Зовнішні датчики чи внутрішні – краща цифрова лабораторія

Завжди була потреба, вже з’явилося фінансування і перед вами зараз стоїть завдання – обрати цифрову лабораторію для навчального закладу і не помилитися – адже вибір такий великий! Ви вже знаєте, що АЦП повинен бути якісним і забезпечувати стандарт досліджень у закладі освіти. Читайте далі, щоб дізнатися все про внутрішні та зовнішні датчики для ЦВКК.

Реклама має велику силу і кожен виробник цифрової лабораторії, яка забезпечує лише 10.000-25.000 вимірів в секунду (при нормі в 100.000/с), може розхвалювати і стверджувати, що вона має високий рівень реєстрації даних. Аналогічна ситуація з датчиками – нижче ми розглянемо істинні переваги і фіктивні (які вводять в оману не будучи перевагою).

Технічний опис датчиків лабораторії

Вимірювальні перетворювачі частіше всього розподіляють:

• за типом: вбудовані та приєднувані
  • приєднувані: провідні й безпровідні
• за розміщенням: стаціонарні і поворотні, рухомі
• за функціями: моно- та багатофункціональний
• за похибкою: демонстраційні, високої точності і дослідні

Саме з першого пункту і починаються найбільші відмінності в якості, вартості і можливостях. Всі сучасні цифрові лабораторії для навчання в переважній більшості обладнуються акумулятором для їх автономної роботи, захищеності від перепадів і відключення і в першу чергу портативності – проводити дослідження в будь якому потрібному вам місці це обов’язкова умова зручності використання.

Виходячи з цього – корисний простір, що міг бути використаний на більш витривалий акумулятор, віднімати можуть вбудовані датчики. Інноваційне рішення – всі лабораторії є універсальними, а тому можуть використовуватися на предметах як хімії, фізики, математики так і біології. Звісно ви розумієте скільки існує датчиків і видів лабораторних робіт – вбудувати їх всі не буде розумним рішенням.

Звернемося до професійних рішень високого класу, щоб розуміти як має бути в ідеальній ситуації. Багатофункціональна лабораторна станція (платформа) NI Elvis 2+ для навчання у ВИШі працює з різними макетними платами по черзі (під різні напрямки досліджень), а ті в свою чергу мають підключення до своїх специфічних вимірювачів і індикаторів. На професійному рівні все в один пристрій не ставлять.

Можливості зовнішніх датчиків – захищений / повертається / регулюється діапазон

Оцінка мобільних лабораторій для початкових класів (природознавство та інші) на базі планшетних комп’ютерів – можуть похвалитися великою кількістю вбудованих датчиків, які в свою чергу якістю і точністю (навіть для демонстраційної функції) не відрізняються.

Такий значний розрив не у функціональності – так як досліди і лабораторні роботи теж проводяться. Відмінність у вартості (якості виготовлення) і на навчальному обладнанні зекономити не можна – як не можна зменшити затрати на придбання комп’ютерного класу згідно Наказу 704 належної якості.

Труднощі і переваги різних типів аналізаторів

Це може здатися смішним – але провідний зовнішній датчик в рухомій динамічній системі може плутатися і заважати (без відповідної підготовки). Мало таких прикладів можна навести, але теоретично мабуть існують ситуації коли не вистачить довжини шнура живлення індикатора.

З внутрішніми датчиками все значно складніше… Вплив корпусу на показники аналізатора температури, вбудований індикатор світла не можна використати окремо від пристрою, а такий мікрофон не відповідає мінімальним вимогам. Найбільша складність в експериментах і дослідженнях робити заміри в точках, що перебувають на відстані, коли головні датчики вбудовано – навіть на короткій дистанції.

Контроль пов’язаних показників

Часто таку проблему з вбудованими датчиками вирішити важко. І проблема не скільки в тому, що вже ніхто не виділятиме кошти на додаткову закупівлю того, що по документам ніби і так є (хоч і не відповідає умовам експлуатації). Причина часто криється в самих пристроях які часто не здатні забезпечити підключення різних додаткових пристроїв.

Іноді через слабкий центральний блок, що не витримає додаткового навантаження; іноді через відсутність універсальних портів підключення і в принципі роботи з пристроями інших виробників (для використання наявної чи доступної матеріальної бази). Це певною мірою ускладнює і підготовку до тематичного заняття – коли важливо швидко почати дослід.

Незалежно від типу зовнішніх сенсорів, що підключаються – провідні чи безпровідні, всі вони забезпечують високу точність через функцію калібрування (налаштування перед вимірюванням). Цим вмонтовані рішення похвалитися не можуть, хоча часто імітують процес; власне як і не мають можливостей до зручного розміщення (закріплення) для проведення експерименту.

Зовнішні датчики легко кріпляться (монтуються) для роботи

Останнім часом все частіше можна побачити перехід навчальних приладів на новий стандарт – мобільна лабораторія з безпровідними датчиками. Самі вимірювачі залишаються як цифровими так і аналоговими, але інформацію про заміри передають по безпровідній мережі Wi-Fi/Bluetooth – швидкість передачі яких не обмежує якість лабораторних робіт.

Таке рішення забезпечує однаково якісну роботу з усіма пристроями, бо є незалежність кожного від сторонніх чинників – елементи екрановано (від магнітного поля, шуму, стороннього світла, вібрації). Це професійний підхід до навчання, особливо важливий для профільних закладів освіти де частота і точність значимі для оцінки залежностей на заняттях.

Приклади реального використання на уроках

Може здатися, що вбудовані датчики не мають переваг використання – і це правдиве твердження, принаймні для навчальних закладів. Ще гірша ситуація коли детектор, наприклад газовий сенсор, замість можливості установки (кріплення) в різних лабораторних умовах і герметичних посудинах для проведення дослідів, вбудований в кришку однієї посудини стандартного розміру без можливості використання за її межами…

Однозначно, ви могли бачити лабораторії учнів на нижній стороні корпусу яких є датчик руху – при цьому сам пристрій немає ніяких кріплень для надійної фіксації, що виключає можливість провести експеримент – лише загально ознайомитися з принципом його роботи. В той час як серйозні навчальні комплекси мають датчик руху підвищеної точності з різними варіантами установки і можливістю зміни кута нахилу головного елемента.

Один з варіантів монтажу детектора руху

!Часто з лабораторією “низької якості”, основаної на вимірювачах всередині пристрою, іде доповнення, відповідно з програмою навчання, кількома провідними датчиками. І часто в такому наборі лише одні фото-ворота (лічильник, що фіксує проходження об’єкта вимірювань через нього), що лише фіксують подію не пов’язану з іншими чинниками. Щоб зрозуміти критичність такої ситуації потрібно розуміти, що:

“динамічна система” має фіксувати зміни предмета досліджень, що найменше в двох точках, для побудови графіків і залежностей (динаміки), в однакових умовах експерименту, без повторних запусків з ризиком вплинути на результат

Як обрати цифрову лабораторію для вчителя в школу

Коли купується обладнання в загальноосвітню школу, воно часто розглядається в цілому. Тому рішення основані на якісних датчиках, що підключаються, розглядатися окремо не будуть, якщо схожі функції є у більш дешевих рішень.

Профільні навчальні заклади, що правда, часто мають можливість використати додатковий бюджет, і користуються нею, щоб готувати професіоналів, які справді глибоко знають предмет.

Розширення функцій додатковими лічильниками і сенсорами

Тому можна рекомендувати відразу подбати про придбання потужного АЦП з можливістю підключення великої кількості зовнішніх датчиків високої якості, в тому числі і різних виробників. Таким чином, ви отримаєте інвестицію у майбутнє з можливістю розширення функціоналу коли це буде зручно – за умов обмеженості бюджету, або одразу краще рішення з широким колом можливостей.

Викладач, що отримує більшу точність, простоту підготовки та повноцінність проведення практичних занять – буде вдячний за вибір лабораторії на базі зовнішніх датчиків. Краща цифрова лабораторія буде і на майбутнє сумісна з робототехнікою для STEM-освіти.

З нашим флагманським продуктом, LabQuest2 ознайомтесь тут.
Програмне забезпечення Vernier (LabView) підходить до лінійки конструкторів Mindstorms – за програмуванням майбутнє!