CZUJNIK PŁYNNOŚCI: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Czy zauważyłeś, że kiedy przesuwasz wąż wodny z boku na bok, strumień wody pozostaje w tyle za kierunkiem węża i dopasowuje się do niego, gdy ruch jest zatrzymany. Określenie odchylenia kątowego strumienia wody na wyjściu węża zapewniłoby miarę prędkości kątowej w tym kierunku bocznym.

Ten Instruktaż demonstruje tę zasadę, konstruując „czujnik szybkości płynów” przy użyciu „Odds and Ends” dostępnych w moim „Home Lab”. Płynem tutaj jest „Powietrze”.

Przedstawiono również prostą metodę testowania tego „czujnika żyroskopowego” bez użycia standardowego sprzętu testowego.

Kieszonkowe dzieci

1. Stary wentylator procesora
2. Butelka na komary (pusta i dobrze oczyszczona)
3. Długopis z jednolitą tylną częścią w kształcie tuby
4. Dwie małe żarówki z serii dekoracyjnego sznurka świetlnego
5. Nakładka do szorowania Scotch-Brite
6. Niewiele elementów elektronicznych (patrz schemat obwodu)

Krok 1: JAK TO DZIAŁA

Dwa slajdy przedstawiają schemat fizycznego układu czujnika przepływu i teorię zjawiska fizycznego.

W tym projekcie „powietrze” to „płyn”, który jest zasysany przez dyszę za pomocą małego wentylatora procesora. Strumień powietrza uderza w dwa rozgrzane żarówki tworzące czujnik położenia. Mostek odniesienia tworzą dwa oporniki.

Oba ramiona tak uformowanego pełnego mostka są zasilane napięciem V+.

W warunkach stanu ustalonego strumień powietrza schładza oba żarniki równomiernie, mostek jest zrównoważony, a napięcie wyjściowe wynosi zero.

Kiedy na system fizyczny narzucona zostanie prędkość kątowa, strumień powietrza ugina się i jeden z żarników żarówek jest chłodzony bardziej niż drugi. Zapewnia to asymetrię mostka prowadzącą do napięcia wyjściowego.

To napięcie wyjściowe po wzmocnieniu zapewnia pomiar prędkości kątowej.

Krok 2: KONSTRUKCJA CZUJNIKA

WYKONAJ KROKI

1. Wybierz ze sznurka dwie żarówki o podobnej rezystancji. (Wybrano dwie żarówki o rezystancji 11,7 omów)
2. Ostrożnie stłucz zewnętrzną szybę odsłaniając gołe włókna.
3. Utrzymuj wentylator procesora w gotowości i sprawdź kierunek przepływu powietrza przy napięciu zasilania 5 V. (Konieczne jest określenie tego, ponieważ wentylator musi być używany w trybie ssania)
4. Wytnij spód butelki odstraszającej komary ostrym nożem.
5. Odetnij górną część zakrętki, odsłaniając przednią część rurową.
6. Zdemontuj długopis i odetnij dolny koniec. Powinno to zapewnić jednolitą rurkę, która tworzyłaby dyszę czujnika.
7. Włóż probówkę do zakrętki butelki.
8. Zrób dwa małe otwory w korpusie butelki, jak pokazano na rysunku. Powinno to być odpowiednie do mocowania żarówek żarówkowych naprzeciw siebie.
9. Zamocuj nakrętkę, wsuń rurkę na odpowiednią długość tuż przy otworach żarówki.
10. Teraz włóż żarówki żarówkowe do otworów i wyrównaj je tak, aby włókna po prostu wchodziły na obrzeże końca rury, jak pokazano. Przymocuj korpus żarówki do korpusu butelki za pomocą gorącego kleju. (Powinno się dążyć do jak najbardziej symetrycznego rozmieszczenia.)
11. Przymocuj wentylator procesora do tylnej części korpusu butelki (na dole) za pomocą gorącego kleju na krawędziach. Wentylator należy zamontować tak, aby jedna z płaskich części była równoległa do płaszczyzny żarówek.
12. Upewnij się, że łopatki wentylatora obracają się płynnie, a gdy zasilane powietrze jest zasysane z tyłu, tworząc strumień powietrza przez rurkę korpusu pióra.

Podstawowa jednostka czujnika jest teraz zmontowana i gotowa do testów

Ta instrukcja była możliwa dzięki szczególnej okoliczności pasujących części:

Wybranie części do tego Instructable zostało wykonane z „drobiazgów” w moim „domowym laboratorium”. Rozmiar wentylatora procesora dokładnie odpowiadał dolnej średnicy środka odstraszającego komary. Tylna część długopisu jako rurka była ciasno dopasowana do rurowej części zakrętki butelki, a schodkowe kształty w średnicy butelki były odpowiednie do mocowania żarówek. Dostępna była częściowo stopiona dekoracyjna struna świetlna. Wszystko dokładnie pasowało!

Krok 3: WSTĘPNE TESTOWANIE I SCHEMAT OBWODÓW

Wstępne testy przeprowadzono, dostarczając zasilanie 5 V do wentylatora procesora i wzbudzając napięcie na półmostku żarówka-filament.

Telefon z Androidem z aplikacją „AndroSensor” był trzymany obok sprzętu Rate-Sensor i oba były ręcznie obracane w sposób sinusoidalny.

Graficzny wyświetlacz GYRO „AndroSensor” pokazuje przebieg sinusoidalny. Jednocześnie wyjście mostka niskiego poziomu jest monitorowane na oscyloskopie.

Sygnał +/- 5 mV zaobserwowano dla szybkości +/- 100 stopni na sekundę.

Obwód elektroniczny wzmacnia to przez 212, aby dostarczyć sygnał wyjściowy.

Rozwiązanie problemu

Wyjście miało znaczny poziom hałasu nawet przy zerowej szybkości. Zostało to zdiagnozowane jako spowodowane niestabilnym przepływem powietrza w systemie. Aby temu zaradzić, między wentylatorem a elementami żarówki umieszczono okrągły kawałek Scotch-Brite, a drugi na wejściowej końcówce rurki długopisu. To zrobiło dużą różnicę.

Schematyczny

Odnosząc się do schematu:

5 V jest podawane do wentylatora procesora

Napięcie 5 V jest również podawane do kombinacji serii 68 Ohm - Żarówka - Żarówka - 68 Ohm. Kondensator C3 filtruje zakłócenia silnika do żarówki-Filamenty

5 V jest również filtrowane przez kombinację cewki indukcyjnej i kondensatora przed dostarczeniem go jako zasilania do OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP jest używany jako obwód aktywny.

U1B to bufor wzmacniający jedność dla zasilania odniesienia 2,5 V

U1A to wzmacniacz odwracający 212 wzmocnienia z filtrem dolnoprzepustowym dla sygnału mostka czujnikowego

Potencjometr R1 służy do zerowania pełnego mostka utworzonego przez dzielnik potencjału i łańcuch szeregowy czujników przy zerowej szybkości.

Krok 4: PROSTA KONFIGURACJA TESTU CZUJNIKA PRĘDKOŚCI

STANDARDOWE WYPOSAŻENIE

Standardowe wyposażenie testowe czujnika prędkości zawiera zmotoryzowaną „Tabelę prędkości”, zapewniającą programowalne prędkości obrotowe. Takie stoły są również wyposażone w liczne „pierścienie ślizgowe”, dzięki czemu można zapewnić sygnały wejścia-wyjścia oraz zasilanie dla testowanej jednostki.

W takiej konfiguracji tylko czujnik prędkości jest montowany na stole, a inne urządzenia pomiarowe i zasilacz są umieszczone z boku na stole.

MOJE ROZWIĄZANIE

Niestety dostęp do takiego sprzętu nie jest dostępny dla majsterkowiczów. Aby temu zaradzić, przyjęto innowacyjną metodę wykorzystującą metodologię DIY.

Podstawowym dostępnym przedmiotem był „Obracany stolik boczny”

Na nim zamontowano statyw z aparatem cyfrowym skierowanym w dół.

Teraz, gdyby czujnik prędkości, zasilacz, urządzenia do pomiaru mocy wyjściowej i czujnik standardowej dawki można było zamontować na tej platformie. Następnie stół można obracać zgodnie z ruchem wskazówek zegara, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i tam i z powrotem, aby zapewnić różne wartości wejściowe do czujnika. Podczas ruchu wszystkie dane mogą być nagrywane jako film na kamerze cyfrowej i później analizowane w celu wygenerowania wyników testu.

Po wykonaniu tej czynności na stole zamontowano:

Czujnik przepływu płynu

Bank zasilania telefonu komórkowego zapewniający zasilanie 5 V do czujnika prędkości

Cyfrowy multimetr do obserwacji napięcia wyjściowego. Ten multimetr miał tryb względny, który mógł być używany do zerowania z zerową szybkością.

Oscyloskop w trybie OTG na telefon z systemem Android wykorzystujący sprzęt „Gerbotronicd Xproto Plain” i aplikację Android „Oscilloscope Pro” firmy „NFX Development” do obserwacji zmian sygnału.

Inny telefon z systemem Android z aplikacją „AndroidSensor” firmy „Fiv Asim”. Wykorzystuje on czujniki bezwładnościowe telefonu do wyświetlania prędkości skoku. Użycie tego na osi z daje wartość referencyjną do testowania testowanego czujnika prędkości przepływu.

Przeprowadzono testy i zgłoszono kilka typowych przypadków testowych:

CCW Z: multimetr +90 stopni/s -0,931 V, oscyloskop ~ -1,0 V

CW Z:-90 st./s multimetr +1,753 V, oscyloskop ~ +1,8 V

Współczynnik skali oparty na średniej z tych dwóch 1,33 V dla 100 stopni/s

Test sinusoidalny Odniesienie telefonu z Androidem p-p 208 deg/s, multimetr nie reaguje poprawnie, oscyloskop pokazuje okres 1,8 sekundy, napięcie p-p 2,4 dz x 1,25 V/dz = 3 V

Na podstawie tego okresu 1,8 s odpowiada 200 st./s p-p

Współczynnik skali 1,5 V dla 100 stopni/s

Krok 5: PODSUMOWANIE

NIEUDANA METODA BADANIA

Początkowo wypróbowano metodę montażu czujników, oscyloskopu i czujnika prędkości odniesienia na stole obrotowym i obserwacji danych ręcznie lub za pomocą kamery z boku. To była porażka z powodu rozmytych obrazów i niewystarczającego czasu reakcji, aby ludzki obserwator mógł zarejestrować wartości.

ZABIERZ UWAGI DO DOMU:

Czujnik szybkości przepływu skonstruowany dla tego Instruktażowego służy do zademonstrowania koncepcji, którą zamierzał wykonać. Jednak czujnik musi być zbudowany z większą precyzją, jeśli ma służyć jakimkolwiek praktycznym celom.

Społeczność Instructable poleca metodę samodzielnego testowania czujników prędkości przy użyciu stołu obrotowego z całym wyposażeniem i zasilaczem na blacie.