光控结晶装置PPT课件.ppt

光控结晶装置 株洲市二中15班研究性小组 1 摘要 本光控结晶装置解决了普通制冷设备很难制作 沙冰可乐 一种冰水混合态的小结晶体可乐 口感很独特 的难题 满足了部分消费者的需求 它的创新之处是利用液体结晶过程中物质的透光性的变化并通过光电转换来监测结晶过程 对结晶程度进行控制 本装置还可以控制雪碧 鲜橙多等各种饮料的结晶 制成 沙冰饮品 实用性强 标准化改造后还可以用于快速 准确地测定胶体浓度 关键词 光控结晶装置沙冰可乐冰水混合态透光性光电转换胶体丁达尔效应 详细说明 2 一 研究发明目的炎炎夏日里 人们都想喝上一杯加了冰块的可乐 消消暑气 肯德基 麦当劳等快餐店出售的加冰可乐就深受人们 尤其是年轻人 的喜爱 以可口可乐为例 2003年全球的销量为130亿瓶 销售额为150亿美元 在销售很旺的夏季 市场上加冰可乐量小 价格较贵 只能在大酒店 肯德基 麦当劳等场所购买消费 无法满足大众需求 因此需要有一种价格便宜 购买方便的加冰可乐 满足消费者的需要 这就是我们提出研究及其应用发明光控结晶装置课题的要求 3 经过我们的研究发现 象可乐这类汽水饮料由于溶有大量的气体 它的结晶过程非常复杂 与水的结冰有所不同 但它的主要成份是水 因此它还是与水的结冰一样 大致经历 液态 冰水混合态 固态 这一过程 可乐在0 由于压强 溶质等因素的影响往往低于零摄氏度 时为冰水混合态 结晶为小冰晶体结构 具有很好的流动性 口感类似于刨冰 我们称之为 沙冰可乐 这种可乐满足课题的要求 沙冰可乐 是由未开启的瓶装可乐放入冰箱冷冻一定时间得到 但主要问题是在制作过程中冰水混合态很难控制 将制冷温度设定为0 时 水的结晶要继续放出热量而不会结冰 制冷温度低于0 时 可乐在瓶内会结成一整块冰 无法饮用 一般卖饮料的也只是将可乐等饮料放在冷藏柜内 未达结晶状态 不能满足特定消费者的需求 所以我们决定研制一种结晶控制装置 将冰箱内冷冻可乐控制在冰水混合态 解决上述问题 4 二 技术方案为了方便地制做 沙冰可乐 我们考虑了多个方案 比较后筛选出了二个方案 1 红外测温控制 工作原理 结晶过程中物质辐射的红外线会发生变化 通过红外线感受器采集信号传递给控制系统来控制制冷设备 优点 精确测温 缺点 成本较高结构复杂 须模糊控制时间 降低了精确度 2 光敏控制 工作原理 采用光电转换电路 用频率变化小的强光射过需要制冷结晶的可乐 为了更精确可采用偏振光 对于本发明不需更高精确度 照在光敏元件上 当可乐内部开始结晶的时候 由于光在冰和液体中折射 反射和散射 光敏电阻受到光照强度变小 电阻值也随之变小 对此我们进行了测量 见图1 当电阻变化到可乐为冰水混合态相应的阻值时 电路会发出一个信号 告诉人们 沙冰可乐 已制好 它的创新之处在于利用液体结晶过程中物质的透光性的变化来监测结晶过程 并对结晶程度进行控制 其优点是精确度高成本较低 比较后我们选择方案二 三 制作原理及方法由于方案中的电路特别是电池电源在低温下不能正常工作 因此本方案设计成两部分 主控电路和电源在制冷器外 常温下 光敏电阻和光源在制冷器内 以保证电路的正常工作 实物见附件为确保精确度 我们设计并制作了这种工作时受电源电压及环境温度波动影响极小的光暗光控电路 5 光控结晶装置 6 2020 2 4 7 根据调查 这种 沙冰可乐 在被调查者中反映非常的好 特别深受年轻人的喜爱 以在本校内做的调查为例 90 的被调查者认为这种可乐口感独特 非常好喝 希望将来能买到这种可乐 我们根据市场调查 将 沙冰可乐 与现在的加冰饮料作了比较 总结出以下几个优点 1 价格便宜 600ml的瓶装可乐制成的 冰沙可乐 每瓶售价约2 5元 肯德基 麦当劳中杯的加冰可乐425ml售价约4 5元 前者仅为后者的三分之一 2 方便卫生 因为是密封的瓶装可乐制成 直接开瓶饮用 所以不会出现象加冰可乐制作过程中因接触而造成的污染 而且商场 零售店 小滩都能制作出售 方便顾客购买 3 口味更佳 有利于消暑解热 沙冰可乐口 感独特 夏日饮用感觉非常凉爽 由于是可乐内的水结成的冰所以不会象加冰可乐一样因为冰块熔化而导致口味变淡 也不会因为冰块浮在水面上而导致的上下冷热不均匀 8 四 发展方向本装置不仅能控制可乐结成 沙冰 还可以控制雪碧 鲜橙多等各种饮料结冰 制成 沙冰饮品 由于它可以感测到光强度的细微变化 它还能监测液体的沸腾 将装置中的光源改为固定频率的偏正光后 本装置还可以快速 准确测定胶体 悬浊液 乳浊液等液体的浓度 以配制一定浓度的胶体为例 上述光穿过胶体时随着浓度的增加由于丁达尔效应 光的散射会增强 依此原理 慢慢加入胶质时 一但胶体达到预定浓度 本装置就会发出信号表明胶体已经配好 光控结晶装置方便实用 成本低廉具有一定的商业价值 通过改进可以成为冰箱等制冷设备的功能扩展部分 由冰箱提供电源 信号传入冰箱 JP1接口 冰箱会自动变为零度保温 让 冰沙可乐 的制作成为全自动化控制 参考资料 1 高中物理 二册 2 高中化学 三册 3 武汉电子协会网站 9 研究心得 平时忙于课本知识的我发现 通过这次研究性学习一下身边的事 多对生活中的事动动脑筋 也能学到许多的东西 总是把思维集中在现有的课本知识中很容易让人形成一种定式思维 就像一道题做了又做虽然每次都能做出来 但我们学到的知识却就那么一点 而且久而久之会让我们形成一种生搬硬套的习惯 丧失了创新精神 创新的勇气 甚至会使我们即使是遇到了很简单的问题头脑也转不过来 有一次 数学老师拿了一道奥赛题来给我们做 我们一看题就导数 微分什么都来了 可大半天也没有做出 老师摇摇头笑着说 这是一道小学奥赛题呀 我们这是才恍然大悟 立马做出来了 老师告诫我们 读书忌讳的是读死书 是啊 通过这次研究性学习 我深有体会 我们学了统计 但统计的作用在我们的头脑里只是一个很模糊的概念 但在这次活动中 我们为了调沙沙可乐在人们中的反映 以及 沙沙可乐 与 加冰可乐 的不同点 我们把课堂里的数学知识应用到了实际生活中 可以说 这是我第一次感觉到知识的具体存在 又在选择设计光控结晶装置的电路图时 我们消除了对复杂的电路望而生畏的思想 相信我们以极大的兴趣投入到电路的设计 组装中 可以说学到的知识在活动中得到了巩固 加深 发展 组员 罗强 10 总结 这次的研究让我们学到了很多的东西 虽然这只是一个不起眼的小问题 但有着很高的技术难度 我们运用创造思维和所学知识 解决了困难 锻炼了自己的能力