Kako napraviti točan senzor protoka zraka s Arduinom za ventilator COVID-19 ispod 20 funti: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Molimo pogledajte ovo izvješće za najnoviji dizajn ovog senzora protoka otvora:

Ove upute pokazuju kako izgraditi osjetnik protoka zraka pomoću jeftinog osjetnika diferencijalnog tlaka i lako dostupnih materijala. Dizajn je za osjetnik protoka tipa otvora, otvor (u našem slučaju podloška) pruža ograničenje, a protok možemo izračunati mjerenjem razlike tlaka na otvoru.

Prvotno smo osmislili i izgradili ovaj senzor za naš projekt pod nazivom OpenVent-Bristol, koji je otvoreni dizajn brzog ventilatora za liječenje COVID-19. Međutim, ovaj se senzor može koristiti u gotovo svim aplikacijama za mjerenje protoka zraka.

Ova početna verzija našeg dizajna izrađena je u potpunosti od dijelova koji nisu dostupni za prodaju, nije potreban 3D ispis ili lasersko rezanje.

Priloženi crtež prikazuje crtež presjeka dizajna. To su vrlo jednostavno 2 duljine vodovodne cijevi s podlijepljenjem zalijepljenim između, mjerenje diferencijalnog tlaka preko otvora za izračunavanje protoka.

Uživati!! i dajte nam komentar ako sami napravite.

Korak 1: Kupite dijelove

Ovo su dijelovi koji će vam trebati:

• 2x 15 cm duljine 22 mm OD PVC vodovodne cijevi
• 1x metalna podloška ID 5.5 mm OD oko 20 mm (između 19,5-22 mm je u redu)

• Senzor diferencijalnog tlaka (oko 10 £). Koristili smo MPX5010DP, ali možda ćete htjeti odabrati drugi koji odgovara pritiscima u vašem sustavu. Neki primjeri trgovina koje prodaju te senzore navedene su u nastavku:

  • 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…
• Cijevi pod tlakom izrezane na duljinu oko 20 mm: Bilo koja čvrsta cijev od 2 mm OD trebala bi biti prikladna, poput mjedene cijevi. Iz očaja sam upotrijebio mlaznicu za prskanje iz limenke WD-40, radila je, ali super ljepilo se nije sjajno zalijepilo
• super ljepilo
• Silikonske/PVC cijevi za spajanje na tlačne otvore osjetnika tlaka. Identifikacijski broj 2-3 mm trebao bi biti u redu, možda će vam trebati mala vezica za kabel ako je vaša cijev prevelika.

Možda želite kupiti 1 ili 2 vodovodna priključka ako želite postaviti cijev osjetnika protoka na drugu cijev od 22 mm:

Napomena: Odabrani materijali ne zadovoljavaju propise o medicinskim proizvodima, osobito PVC.

Korak 2: Izrežite vodovodnu cijev

Izrežite 2 duljine iz vodovodne cijevi. Koristili smo 15 cm duljine, ali bi moglo raditi i kraće. Napravio sam rezove pomoću kutne pile jer je važno dobiti lijep kvadratni rez. Brusnim papirom izgladite sve izbočine

Korak 3: Sastavite vodovodne cijevi

• Superljepite svoju podlošku na kraj jedne cijevi, provjerite je li podloška koncentrična s cijevi i obavezno napravite neprekinuto zrnce ljepila skroz po obodu perilice kako ne biste iscurili tlak zraka.
• Zatim drugu duljinu cijevi superljepite na drugu stranu podloške. Ponovno, svakako zalijepite do kraja kako zrak ne bi iscurio

Korak 4: Dodajte slavine za pritisak

1. Izbušite 2 rupe na udaljenostima od podloške prema priloženoj slici
2. Gurnite 2 mm OD šipke u rupe, provjerite da li čvrsto pristaje (moja cijev je bila 2,2 OD, ali svrdlo mi je bilo 2 mm, pa sam samo malo pomaknuo bušilicu dok cijev čvrsto ne prilegne)
3. Superlijepite cijev u rupu, pazeći da je potpuno zatvorena
4. Omotajte izolacijsku traku oko svoje slavine pod tlakom sve dok silikonska cijev ne sjedne lijepo i čvrsto

Korak 5: Testirajte i kalibrirajte

Priključite osjetnik tlaka na svoj Arduino i priključite slavine za tlak na priključke osjetnika tlaka. Uvjerite se da se fizički analogni pin senzora podudara s pin softvera.

Testirajte ga pomoću priloženog koda. Imajte na umu da su potrebne sljedeće knjižnice:

• Žica.h
• i Sensirion_SFM3000_arduino (ova biblioteka je za drugi senzor, ali sam napravio neke izmjene u svom kodu kako bih to uzeo u obzir)

Idealno bi bilo da želite kalibrirati svoj senzor, koristili smo Sensirion SFM3300 spojen serijski s domaćim senzorom. Priključci za SFM3300 su:

• Vcc - 5V
• GND - GND
• SDA - A4
• SCL - A5

Idealno bi bilo da vaš izvor zraka za kalibracijsko ispitivanje ispušta konstantan protok i da se njime može upravljati kako bi se mogao kontrolirati protok protoka. Koristili smo pumpu s zračnim krevetom koja se napajala putem elektroničkog brušenog istosmjernog regulatora brzine koji se kontrolira potenciometrom. Ako imate istosmjerno napajanje, to će također dobro funkcionirati.

Kôd, osim što može očitati tlak i protok s našeg senzora, može se očitati i sa Sensiriona SFM3300 putem i2c, senzora koji smo koristili za kalibraciju. Morat ćete prilagoditi kôd u skladu s tim ako imate drugačiji kalibracijski senzor. (Prilično nevjerojatno, DIY senzor je dao stabilnija, dosljednija očitanja od SFM3300)

Prva verzija koda koristi kalibriranu tablicu pretraživanja za izlaz očitanja brzine protoka. Ovo smo napravili

• bilježenje pritiska tijekom cijelog zamaha iz našeg izvora zraka (kao.csv datoteka)
• uzimanje podataka u excel
• prolazeći kroz jednadžbu kako bi odredili brzinu protoka
• zatim stvaranje tablice za pretraživanje odvojene zarezima koja je kopirana/zalijepljena u Arduino cijeli broj

Excel dokument s jednadžbom je pohranjen …

Druga verzija koda koristit će jednadžbu u kodu iz sljedećih razloga:

• uzeti u obzir temperaturu (što će utjecati na očitanja protoka)
• kako bi se uzela u obzir promjena u ograničenju nizvodno, to će se osjetiti s posebnim senzorom tlaka nizvodno

Korak 6: Opcija odgovarajuće metode kalibracije Janky

Ako nemate standardan osjetnik protoka za kalibriranje sa Sensirion SFM3300, ovo je jedan od načina da dobijete SUPER grubu predodžbu o izlaznom protoku. Međutim, ovo će raditi samo s izvorom protoka visokog tlaka (čak i pumpa za zračni sloj može imati problema s napuhavanjem balona) i radit će samo ako možete više puta isključiti dovod zraka

• Pričvrstite balon na izlaz sustava i izmjerite promjer na koji se napuhuje pri svakoj napuhavanju
• Napunite mjerni vrč vodom (možda otprilike do pola)
• Ponovno napuhajte balon do istog promjera, a zatim ga potpuno potopite u vrč vode i zabilježite razliku u razini vode prije i nakon umetanja balona
• Zatim ćete morati mjeriti volumen po napuhanosti balona u svom kodu, to se postiže integriranjem protoka tijekom vremena. Ne mogu vam dati točan kôd za to jer će se morati razlikovati ovisno o vašem izvoru toka i o tome kako će vaš kôd osjetiti početak i zaustavljanje toka, ali priložio sam funkciju u tekstualnu datoteku koja će staviti volumena, samo ćete mu morati reći kada započeti i prestati s izračunavanjem volumena (tj. za naš test to je bilo na početku i zaustavljanju svakog udisaja), to je naznačeno funkciji pomoću boolove varijable koja se naziva "reatStatus ". Ne zaboravite prenijeti brzinu protoka u ml/s toj funkciji kada je pozovete.

Korak 7: Integrirajte se u svoj sustav

Uključite ga u svoju postavku što god to bilo i uživajte u mjerenju protoka za manje od 15 GBP:)

U prilogu je primjer slike nekih protoka, pritisaka i volumena iz naše aplikacije ventilatora.

Vodovodni ravni spojni spojevi izvrsni su za spajanje ovog senzora na drugu cijev promjera 22 mm.