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

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

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

1. Просверлите 2 отверстия на расстоянии от шайбы согласно приложенному изображению.
2. 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)
3. Суперклейте трубку в отверстие, убедившись, что она полностью закрыта.
4. 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.

Шаг 7: интеграция в вашу систему

Подключите его к своей установке, какой бы он ни был, и наслаждайтесь измерением расхода менее 15 фунтов стерлингов:)

Прилагаемый пример изображения некоторых потоков, давлений и объемов из нашего приложения ИВЛ.

Сантехнические прямые соединительные муфты отлично подходят для соединения этого датчика с другой трубкой с внешним диаметром 22 мм.