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让杯子把水的温度显示出来-初三学生做的杯子改造

(2018-07-02 19:32:17)
分类: 2017年市级小课题
具有放大显示功能的玻璃温度计温度感应水杯------樊士璋
            一、   方案设想
                 利用普通的红水温度计和水杯相结合来实现显示温度的想法。将红水温度计粘贴固定在水杯外壁,利用热传导效应,用温度计实时测量水温。
  二、制作方法

1.首先购买合适的温度计,温度计测量范围应在0—100摄氏度。市场上测量环境温度的温度计测量范围最高温度只有50摄氏度,显然不合适,而一般测量范围在0—100摄氏度的温度计又过长,在30CM左右,没法装在水杯上。最后经多方寻找,终于找到一款测量范围在0—100摄氏度的定制温度计,长度11CM,刚和可以贴在杯子上。

      2.选取合适的水杯,选取长度在15厘米左右,外壁光滑的圆柱体水杯,为保证实验效果,选取了三种材质的水杯:玻璃、塑料、陶瓷。

http://s4/mw690/003hrdpyzy7lINdPUdlb3&690

      3.首先选取玻璃杯,用502胶水将温度计粘在杯壁外侧,由于所选用温度计的感温端(玻璃泡)直径较小,无法与水杯壁紧密贴合,为保证测温准确,用导热硅胶填充在缝隙中,并覆盖整个玻璃泡。

三、实验及改进过程

1.第一次实验

将刚烧开的水倒入玻璃杯,放置4分钟,用爸爸给我找的一支经过校对的数字式探针温度计测量实际水温,和红水温度计测量温度进行对比,下面是对比结果:

实际温度

85

75

65

55

45

35

25

显示温度

74

66

57

48

39

32

24

 

 

测量温度与实际温度有挺大的差别,特别是在水温较高的情况下,温度差别在10左右,水温较低时,温差较小,我想了想原因,主要的因为覆盖了导热硅胶的玻璃泡裸露在空气中,热量散失较快,造成显示温度的不准确。用陶瓷杯和塑料杯做了同样实验,结果基本差不多。说明和杯子的材质没有多大关系,用玻璃杯就能说明问题了。

2.1次改进

      这次,我找了片棉布,折叠以后覆盖在温度计的玻璃泡上,并用胶带缠绕,重新倒入开水,放置4分钟后开始测量。

实际温度

85

75

65

55

45

35

25

显示温度

82

73

63

52

43

33

24

 

 

      这次红水温度计测量的温度要准确的多,无论水温高低,误差在2.5左右,说明我上次实验的判断是正确的,2.5左右的误差,应该还是出在导热散热的平衡上。可是怎么能消除这2.5的误差呢,这可让人犯了难。最后经过和爸爸讨论,又买了一批同款的温度计,在里面挑了一支测量温度比实际温度高2的温度计,把这只“特殊”的温度按同样的方法装贴。

http://s2/mw690/003hrdpyzy7lINeYNKV81&690


3.2次改进

为了测量安全方便,这次找了一个带把手的玻璃杯,同时为了防止散热过快,又找了一个塑料保温盖,里面垫上棉布,盖在温度计的玻璃泡上。用同样方法开始测量

这次测量的温度还是相当准确的,误差在±1,实验成功了,这样的设计,应该能满足之前我设想的显示水温的需要。 http://s12/mw690/003hrdpyzy7lINhuQMX2b&690


 

实际温度

85

75

65

55

45

35

25

显示温度

84

75

66

55

44

35

25.5

 

 

 4.3次改进

这次主要是想对外观进行改进,原理验证成功后,又发现两个问题,一是玻璃温度计没有防护,容易碰到损坏,另外,温度计上的刻度和数字比较小,眼睛不好的老年人看着有点费劲。为了能同时解决这两个问题,我在网上找了好长时间,终于发现一个好东西——柱型凸透镜,买来以后,让爸爸帮着加工一下,主要是在柱型凸透镜上加工出一个槽子,槽子宽度和长度是刚好能把玻璃温度计可以放进去,然后把柱型凸透镜粘在玻璃杯上,这样既能起到保护温度计的作用,又能放大刻度和数字,应该说这次改进是非常完美的。

http://s1/mw690/003hrdpyzy7lINiWcH650&690

四、改进设想

1.因为自己是手工制作,温度计和凸透镜只能贴在杯子外壁上,应该在制造水杯时整体考虑,进行设计,达到美观实用

2.红水温度计的造价很低,一般用的是加了色素的酒精,也非常安全可靠,可用根据水杯大小进行定制生产。

3.我这次用的是导热系数1.6的导热硅胶,开始测量时得等几分钟,建议可采用导热系数更高的材料。




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