ДАТЧИК РАСХОДА ЖИДКОСТИ: 5 ступеней

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Вы заметили, что когда вы перемещаете водяной шланг из стороны в сторону, струя воды отстает от направления шланга и совпадает с ним, когда движение прекращается. Определение углового отклонения водяной струи на выходе из шланга обеспечит измерение угловой скорости в этом боковом направлении.

Эта инструкция демонстрирует этот принцип путем создания «датчика скорости жидкости» с использованием «шансов и концов», доступных в моей «домашней лаборатории». Жидкость здесь - «Воздух».

Также представлен простой метод проверки этого «гироскопического датчика» без использования стандартного испытательного оборудования.

Запасы

1. Старый вентилятор процессора
2. Флакон с репеллентом от комаров (пустой и хорошо вымытый)
3. Ручка шариковая с однородной задней трубчатой частью
4. Две маленькие лампочки из серии декоративных световых струн
5. Подушечки для чистки Scotch-Brite
6. Мало электронных компонентов (см. Принципиальную схему)

Шаг 1. КАК ЭТО РАБОТАЕТ

На двух слайдах представлена схема физического расположения жидкостного датчика и теория, лежащая в основе физического явления.

В этой конструкции «Воздух» - это «Жидкость», которая всасывается через сопло с помощью небольшого вентилятора ЦП. Струя воздуха попадает на две нагретые нити колбы, образующие датчик положения. Опорный мост образован двумя резисторами.

На оба плеча сформированного таким образом полного моста подается напряжение V +.

В установившемся режиме воздушная струя охлаждает обе нити лампы одинаково, мост уравновешен, а выходное напряжение равно нулю.

Когда на физическую систему накладывается угловая скорость, воздушная струя отклоняется, и одна из нитей колбы охлаждается сильнее, чем другая. Это обеспечивает дисбаланс моста, приводящий к выходному напряжению.

Это выходное напряжение при усилении служит мерой угловой скорости.

Шаг 2: СОЗДАНИЕ ДАТЧИКА

СЛЕДУЙТЕ ШАГАМ

1. Выберите из световой струны две лампочки с одинаковым сопротивлением. (Выбраны две лампы с сопротивлением 11,7 Ом)
2. Осторожно разбейте внешнее стекло, обнажив оголенные нити.
3. Держите CPU-Fan наготове и проверьте направление воздушного потока при напряжении питания 5 В. (это необходимо определить, поскольку вентилятор должен использоваться в режиме всасывания).
4. Вырежьте острым ножом дно флакона со средством от комаров.
5. Отрежьте верхнюю часть крышки от бутылки, обнажив переднюю трубчатую часть.
6. Разберите шариковую ручку и отрежьте нижний конец. Это должно обеспечить однородную трубку, которая будет служить соплом для датчика.
7. Вставьте тюбик в крышку от бутылки.
8. Сделайте два небольших отверстия в корпусе бутылки, как показано на рисунке. Это должно быть подходящим для фиксации нитей лампы диаметрально противоположно друг другу.
9. Закрепите колпачок, протолкните трубку до подходящей длины, не доходя до отверстий для нити лампы.
10. Теперь вставьте нити лампы в отверстия и выровняйте их так, чтобы нити попадали на периферию конца трубки, как показано. Прикрепите корпус лампы-нити к корпусу бутылки с помощью горячего клея. (Следует попытаться разместить как можно более симметрично.)
11. Закрепите CPU-Fan к задней части корпуса флакона (внизу) с помощью горячего клея по краям. Вентилятор должен быть установлен так, чтобы одна из плоских частей была параллельна плоскости нитей колбы.
12. Убедитесь, что лопасти вентилятора вращаются плавно и при подаче энергии воздух всасывается из задней части, образуя воздушную струю через трубку корпуса ручки.

Базовый сенсорный блок собран и готов к испытаниям

Эта инструкция стала возможной благодаря особому совпадению частей:

Выбор частей для этого руководства был сделан на основе «всякой всячины» в моей «домашней лаборатории». Размер CPU-Fan точно соответствовал диаметру основания противомоскитного средства. Задняя часть шариковой ручки в виде трубки плотно входила в трубчатую часть крышки бутылки, а ступенчатые формы диаметра бутылки подходили для фиксации нитей шарика. Доступна частично расплавленная декоративная световая струна. Все точно совпало!

Шаг 3: ПЕРВОНАЧАЛЬНОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ И СХЕМА ЦЕПИ

Первоначальное тестирование проводилось путем подачи питания 5 В на вентилятор ЦП и возбуждения напряжения на полумост лампы-нить накала.

Телефон Android, на котором запущено приложение AndroSensor, находился рядом с оборудованием Rate-Sensor, и оба они вращались по синусоиде вручную.

Графический дисплей ГИРОСЕНСОР «AndroSensor» показывает синусоидальную диаграмму скорости. Одновременно с этим осуществляется мониторинг выходного сигнала моста низкого уровня на осциллографе.

Сигнал +/- 5 мВ наблюдался при скорости +/- 100 град / сек.

Электронная схема усиливает это на 212, чтобы обеспечить выходной сигнал.

Решение проблемы

На выходе был значительный уровень шума даже при нулевой скорости. Было диагностировано, что это связано с неустойчивым потоком воздуха в системе. Чтобы преодолеть это, круглый кусок скотч-бритта был вставлен между вентилятором и элементами колбы, а другой - на входном конце трубки шариковой ручки. Это имело большое значение.

Схема

Ссылаясь на схему:

На CPU-вентилятор подается 5 В

5 В также подается на комбинацию серии 68 Ом - Лампочка - Лампочка - 68 Ом. Конденсатор C3 фильтрует помехи от двигателя для ламп накаливания.

5 В также фильтруется комбинацией индуктивности и конденсатора перед подачей питания на OP-AMP.

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP используется для активной цепи.

U1B - буфер с единичным усилением для источника опорного напряжения 2,5 В.

U1A - это инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 212 с фильтром нижних частот для сигнала датчика-моста.

Потенциометр R1 используется для обнуления полного моста, образованного делителем потенциала и последовательной цепью датчиков, с нулевой скоростью.

Шаг 4: ПРОСТАЯ НАСТРОЙКА ТЕСТА ДАТЧИКА ЧАСТОТЫ

СТАНДАРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Стандартное испытательное оборудование датчика скорости включает моторизованную таблицу скорости вращения, обеспечивающую программируемую скорость вращения. Такие таблицы также снабжены множеством «контактных колец», так что могут быть предусмотрены входные-выходные сигналы и источник питания для тестируемого устройства.

В такой установке только датчик скорости устанавливается на столе, а другое измерительное оборудование и источник питания размещаются на столе сбоку.

МОЕ РЕШЕНИЕ

К сожалению, энтузиастам DIY недоступно такое оборудование. Чтобы преодолеть это, был принят инновационный метод с использованием методологии DIY.

Первым доступным предметом был «Вращающийся столик».

К нему был прикреплен штатив с цифровой камерой, направленной вниз.

Теперь, если бы датчик расхода, источник питания, выходные измерительные устройства и стандартный датчик расхода могли быть установлены на этой платформе. Затем стол можно было вращать по часовой стрелке, против часовой стрелки и вперед и назад для обеспечения различных значений скорости на входе датчика. Во время движения все данные могут быть записаны в виде фильма на цифровую камеру и проанализированы позже для получения результатов испытаний.

После этого на стол смонтировали:

Датчик расхода жидкости

Блок питания мобильного телефона для подачи питания 5 В на датчик скорости

Цифровой мультиметр для наблюдения за выходным напряжением. Этот мультиметр имел относительный режим, который можно было использовать для обнуления с нулевой скоростью.

Осциллограф в режиме OTG для телефона Android с использованием оборудования Gerbotronicd Xproto Plain и Android-приложения Oscilloscope Pro от компании NFX Development для наблюдения за изменениями сигнала.

Другой телефон Android, на котором установлено приложение AndroidSensor от Fiv Asim. В нем используются инерционные датчики телефона для отображения скорости тангажа. Использование этого на оси Z дает эталонное значение для тестирования тестируемого датчика скорости Fluidic..

Был проведен тест, и представлены некоторые типичные тестовые случаи:

CCW Z: +90 град / сек, мультиметр -0,931 В, осциллограф ~ -1,0 В

CW Z: -90 град / сек мультиметр +1,753 В, осциллограф ~ +1,8 В

Масштабный коэффициент основан на среднем значении этих двух значений 1,33 В при 100 град / сек.

Синусоидальный тест Опорный сигнал телефона Android p-p 208 град / с, мультиметр не может правильно реагировать, осциллограф показывает период 1,8 с, размах напряжения 2,4 дел X 1,25 В / дел = 3 В

Исходя из этого, период 1,8 с соответствует 200 град / с пикап.

Масштабный коэффициент 1,5 В для 100 град / сек

Шаг 5: РЕЗЮМЕ

НЕУДАЧНЫЙ МЕТОД ИСПЫТАНИЯ

Первоначально был опробован метод установки датчиков, осциллографа и датчика эталонной скорости на вращающийся стол и наблюдения за данными вручную или с помощью камеры сбоку. Это было неудачей из-за размытых изображений и недостаточного времени отклика для человека-наблюдателя, чтобы записать значения.

ПРИНИМАЙТЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ДОМУ:

Датчик расхода жидкости, созданный для этого руководства, служит для демонстрации концепции, которую он намеревался реализовать. Однако датчик должен быть построен с большей точностью, если он должен служить какой-либо практической цели.

Самодельный метод тестирования датчика скорости с использованием вращающегося стола со всем оборудованием и блоком питания на столе рекомендуется для использования сообществом Instructable.