana premalo slana.

Čeprav so bili rezultati meritev primerni in ob ponovitvah primerljivi, bi pri

raziskovalni nalogi lahko izboljšal več stvari. Lahko bi uporabljal bolj natančen

25

Page 26: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________znani upor 1000 . V priročniku za Arduino je navedeno, da ima moj upor

natančnost 5 %, ker ima zlato zadnjo barvno črtico. [7] Lahko bi bil še natančnejši

pri umerjanju raztopin in meritve izvajal večkrat.

Do neskladanja meritev je prišlo le pri nekaterih bolj slanih jedeh oziroma omakah,

saj so te na robu zmogljivosti krivulje natančnosti. Če bi želel dobiti natančnejše

rezultate, bi moral znani upor zmanjšati ter ponoviti umerjanje.

Slika 15: Obkrožen je podatek o slanosti mleka.

26

Page 27: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

8. ZAHVALE

Zahvaljujem se svoji mentorici Nini Strlič, prof., da mi je omogočila sodelovanje pri

raziskovalni nalogi in za koristne napotke.

Iskrena hvala učiteljici slovenščine Martini Vozlič, prof., da je raziskovalno nalogo

pregledala in popravila pravopisne napake.

Staršem se zahvaljujem za rojstnodnevno darilo kompleta Arduino ter pomoč pri

izdelavi dobrih elektrod ter enačbi za pretvorbo upornosti v odstotke slanosti.

Zahvaljujem se tudi učiteljem na Fakulteti za elektrotehniko, ki so me učili na

taborih Inovativnih tehnologij.

27

Page 28: POVZETEK - Weebly · Web viewV skupini, v kateri sem sodeloval, smo sami izdelali vremensko postajo, ki je podatke o vlagi in temperaturi pošiljala na našo spletno stran. Nad Arduinom

Kreft J. Merilec slanostiRaziskovalna naloga, OŠ Koseze, Ljubljana, 2015

________________________________________________________________________________

9. LITERATURA

Spletni viri:

[1] http://www.arduino.cc/ (18.11.2014)

[2] http://sl.wikipedia.org/wiki/Sol (18.11.2014)

[3] http://wiki.fmf.uni-lj.si/wiki/Delilnik_napetosti (18.11.2014)

[4] http://learningaboutelectronics.com/Articles/Arduino-ohmmeter.php (18.11.2014)

[5] http://www.gizmag.com/thanko-handy-salt-meter/28646/ (18.11.2014)

Knjižni viri:

[6] Štern Andrej, Guna Jože. Arduino kot telematska platforma v pedagoškem procesu. Prispevek je objavljen v Zborniku 22. mednarodne Elektrotehniške in računalniške konference ERK 2013. http://www.ltfe.org/wp-content/uploads/2013/09/sternarduinop.pdf

[7] Arduino projects book. Urednika: Scott Fitzgerald in Michael Shiloh. 2013, Arduino LCC.

28