Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΣΤΟΧΟΙ  Κατασκευή ενός αυτόματου μετεωρολογικού σταθμού για τη μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και ύψους βροχής.  Επεξεργασία των μετρήσεων με λογιστικά.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΣΤΟΧΟΙ  Κατασκευή ενός αυτόματου μετεωρολογικού σταθμού για τη μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και ύψους βροχής.  Επεξεργασία των μετρήσεων με λογιστικά."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 ΣΤΟΧΟΙ  Κατασκευή ενός αυτόματου μετεωρολογικού σταθμού για τη μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και ύψους βροχής.  Επεξεργασία των μετρήσεων με λογιστικά φύλλα και γραφικές παραστάσεις.  Συμπεράσματα για τη συμπεριφορά των μετεωρολογικών παραμέτρων και διάχυσή τους.

3 ΛΙΓΗ ΘΕΩΡΙΑ…

4 Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Η θερμοκρασία του αέρα είναι μία πολύ σημαντική παράμετρος για την Μετεωρολογία γιατί: α)καθορίζει τη φυσική εξάτμιση του ύδατος και τη διαπνοή των φυτών διαδραματίζοντας έτσι καθοριστικό ρόλο στο υδατικό και το ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη. β)επηρεάζει τη κίνηση του αέρα στην ατμόσφαιρα της Γης

5  Το νερό είναι το ουσιαστικότερο συστατικό της γης για την ύπαρξη ζωής  Η ατμοσφαιρική υγρασία παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Η περιεκτικότητα του αέρα σε υδρατμούς κυμαίνεται από 0,2% στα ξηρά και ψυχρά κλίματα, μέχρι 5% στους υγρούς τροπικούς.  Σχεδόν 10 9 τόνοι νερού διοχετεύονται ανά λεπτό από τους ωκεανούς στην ατμόσφαιρα μέσω της εξάτμισης.  Το νερό διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο για τη διαμόρφωση της μορφολογίας της γης και της κατανομής της βλάστησης (και, κατά συνέπεια της πανίδας).  Κάθε μόριο νερού συμμετέχει στον Υδρολογικό κύκλο, είτε σε υγρή φάση, είτε σε αέρια.

6

7  Η βάση του μηχανισμού του υδρολογικού κύκλου βρίσκεται στη διαδικασία της εξάτμισης  Ως εξάτμιση ορίζεται η φυσική διεργασία της μετατροπής του νερού σε υδρατμούς, που γίνεται από τις υδάτινες επιφάνειες, τη βλάστηση και το υγρό έδαφος  Για να προκληθεί εξάτμιση απαιτείται: Να υπάρχει διαθέσιμο νερό Να υπάρχει διαθέσιμη ενέργεια Ο ατμοσφαιρικός αέρας να είναι ακόρεστος (ξηρός) Το φαινόμενο ενισχύεται όταν πνέουν άνεμοι

8  Η διαδικασία της εξάτμισης και της διαπνοής μεταφέρει τεράστιες ποσότητες μαζών νερού και ενέργειας στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα την ανακατανομή της υγρασίας και της θερμότητας στην επιφάνεια του πλανήτη, με τη μορφή βροχόπτωσης και θερμών ανέμων  Οι υδρατμοί και τα νέφη που δημιουργούνται ελέγχουν άμεσα ή έμμεσα το ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη με τους μηχανισμούς της απορρόφησης, της επανεκπομπής και της ανάκλασης της ηλιακής ενέργειας  Οι υδρατμοί φαίνεται ότι αποτελούν σπουδαίο δυναμικό χαρακτηριστικό της ατμόσφαιρας, γιατί με ευκολία μεταπηδούν από τη μια φάση στην άλλη δεσμεύοντας ή ελευθερώνοντας ενέργεια  Τα μεγέθη που συμμετέχουν είναι τεράστια. Μια θερινή καταιγίδα ή μια τροπική θύελλα επιβεβαιώνουν τις ποσότητες αυτές.

9  Η περιεχόμενη στην ατμόσφαιρα υγρασία πρέπει να εκφραστεί ποσοτικά.  Η περιεκτικότητα των υδρατμών εκφράζεται σε απόλυτα και σε σχετικά μεγέθη (απόλυτες ποσότητες και ποσότητες σχετιζόμενες με τη θερμοκρασία)  Ο υπολογισμός της ατμοσφαιρικής υγρασίας γίνεται με τη βοήθεια πινάκων και άλλων προσεγγιστικών μεθόδων, που χρησιμοποιούν ως δεδομένα εισόδου τη θερμοκρασία του αέρα και τη θερμοκρασίας υγρού θερμομέτρου.

10 Είναι η συνηθέστερη από τις ατμοσφαιρικές κατακρημνίσεις. Είναι μια από τις μορφές με τις οποίες το νερό που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα επιστρέφει στη γη. Με την ηλιακή θερμότητα, τα νερά των θαλασσών, λιμνών, ποταμών, η υγρασία του εδάφους και των φυτών εξατμίζονται. Οι ατμοί ανεβαίνουν και σχηματίζουν τα σύννεφα (για να έχουμε βροχή, είναι ανάγκη να υπάρχει ένα νέφος), στα οποία τα σταγονίδια του νερού είναι πολύ μικρά κι αιωρούνται. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, που δεν είναι πάντα οι ίδιες, τα σταγονίδια αυτά ενώνονται σε μεγαλύτερες σταγόνες τις οποίες η βαρύτητα αναγκάζει να πέσουν στο έδαφος ΒΡΟΧΗ

11 Η βροχή, είναι μια από τις σπουδαιότερες μετεωρολογικές παραμέτρους. Εκείνο που ενδιαφέρει ιδιαίτερα, είναι η ποσότητα του νερού που πέφτει σε μια επιφάνεια. Αυτή εκφράζεται με το “ύψος βροχής“ που ορίζεται ως εκείνο στο οποίο θα έφτανε στάθμη του νερού της βροχής αν έπεφτε πάνω σε μια οριζόντια επιφάνεια, αποκλείοντας τους παράγοντες: διαρροή, απορρόφηση και εξάτμιση. Διεθνώς, μονάδα μέτρησης του ύψους βροχής είναι το mm, ή cm. Στην πράξη, λέγοντας βροχή ύψους 1 mm εννοούμε τη βροχόπτωση εκείνη που απέδωσε ποσότητα νερού ίση με 1 Kgr/m2 ή ton/στρέμμα. Συνεπώς, ποσότητα βροχής 10 mm σημαίνει ποσότητα νερού ίση με 10 Kgr/m2 ή 10 ton/στρέμμα.

12

13  ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΞΗΡΟΥ ΚΑΙ ΥΓΡΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ΤΥΠΟΥ PT1000  ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΟ  ΣΥΣΤΗΜΑ DATA LOGGER ΣΤΗΝ ΑΙΘΟΥΣΑ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ  ΚΑΛΩΔΙΑ ΣΥΝΔΕΣΗΣ ΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΜΕ ΤΟΝ DATA LOGGER  ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ (ΤΜΗΜΑ ΤΟΥ DATA LOGGER), Ο ΟΠΟΙΟΣ ΕΜΦΑΝΙΖΕΙ ΜΕΣΕΣ ΤΙΜΕΣ ΔΕΚΑΛΕΠΤΟΥ ΚΑΙ ΤΙΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΙ ΑΝΑ ΗΜΕΡΑ

14 ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΕΡΓΑΣΙΩΝ

15 Για την υλοποίηση των στόχων χωριστήκαμε σε τρεις ομάδες με διαφορετικές αρμοδιότητες:  ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ  ΟΜΑΔΑ ΦΥΣΙΚΗΣ  ΟΜΑΔΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

16  Εξοικείωση με τα μέρη ενός μετεωρολογικού σταθμού  Σχεδιασμός και βαθμονόμηση βροχομέτρου  Βοήθεια στη συναρμολόγηση - συντήρηση

17  Κατανόηση και εύρεση των σχέσεων ή νόμων της φυσικής στους οποίους βασίζεται η αρχή λειτουργίας των οργάνων μέτρησης.  Πίνακας που θα χρησιμοποιήσουμε για να βρούμε τη σχετική υγρασία.  Ανάλυση και συμπεράσματα από τις γραφικές παραστάσεις που θα προκύψουν.

18  Επεξεργασία των μετρήσεων με λογιστικό φύλλο, με χρήση των μαθηματικών σχέσεων που θα δοθεί από την ομάδα της Φυσικής.  Γραφικές παραστάσεις.

19

20 Είναι ένας αντιστάτης από λευκόχρυσο που η αντίστασή του αυξάνεται με την αλλαγή της θερμοκρασίας μια και αυξάνονται οι συγκρούσεις των ηλεκτρονίων με τα ιόντα του μετάλλου. Έτσι από την τιμή της αντίστασης μπορούμε να βρούμε την θερμοκρασία με τη βοήθεια μιας μαθηματικής σχέσης.

21 Η σχέση εξάρτησης είναι: R=Ro(1+α∙Δθ) R: η αντίσταση στην θερμοκρασία που βρίσκεται ο αντιστάτης. Ro: η αντίσταση στους 0°C (που για τα PT1000 είναι 1000Ω). α:θερμοκρασιακός συντελεστής που εξαρτάται από το υλικό. (Για το λευκόχρυσο είναι 0,003927/°C) Δθ: η μεταβολή της θερμοκρασίας

22 Αποτελείται από ένα σύστημα σαν τραμπάλα νερού που καθώς ανεβοκατεβαίνει κλείνει ένα μαγνητικό διακόπτη σε ένα κύκλωμα (reed relay) και δίνει μια τιμή τάσης ή έντασης στο κύκλωμα που την μετράμε και ξέρουμε έτσι ότι ανεβοκατέβηκε η τραμπάλα του νερού. Δείτε την προσομοίωση

23

24

25

26 Χρησιμοποιείται ένας θερμοαντιστάτης PT1000 που βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος.

27 Είναι ένας θερμοαντιστάτης PT1000 που όμως έχουμε τυλίξει γύρω του ένα πανί που συνεχώς είναι βρεγμένο. Επειδή για την εξάτμιση του νερού πρέπει να αποδοθεί θερμότητα, αφαιρείται θερμότητα από το PT1000 και μειώνει τη θερμοκρασία του και άρα την αντίστασή του.

28  Από τις τιμές θερμοκρασίας ξηρού και υγρού θερμομέτρου μπορούμε να βρούμε τη σχετική υγρασία του αέρα (RH)  Το RH εκφράζει το πηλίκο των υδρατμών που υπάρχουν σε μία δοσμένη τιμή στην ατμόσφαιρα ως προς το μέγιστο ποσό που θα μπορούσε να συγκρατήσει ο αέρας κάτω από τις ίδιες συνθήκες.  Είναι μέγεθος σχετικό και δίδεται σε εκατοστιαία αναλογία.  Ο υπολογισμός της σχετικής υγρασίας γίνεται με βάση τις θερμοκρασίες ξηρού και υγρού θερμομέτρου, μέσω προσεγγιστικών μεθόδων ή εμπειρικών πινάκων.

29

30

31  Η μετατροπή των σημάτων των αισθητήρων σε ψηφιακή μορφή γίνεται με τη βοήθεια ενός ενδιάμεσου ηλεκτρονικού κυκλώματος βασισμένου σε μικροελεγκτή.  Η συσκευή αναπτύχθηκε εκ βάθρων, ώστε να εξυπηρετήσει τους σκοπούς του συγκεκριμένου έργου, δηλαδή να βγάζει μέσες τιμές ανά 100ms και να ενημερώνει το σχετικό πρόγραμμα συλλογής μέσω USB.  Αυτός ο τρόπος λειτουργίας δίνει τη δυνατότητα επεξεργασίας των δεδομένων από το πρόγραμμα συλλογής που τρέχει στον προσωπικό υπολογιστή, κατά βούληση.  Στην περίπτωσή μας, επιλέχθηκε η εξαγωγή μέσης τιμής δεκαλέπτου και η αποθήκευσή της σε διαφορετικό αρχείο κάθε ημέρα.

32  Κεντρικό στοιχείο του ενδιάμεσου ηλεκτρονικού κυκλώματος είναι ένας ισχυρός 32-bit μικροελεγκτής, με αναλογικές και ψηφιακές εισόδους.  Κάθε αισθητήρας τύπου PT1000 καταλήγει σε ένα κύκλωμα αναλογικής αφαίρεσης του offset των 1000Ω και ενίσχυσης του ωφέλιμου σήματος.  Η έξοδος καθενός κυκλώματος αναλογικής επεξεργασίας σήματος αισθητήρα PT1000, καταλήγει σε μία είσοδο A/D.  Για την τροφοδοσία των αναλογικών κυκλωμάτων, χρησιμοποιείται ξεχωριστό τροφοδοτικό.

33  Η έξοδος παλμών του βροχομέτρου τύπου tipping-bucket, μετατρέπεται με ένα απλό ηλεκτρονικό κύκλωμα και οδηγείται σε μια είσοδο παλμών του μικροελεγκτή.  Η τροφοδοσία του εξωτερικού κυκλώματος παλμών και του μικροελεγκτή γίνεται από τη θύρα USB.  Η εξαγωγή μέσων τιμών από το ενδιάμεσο ηλεκτρονικό κύκλωμα γίνεται ανά 100ms.  Οι μέσες τιμές μεταφέρονται μέσω του USB στον προσωπικό υπολογιστή.  Εκεί, εξάγονται μέσες τιμές δεκαλέπτου, απεικονίζονται στην οθόνη και αποθηκεύονται.

34 Το σύστημα του data-logger αποτελείται δηλαδή από το συνδυασμό του ενδιάμεσου ηλεκτρονικού κυκλώματος και του προσωπικού υπολογιστή.

35

36  Αισθητήρες θερμοκρασιών 1. Τα όργανα μέτρησης θερμοκρασίας τοποθετούνται σε ειδικό στέγαστρο τον μετεωρολογικό κλωβό για να προστατεύονται από τις επιδράσεις του ήλιου και της βροχής. 2. Τοποθετούνται σε απόσταση 2m πάνω από το έδαφος για να αποφεύγεται η επίδραση της γήινης ακτινοβολίας. Στην περίπτωσή μας, για λόγους προσβασιμότητας επιλέχθηκε το ύψος 1,5 m. 3. Ο αισθητήρας υγρού θερμομέτρου πρέπει να είναι συνέχεια σε βρεγμένο πανί για το λόγο αυτό το πανάκι είναι μέσα σε ένα δοχείο με νερό το οποίο πρέπει κατά καιρούς να συμπληρώνεται με νερό.

37

38 Το βροχόμετρο πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα ανοιχτό και υπερυψωμένο επίπεδο σε εξωτερικό χώρο. Με αυτό τον τρόπο αποφεύγουμε τη συγκέντρωση νερού από οροφές, δέντρα κ.λ.π. Επίσης, το επίπεδο να είναι οριζοντιωμένο έτσι ώστε να παίρνουμε σωστές μετρήσεις.

39

40  Όλοι οι αισθητήρες είναι τοποθετημένοι στην ταράτσα του σχολείου μας και συνδέονται με καλώδια με το ηλεκτρονικό κύκλωμα συλλογής δεδομένων.  Αυτό με τη σειρά του ενώνεται με έναν υπολογιστή όπου απεικονίζονται οι μέσες τιμές ανά δεκάλεπτο της θερμοκρασίας ξηρού και υγρού θερμομέτρου καθώς και ένα νούμερο για το βροχόμετρο που προκύπτει από τους τραμπαλισμούς καθώς βρέχει.

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50  Οι μαθητές μέτρησαν τη διάμετρο του χωνιού στο βροχόμετρο (24,5cm).  Ρίχνοντας 5L=5000cm 3 νερό, βρήκαν από τη μαθηματική σχέση υπολογισμού του όγκου ενός κυλίνδρου ότι αυτός ο όγκος αντιστοιχεί σε ύψος: h=V/πr 2 =10,6cm=106mm

51 Στη συνέχεια  Έριξαν 5000cm 3 νερό, συνεχόμενα στο βροχόμετρο, μόλις ξεκίνησε το 1 ο δεκάλεπτο με συντονισμό από ομάδα μαθητών.  Στην αίθουσα υπολογιστών είχαν να απεικονίζονται οι στιγμιαίες τιμές και όχι οι μέσες και έτσι κατέγραψαν τον αριθμό των τραμπαλισμών που αντιστοιχούσε στο νερό αυτό (59).  Επανέλαβαν την διαδικασία για 2 η φορά (57).  Βρήκαν την μέση τιμή:58  Με απλή μέθοδο των τριών βρήκαν τη σχέση τραμπαλισμών και ύψους βροχής: x=(106*α)/58

52

53

54  Τα αρχεία αποθηκεύονται ένα για κάθε ημέρα.  Κάθε εβδομάδα γινόταν συνάντηση και επεξεργασία των μετρήσεων σε λογιστικό φύλλο.  Σε κάθε λογιστικό φύλλο βρέθηκαν μέσες τιμές ανά τρίωρο των θερμοκρασιών ξηρού και υγρού θερμομέτρου και η διαφορά τους.  Από τις τιμές αυτές, υπολογίστηκε από τον σχετικό πίνακα, η σχετική υγρασία και έγιναν οι γραφικές παραστάσεις θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας

55

56

57

58  Τις πρώτες πρωινές ώρες η θερμοκρασία μειώνεται και το μεσημέρι μεγιστοποιείται  Η υγρασία μεταβάλλεται αντίστροφα, διότι η διαλυτότητα του νερού στον αέρα μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.

59

60

61 Ομάδα Εργασίας  Αποστολίδης Κωνσταντίνος  Αραμπατζή Κυριακή  Αρβανιτίδου Αφροδίτη  Αρβανιτίδου Γεωργία  Αρβανιτίδου Μαρία  Ασλανίδου Αποστολία  Βαληξόγλου Ηλέκτρα  Γεωργιάδου Ελένη-Χριστίνα  Δαλακούρας Γιώργος  Δημητριάδου Πανίδου Εμμανουέλα  Ζογραμπιάν Ραϊσα  Κάλφα Φωτεινή  Κανδυλίδου Βασιλική  Κουλουμπή Θεοδώρα  Μπίκος Θανάσης  Ξυνίδης Γιάννης  Παπαδάκης Χάρης  Παρασκευοπούλου Ελισάβετ  Σταυρόγλου Ελένη  Τέτου Μαρία  Χατζηεμμανουήλ Ξενοκράτης  Χατζής Βασίλης Υπεύθυνες Καθηγήτριες  Αναστασιάδου Σοφία  Γκλαβίδου Τελιώ  Τρυφέφη Βικτώρια  Τσερκίντζελη Γεωργία


Κατέβασμα ppt "ΣΤΟΧΟΙ  Κατασκευή ενός αυτόματου μετεωρολογικού σταθμού για τη μέτρηση θερμοκρασίας, υγρασίας και ύψους βροχής.  Επεξεργασία των μετρήσεων με λογιστικά."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google