Как сделать точный датчик расхода воздуха с помощью Arduino для вентилятора COVID-19 стоимостью менее 20 фунтов стерлингов: 7 шагов

Шаг 1. Купите запчасти
Шаг 2: Отрежьте водопроводную трубу
Шаг 3: соберите сантехнические трубы
Шаг 4: Добавьте отводы давления
Шаг 5: Тестирование и калибровка
Шаг 6: Вариант правильного метода калибровки Janky
Шаг 7: интеграция в вашу систему

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

Как сделать точный датчик расхода воздуха с помощью Arduino для вентилятора COVID-19 стоимостью менее 20 фунтов стерлингов

См. Этот отчет для получения информации о самой последней конструкции этого датчика потока с диафрагмой:

В этой инструкции показано, как построить датчик расхода воздуха с использованием недорогого датчика перепада давления и легко доступных материалов. Конструкция предназначена для датчика потока диафрагменного типа, диафрагма (в нашем случае шайба) обеспечивает ограничение, и мы можем рассчитать расход, измерив перепад давления на диафрагме.

Первоначально мы спроектировали и создали этот датчик для нашего проекта под названием OpenVent-Bristol, который представляет собой конструкцию с открытым исходным кодом для вентилятора быстрого производства для лечения COVID-19. Однако этот датчик можно использовать практически в любом приложении для измерения расхода воздуха.

Эта первоначальная версия нашего дизайна полностью сделана из готовых деталей, 3D-печать или лазерная резка не требуются.

На прилагаемом чертеже показан чертеж конструкции в разрезе. Это очень просто 2 отрезка водопроводной трубы с приклеенной шайбой между ними, которые измеряют перепад давления на отверстии для расчета расхода.

Наслаждаться!! и дайте нам комментарий, если вы сделаете свой собственный.

Шаг 1. Купите запчасти

Вот те детали, которые вам понадобятся:

2 отрезка по 15 см водопроводной трубы из ПВХ с наружным диаметром 22 мм
1x металлическая шайба ID 5,5 мм OD около 20 мм (в пределах 19,5-22 мм в порядке)
Датчик перепада давления (около 10 фунтов стерлингов). Мы использовали MPX5010DP, но вы можете выбрать другой, соответствующий давлению в вашей системе. Некоторые примеры магазинов, которые продают эти датчики, перечислены ниже:
- uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
- www.digikey.co.uk/product-detail/en/nxp-us…
- www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
Трубка для отбора давления, обрезанная до длины около 20 мм: подойдет любая жесткая трубка с внешним диаметром 2 мм, например латунная трубка. От отчаяния я использовал распылительную насадку от баллончика WD-40, она работала, но суперклей плохо держался
супер клей
Трубка из силикона / ПВХ для подключения к портам давления датчика давления. Внутренний диаметр 2-3 мм должен подойти, вам может понадобиться небольшая кабельная стяжка, если ваша трубка слишком большая.

Вы можете купить 1 или 2 сантехнических соединителя, если хотите установить трубопровод датчика потока на другую трубу диаметром 22 мм:

Примечание. Выбранные материалы не соответствуют требованиям к медицинским изделиям, особенно ПВХ.

Шаг 2: Отрежьте водопроводную трубу

Отрежьте 2 отрезка от водопроводной трубки. Мы использовали длину 15 см, но она может работать немного короче. Я сделал надрезы с помощью торцовочной пилы, так как важно получить хороший квадратный надрез. Используйте наждачную бумагу, чтобы разгладить любые заусенцы

Шаг 3: соберите сантехнические трубы

Приклейте шайбу к концу одной трубки, убедитесь, что шайба концентрична трубке, и обязательно нанесите непрерывный валик клея по всей окружности шайбы, чтобы не было утечки воздуха.
Затем приклейте другую длину трубки к другой стороне шайбы. Опять же, обязательно приклейте все вокруг, чтобы воздух не просачивался.

Шаг 4: Добавьте отводы давления

Просверлите 2 отверстия на расстоянии от шайбы согласно приложенному изображению.
Вставьте стержни с наружным диаметром 2 мм в отверстия, убедитесь, что они плотно прилегают (моя трубка имела внешний диаметр 2,2, но мое сверло было 2 мм, поэтому я просто немного покачал сверлом, пока трубка не села плотно)
Суперклейте трубку в отверстие, убедившись, что она полностью закрыта.
Оберните изоляционную ленту вокруг штуцера для измерения давления, пока силиконовая трубка не войдет в плотную и плотную посадку.

Шаг 5: Тестирование и калибровка

Подключите датчик давления к Arduino и подключите краны давления к портам датчика давления. Убедитесь, что физический аналоговый вывод датчика совпадает с выводом программного обеспечения.

Протестируйте его с помощью прилагаемого кода. Обратите внимание, необходимы следующие библиотеки:

Wire.h
и Sensirion_SFM3000_arduino (эта библиотека предназначена для другого датчика, но я внес некоторые изменения в свой код, чтобы учесть это)

В идеале, если вы хотите откалибровать датчик, мы использовали Sensirion SFM3300, последовательно подключенный к самодельному датчику. Подключения для SFM3300:

Vcc - 5 В
GND - GND
ПДД - А4
SCL - A5

В идеале ваш источник воздуха для калибровочного теста должен выдавать постоянный поток и быть управляемым, чтобы выдавать контролируемое изменение скорости потока. Мы использовали насос надувной подушки, рассчитанный на питание от электронного щеточного регулятора скорости постоянного тока, управляемого с помощью потенциометра. Если у вас есть блок питания постоянного тока, он тоже будет работать нормально.

Код не только может считывать давление и расход с нашего датчика, но также может считываться с Sensirion SFM3300 через i2c, который является датчиком, который мы использовали для калибровки. Вам необходимо будет соответствующим образом адаптировать код, если у вас другой калибровочный датчик. (Удивительно, но датчик DIY давал более стабильные и стабильные показания, чем SFM3300)

Первая версия кода использует откалиброванную справочную таблицу для вывода показаний расхода. Мы сделали это

регистрация давления за полный цикл из нашего источника воздуха (как файл.csv)
перенос данных в Excel
пропуская его через уравнение, чтобы вычислить скорость потока
затем создание таблицы поиска, разделенной запятыми, которая была скопирована / вставлена в целочисленный массив Arduino

Документ Excel с уравнением сохранен…

Вторая версия кода будет использовать уравнение в коде по следующим причинам:

для учета температуры (которая повлияет на показания расхода)
чтобы учесть изменение ограничения на выходе, это будет обнаруживаться отдельным датчиком давления на выходе

Шаг 6: Вариант правильного метода калибровки Janky

Если у вас нет стандартного датчика потока для калибровки, например, Sensirion SFM3300, то это один из способов получить СУПЕР приблизительное представление о выходе потока. Однако это будет работать только с источником потока высокого давления (даже насос надувной подушки может изо всех сил надуть воздушный шар) и будет работать только в том случае, если вы можете многократно включать и выключать подачу воздуха.

Прикрепите баллон к выходу системы и измерьте диаметр, до которого он надувается при каждом надувании.
Наполните мерный кувшин водой (примерно наполовину).
Повторно надуйте воздушный шар до того же диаметра, затем полностью погрузите его в кувшин с водой и запишите разницу в уровне воды до и после того, как баллон будет вставлен.
Затем вам нужно будет измерить объем на надувание баллона в вашем коде, это делается путем интегрирования потока с течением времени. Я не могу дать вам точный код для этого, потому что он должен быть разным в зависимости от вашего источника потока и того, как ваш код будет определять начало и остановку потока, но я добавил функцию в текстовый файл, который будет выводить объем, вам просто нужно будет указать ему, когда начинать и прекращать вычисление объема (т.е. для нашего теста это было в начале и в конце каждого дыхания), это указывается функции через логическую переменную, называемую «reathStatus ». Не забудьте передать в эту функцию расход в мл / с при ее вызове.