Kot lahko vidimo, se upornost v 20 °C spremeni za kar 34 kΩ, kar je zelo dobro za meritev, saj ne potrebujemo nobenih posebnih pretvornih vezij. Vzamemo lahko preprost uporovni delilnik, kjer referenčni upor izberemo blizu sredine merilnega območja, kar znaša 41,9 kΩ. Izbrali smo upor 47 kΩ. Napetost na uporovnem delilniku bo znašala 1,73 V pri 20 °C in 2,78 V pri 40 °C, iz česar lahko izračunamo tudi ločljivost merilnika, ki je enaka (40 °C – 20 °C) / (2,78 V – 1,73 V) ≅ 19 °C / V ≅ 0,02 °C / mV. Velika prednost tega sistema je, da je vezje izjemno poenostavljeno, saj ne potrebujemo niti napetostnega ojačevalnika; vse, kar potrebujemo, je referenčni upor.
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
R [kΩ]
T [°C]
48 Praktični del
2.3 Konstrukcija merilnega sistema
2.3.1 Izbira miške
Pri izbiri miške sta bili v ospredju dve lastnosti. Miška mora biti večje dimenzije oziroma oblikovana tako, da je mogoče v notranjosti namestiti električno vezje, poleg tega pa mora biti brezžična, da iz nje ni potrebno napeljati dveh kablov (enega za miško in enega za merilno vezje). Ker je ideja izdelati čim bolj nevpadljiv merilni sistem, je dobro, da je na videz tudi čim bolj običajna in nevpadljiva ter ne predraga.
Po pregledu ponudbe na trgu smo izbrali miško Logitech M705 Marathon.
Miška je dovolj velika, prostor za vezje pa je enostavno narediti z nekaj rezanja plastike v prostoru za baterije. Prostora ima namreč za dve bateriji, deluje pa lahko samo z eno, kar pomeni, da lahko polovico tega prostora zasede vezje. Če napajanje za miško izvedemo preko USB-kabla (torej zunanje napajanje, ne baterijsko), pa lahko za vezje namenimo celoten prostor za baterije.
Miška je ergonomsko oblikovana, kar je hkrati prednost in slabost. Prednost te oblike je, da jo večina ljudi prime na podoben način, slabost pa je to, da miška ni primerna za levičarje.
Slika 13: Miška Logitech M705 Marathon 2.3.2 Postavitev elektrod
Če želimo dobiti čim boljše meritve, moramo najprej poskrbeti, da se merjena oseba elektrod dotika ves čas čim bolj enakomerno (na istem mestu, enak pritisk na elektrode). Težave nam povzroča dejstvo, da merilni sistem ni namenjen samo eni osebi, ampak čim več različnim, ljudje pa miško držijo na različne načine.
Konstrukcija merilnega sistema 49
Da sem ugotovil, kako ljudje držijo miško, sem jih opazoval pri delu z računalnikom in pregledoval slike ter videoposnetke po internetu. Držanju miške največ pozornosti namenjajo igralci računalniških iger, kjer sta pomembni hitrost in natančnost. Izkaže se, da ljudje v grobem uporabljamo tri različne prijeme miške:
– prijem s celo dlanjo (Palm grip), – prijem v obliki šape (Claw grip,)
– prijem s konicami prstov (Fingertip grip).
Pri prijemu s celo dlanjo dlan počiva na miški, kjer prav tako počivajo tudi prsti. Ta prijem je najbolj sproščen in zato verjetno tudi najbolj razširjen. Miška mora biti dovolj velike dimenzije.
Prijem v obliki šape ima za razliko od prvega sredino dlani dvignjeno od miške, tako da na miški počivajo samo zadnji del dlani in prsti. Pri igranju iger ta prijem omogoča hitrejše premikanje miške naprej in nazaj, ni pa toliko udoben kot prvi.
Pri zadnjem prijemu miško držimo samo s konicami prstov, pri čemer je dlan v zraku. Ta prijem je najmanj udoben, namerno ali nenamerno pa se ga včasih poslužujemo pri uporabi mišk, ki so zelo majhnih dimenzij; pri takih, kjer dlani ne moremo nikamor nasloniti.
Najbolj razširjen je prijem s celo dlanjo (54 %), sledi mu prijem v obliki šape (26,5 %), najmanj ljudi pa miško drži samo s prsti (19,5 %) [9]. Pri držanju miške seveda obstajajo tudi izjeme, ampak teh za namen merilnega sistema ne bomo obravnavali, saj nam omenjeni trije načini zadostujejo.
Slika 14: Najbolj razširjeni načini držanja miške [9]
Vsem trem prijemom je skupno to, da miško držimo s strani. Za desničarje velja, da se palec nahaja na levi strani miške, prstanec in mezinec pa miško podpirata z desne strani, s čimer zagotovimo tritočkovno oporo, ki omogoča stabilno rokovanje in
50 Praktični del
preprečitev vrtenja. Te točke so torej dobra osnova za postavitev elektrod. Ker pa imamo pri različnih prijemih prste (predvsem palec) lahko premaknjene nekoliko bolj naprej oziroma nazaj, je potrebno za postavitev elektrode sprejeti določen kompromis, da taka postavitev pokrije čim večjo populacijo.
Poleg elektrod je potrebno na miški postaviti tudi merilec temperature.
Postavitev na dlan bi povzročila vsaj dve težavi: v vseh prijemih nimamo ves čas naslonjene dlani na miško, še večja težava pa je, da je merjenje temperature boljše na delih, ki imajo čim nižjo temperaturno vztrajnost, torej na čim manjših in tanjših. Za take meritve so najboljši prsti, dlani pa najslabše.
2.3.2.1 Prva postavitev elektrod
Za prvi poskus postavitve elektrod smo uporabili pozlačene kabelske čeveljčke.
Te smo vgradili neposredno na površino miške.
Slika 15: Kabelski čeveljček
Pri montaži elektrod smo si pomagali s segretim nožem, ki z lahkoto zareže v plastiko, zato je rezanje manj nevarno in natančnejše. Najprej smo iz miške izrezali vso »odvečno« plastiko, da smo naredili prostor za vezje, nato pa smo izrezali luknje za elektrode ob straneh miške. Elektrode smo namestili na miško ter jih prilepili z vročo plastiko. Ker je miška ergonomsko oblikovana, so lokacije elektrod že na pol znane, še posebej leva, kjer se nahaja palec. Za desno elektrodo je bilo potrebno malo bolj premisliti, saj jo pri različnih prijemih lahko držimo bolj spredaj ali pa bolj zadaj.
Namestitev elektrod je bila uspešna. Lokacija elektrod se je izkazala za dobro.
Material je zelo trajen in ima odlične električne lastnosti. Plast zlata omogoča elektrodam, da ne oksidirajo, kar pomeni, da njihova površinska upornost s časom ne narašča. Pred uporabo zato ne potrebujejo brušenja ali kakšne druge mehanske ali kemične obdelave. S kladivom jih je bilo dokaj enostavno preoblikovati tako, da se zelo dobro zlijejo z ergonomsko obliko miške in jih pri uporabi skoraj ne čutimo.
Glavna težava teh elektrod pa je njihova vidljivost. Že na prvi pogled jih namreč ne moremo zgrešiti, kar pomeni, da meritev s to miško ni preveč diskretna. Merjena oseba bi verjetno hitro ugotovila, da ne gre za običajno miško. Iz tega razloga smo nadaljevali z raziskovanjem alternativnih načinov montaže elektrod na miško.
Konstrukcija merilnega sistema 51
Slika 16: Leva stran miške s pozlačenimi elektrodami
Slika 17: Desna stran miške s pozlačenimi elektrodami
2.3.2.2 Druga postavitev elektrod
Alternativa kovinskim elektrodam je uporaba prevodne barve, nanesene čez obe polovici miške (galvansko ločeni leva od desne strani). S tem meritev postane popolnoma nevidna, hkrati pa se zmanjša tudi verjetnost »napačnega« držanja miške, torej držanja miške tako, da je med elektrodami in roko slab kontakt ali pa kontakta sploh ni. Ta verjetnost se zmanjša zato, ker se celotna stranska površina miške spremeni v elektrode, če želimo miško premikati po površini, pa jo moramo skoraj obvezno držati s strani.
52 Praktični del
Za realizacijo te ideje smo uporabili prevodno grafitno barvo, ki se dobi v razpršilu – »Graphit 33« nemškega proizvajalca Kontakt Chemie. Gre za temno sivo barvo, ki vsebuje prevoden grafitni prah. Barva je električno prevodna in jo lahko nanesemo na les, plastiko, papir in ostale neprevodne materiale ter jih naredimo prevodne. Razpršilo je enostavno za uporabo, grafit nanašamo na želeno površino s pršenjem z razdalje 20 cm v več nanosih. Med nanašanjem počakamo, da se prejšnji nanos posuši (približno 20 minut oziroma dokler ni suh na otip).
Prevodnost barve seveda ni primerljiva s kovinskimi elektrodami. Njena kontaktna upornost je lahko tudi nekaj kiloohmov. Za določitev te upornosti smo na karton nanašali sloje barve enega za drugim in merili upornost na različnih razdaljah med elektrodama. Karton je bil dimenzij 1,5 cm × 17 cm, kar je omogočalo meritve za razdalje med 0,5 cm in 12 cm. Večje razdalje niso smiselne, saj dolžina miške ne znaša veliko več kot 10 cm, poleg tega pa je tudi širša, kar omogoča nižjo upornost.
Slika 18: Grafitni razpršilnik
Slika 19: Trak za merjenje prevodnosti barve
Meritev smo izvajali od enega do šestih nanosov barve na razdaljah med 0,5 cm in 12 cm z ločljivostjo 0,5 cm. Ne glede na število nanosov smo dobili približno linearno karakteristiko, ki z razdaljo narašča, seveda pa s številom nanosov upornost močno pada.
Upornost bi načeloma lahko zelo preprosto izračunali po enačbi za izračun upornosti objekta:
Konstrukcija merilnega sistema 53
𝑅 = 𝑙 𝑠 ∙ 𝑢∙ 𝜌
Enačba 20: Izračun upornosti
R je upornost, l razdalja med elektrodama, s širina nanosa, u debelina nanosa, ρ pa specifična upornost.
Specifične upornosti v specifikacijah nismo zasledili, prav tako pa ne moremo določiti debeline nanosa, zato smo kot normirano mero za upornost uporabili specifično upornost/debelino nanosa:
𝜌
𝑢 =𝑅 ∙ 𝑠 𝑙
Enačba 21: Izračun normirane mere upornosti
Širina nanosa je konstantna, upornost in razdaljo med elektrodama pa lahko merimo z multimetrom in ravnilom. Pod predpostavko, da je debelina nanosa enakomerna čez cel karton (kar v praksi ne velja popolnoma), bi moral biti ρ/u konstanten. Pri konstantni širini kartona to pomeni, da bi morala biti upornost linearno odvisna od razdalje med elektrodama:
𝑅 = (𝜌 𝑢∙1
𝑠) ∙ 𝑙
Enačba 22: Linearna odvisnost upornosti od razdalje Konstante so zaradi nazornosti zapisane v oklepajih.
54 Praktični del
Graf 10: Rezultati meritev upornosti v odvisnosti od razdalje med elektrodama in številom