Самодельный измерительный прибор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Попробуем создать тему по самодельному измерительному прибору, которым можно измерять некоторые нужные величины для тепловой и солнечной энергетики.
Все началось с приобретения в конце 2013г одной занимательной игрушки

Принцип действия простой: если нагревать нижний сосуд с жидкостью (например теплом ладони), то жидкость будет вытекать фонтаном из "хобота" фигурки дельфина, расположенного в верхнем сосуде.
После определенного количества времени проведенного с этой игрушкой наступило понимание, что эта игрушка обладает одним интересным качеством, которое позволяет использовать ее как измерительный прибор.
Потенциал прибора построенного по принципам этой игрушки очень большой, по моим предположениям он может стать измерителем мощности солнечной энергии, позволит сравнить различные селективные и отражающие материалы, а также свойства разных теплоизоляционных материалов.
Задача, которую я хочу решить в этой теме, такая:
Спроектировать самодельный прибор по принципам этой игрушки, сделать например 3 таких прибора из доступных простых элементов и добиться от них одинаковых измерений.
Просьба теоретикам помочь выявлять ошибки, которые возможны, в моих теоретических выкладках по методам измерения. Практики могут выкладывать в этой теме свои похожие самодельные приборы или доработки существующих измерительных приборов соответствующей тематики.

 

Итак подробнее про устройство игрушки (рисунок ниже):
два сосуда (диаметр 47мм) склеены между собой (общая высота 162мм), в нижнем сосуде (высота 79мм) налита жидкость голубого цвета (высота 30мм), верхний сосуд (70мм). Сосуды соеденены стеклянной полой трубкой воронкой с фигурой дельфина с "хоботом", расположенным в верхнем сосуде. У трубки внизу отверстие (~5мм от дна), второе отверстие в "хоботе" дельфина, в основании фигурки дельфина еще одно отверстие, по которому осуществляется возврат жидкости из верхнего сосуда.
При нагреве воздуха над жидкостью в нижнем сосуде, давление повышается и начинает выдавливать жидкость в верхний сосуд, если нагрев быстрый, жидкость бьет фонтаном из "хобота" дельфина, если нагрев медленный, то верхний сосуд заполняется через среднее отверстие в основании дельфина.

Первые попытки выставить эту игрушку на солнце в таком виде ни к чему не привели, все оставалось на своих местах. Сдвинуть все с места помогла маленькая модернизация: на нижний сосуд был наклеен кусочек фольги от пачки сигарет, на обратной стороне фольги нарисовал шкалу. Размеры фольги высота 68мм, ширина 39мм. После этого появилась зависимость столба жидкости в полой трубке от степени освещенности игрушки-прибора.

 

Измерения проводились 28 декабря, прибор расположен в комнате за южным окном (стеклопакет). Измерения начались при пасмурной погоде со снегом в 11:48 высота столбика жидкости от нулевой отметки (30мм от дна) составлял 5мм

далее, в 12:14, снег стал стихать стало проглядывать солнце, высота столба жидкости 34мм
в 13:15 хвост дельфина начал заполняться жидкостью, высота столба - 67мм.

 

Выделим отдельно принцип игрушки и прибора соответственно.
Имеем два воздушных объема, разделенных подвижным жидкостным затвором. Когда объемы находятся в одинаковых условиях, жидкостный затвор устанавливается как стрелка весов в определенное положение.
Вывести весы из равновесия можно разными методами, например:
- сделать разной теплоизоляцию объемов, то есть не меняя температуру среды в которой находится прибор-весы, один из объемов закрыть какой либо изоляцией (минвата, пенопласт, ЭППС, поликарбонат, стекло, железо, дерево ... можно продолжать до бесконечности). При этом жидкостный затвор сдвинется в определенное стационарное положение, которое можно зафиксировать, и которое будет зависеть от теплоизоляционных свойств материала.
- при солнечном (или искусственном) освещении прибора-весов, поставить перед ним разные виды прозрачных материалов (стекло, пленка, поликарбонат, лед, вода ...). Также для некоторых материалов разную ориентацию, например для сотового поликарбоната ориентация сот вертикально или горизонтально.
- при освещении светом направить на прибор отраженный свет от разных поверхностей (зеркало, нержавейка, фольга ...)
- при освещении светом внести внутрь объема разные абсорберы (медь, алюминий ...)
- нагревая внешним источником тепла один из объемов отдельно.
То есть у прибора-весов есть много возможностей для измерения разных величин для начала в относительных единицах (при правильном теоретическом расчете относительные единицы можно привести к абсолютным единицам).

 

По моему мнению надо как-то учесть и фактор времени, ведь при постоянных величинах исследуемых параметров температура воздуха в обоих объемах в конце концов может и выровняться.
Что-то я не видел в продаже таких дельфинов. Может его чем -то заменить, чтобы стандартизировать прибор. Банки тоже надо взять какой-то стандарт. Жидкость - тоже большой вопрос. Может воду дистиллированную с каким то красителем? Например зеленкой.

 

Да над временем тоже нужно понаблюдать. В ручном режиме наблюдений подойдут любые часы, в автоматическом режиме у меня уже готовится камера с нетбуком. Температура воздуха в обоих объемах конечно выравняется, уже наблюдал интересный эффект изменения объема (поднятие столба жидкости) при таком выравнивании, думаю по этому эффекту можно будет определить теплоемкость жидкости в приборе.

Кажется мой дельфин тоже накрылся, При опытах немного не расчитал силы и давнул на крышу верхнего сосуда, крышу с легким хлопком осыпало внутрь сосуда. Теперь дельфин дышит атмосферным воздухом. Но ничего страшного, это только ускоряет процесс поиска подходящих сосудов для самодельного прибора.
Пока варианты сосудов:
- баночки из под детского питания с закручивающимися крышками (диаметр 56мм, высота 67мм)
- можно попробовать банки побольше, бутылки тоже продумываю (но это тогда получится стационарный прибор, а хочется переносной небольшой)
- пробирки, колбы из химпосуды (но пока ищем более доступное и простое)

Я предполагаю, что жидкость у меня будет не постоянной величиной, будет пробоваться дистилированная вода, солевые растворы, раствор спирта (водка то есть), возможно антифризы из систем отопления.

 

Я предполагаю, что жидкость у меня будет не постоянной величиной, будет пробоваться дистилированная вода, солевые растворы, раствор спирта (водка то есть), возможно антифризы из систем отопления.[/QUOTE]
О водке тоже думал, но ведь она разная, у кого 40, а у кого и 35 градусов. Плюс вода для водки у всех разная. А вот антифриз, только не из системы отопления, а от системы охлаждения авто более подойдет, главное чтобы производитель был один.

 

Как говорится нет худа без добра, прибор перешел в другой режим измерения, привязанный к атмосферному давлению. Сегодня в 13:22 на солнце такая картина

Но без "верхнего амортизатора", которым служило давление в верхнем сосуде, инерционность прибора сильно увеличилась. Уже больше 40 минут солнце за облаками, уровень жидкости остался на прежней высоте.