張澤宇 唱心卓

有一次，我隨父母去汽車加油站，剛好有一輛油罐車在給油庫(kù)注油。工作人員在油罐車的卸油口與地面的金屬部位分別夾了一個(gè)夾子，夾子由導(dǎo)線連接，其中一部分導(dǎo)線懸在地面上方。一位行人經(jīng)過(guò)時(shí)不小心踩到導(dǎo)線，導(dǎo)致夾子掉落，夾子在脫離的瞬間發(fā)出了警報(bào)聲，但隨著夾子落地，警報(bào)聲也消失了。

回到學(xué)校后，我將這一發(fā)現(xiàn)告訴了唱心卓同學(xué)，我們都很好奇，加油站的夾子有什么作用？警報(bào)聲為什么只響一下就沒(méi)有了呢？

一、實(shí)地考察，了解原理

在老師的帶領(lǐng)下，我們來(lái)到加油站請(qǐng)教工作人員，了解到汽油在注入或排出時(shí)，油品之間會(huì)摩擦生成靜電，靜電作為火源可能引起油品燃燒甚至引發(fā)爆炸。所以，每個(gè)加油站都配有靜電接地報(bào)警器，通過(guò)金屬夾將靜電導(dǎo)入大地，從而消除爆炸隱患。

工作人員還向我們展示了靜電接地報(bào)警器：它由一根接地線和兩個(gè)金屬夾組成，其中一個(gè)夾子上安裝了報(bào)警模塊，報(bào)警模塊有一個(gè)進(jìn)線接口和一個(gè)出線接口。接地線中有兩根導(dǎo)線：導(dǎo)線a和導(dǎo)線b的一端分別連接報(bào)警模塊的兩個(gè)接口，另一端連接普通夾子。如圖1所示。

接卸油品時(shí)，一個(gè)金屬夾連接油罐車，另一個(gè)金屬夾連接地網(wǎng)，這樣就會(huì)形成電流回路，如圖2所示。當(dāng)金屬夾子接觸不良時(shí)，夾口因?yàn)榕K污或者虛接沒(méi)有導(dǎo)通，相當(dāng)于夾口張開(kāi)，電流回路斷開(kāi)，報(bào)警模塊就會(huì)啟動(dòng)。但是，當(dāng)金屬夾脫落到地面，夾口閉合后重新形成電流回路，警報(bào)聲就會(huì)消失。

了解了其中的原理后，我們認(rèn)為現(xiàn)有的靜電接地報(bào)警器存在弊端，我們想設(shè)計(jì)一種加油站靜電接地智能報(bào)警裝置，無(wú)論是夾子接觸不良，還是夾子脫落后重新閉合，都能及時(shí)報(bào)警。

二、提出想法，設(shè)計(jì)電路

有沒(méi)有辦法在金屬夾脫落，且重新閉合后，讓電流回路一直保持?jǐn)嚅_(kāi)的狀態(tài)呢？

我們購(gòu)買了一個(gè)靜電接地報(bào)警器，將報(bào)警模塊拆卸下來(lái)，重新設(shè)計(jì)電路圖：導(dǎo)線a連接報(bào)警模塊進(jìn)線接口和金屬夾1，導(dǎo)線b連接報(bào)警模塊出線接口和金屬夾2，導(dǎo)線c兩端分別連接金屬夾3、金屬夾4。為了方便使用，我們還給報(bào)警模塊套上了一個(gè)外殼，在外殼兩端打孔，讓導(dǎo)線穿過(guò)。如圖3所示。

使用時(shí)，金屬夾1、3夾在油罐車上，金屬夾2、4連接地網(wǎng)，這樣，電流就形成了回路。任何一個(gè)夾子脫落，電流回路就會(huì)一直斷開(kāi)，報(bào)警模塊持續(xù)發(fā)出警報(bào)聲。

三、解決問(wèn)題，改進(jìn)設(shè)計(jì)

我們還沒(méi)來(lái)得及高興，問(wèn)題馬上就出現(xiàn)了：由于沒(méi)有形成電流回路，這個(gè)報(bào)警裝置在不使用時(shí)也會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，這可怎么辦？

經(jīng)過(guò)商討，我們?cè)黾恿艘桓鶎?dǎo)線d，連接報(bào)警模塊的進(jìn)線接口和出線接口，利用開(kāi)關(guān)控制導(dǎo)線d的通斷。如圖4所示。

在不使用時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線d連接報(bào)警模塊形成電流回路，報(bào)警模塊不啟動(dòng)。在使用時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，電流就從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到了外部的導(dǎo)線中。

四、制作過(guò)程

我們對(duì)報(bào)警模塊的外殼進(jìn)行了設(shè)計(jì)，繪制了尺寸圖，并請(qǐng)人加工制作成實(shí)物，如圖5所示。

做好外殼后，我們按照線路圖將導(dǎo)線、小開(kāi)關(guān)和報(bào)警模塊等零件連接在一起。具體步驟如下：

1.將報(bào)警模塊安裝在金屬外殼頂部，用螺絲固定，模塊的配線通過(guò)預(yù)留的方孔放進(jìn)殼體內(nèi)部，如圖6所示。

2.將小開(kāi)關(guān)安裝在金屬外殼底部，如圖7所示。小開(kāi)關(guān)的兩端用導(dǎo)線d分別連接報(bào)警模塊的進(jìn)線接口與出線接口。

3.在報(bào)警模塊的進(jìn)線接口與出線接口處分別連接導(dǎo)線a、b，在殼體內(nèi)部預(yù)留一根導(dǎo)線c，導(dǎo)線通過(guò)外殼兩側(cè)的圓孔延伸出去。

4.為了更好地固定兩側(cè)的導(dǎo)線，我們?cè)跉んw兩側(cè)的圓孔上安裝了兩個(gè)航空插頭，如圖8所示。殼體外的導(dǎo)線一端連接航空插頭，一端連接金屬夾。

5.為了防止導(dǎo)線過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生纏繞、拖地的現(xiàn)象，我們還加裝了一個(gè)自動(dòng)伸縮繞線盤。這樣，加油站靜電接地智能報(bào)警裝置就完成了，如圖9所示。

五、效果測(cè)試

經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，加油站靜電接地智能報(bào)警裝置終于完成了，它的實(shí)際使用效果如何呢？我們用暖氣片模擬油罐車，鐵皮模擬大地，對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。

裝置在不使用時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，報(bào)警模塊沒(méi)有發(fā)出聲音。裝置在使用時(shí)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，將2個(gè)夾子夾在暖氣片（油罐車）上，2個(gè)夾子夾在鐵皮（大地）上，靜電導(dǎo)入大地，電流回路形成，報(bào)警模塊沒(méi)有發(fā)出聲音。將任意一個(gè)夾子打開(kāi)或脫離，電流回路斷開(kāi)，報(bào)警模塊立刻啟動(dòng)，并發(fā)出持續(xù)的警報(bào)聲。

指導(dǎo)老師? 李靜

老師推薦理由：

該作品具有新穎性、實(shí)用性，彌補(bǔ)了現(xiàn)有產(chǎn)品的不足，增強(qiáng)了提醒效果，能更好地消除加油站的靜電隱患。