OSJETNIK STOPA TEKUĆINE: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Jeste li primijetili da kada pomičete crijevo za vodu s jedne na drugu stranu, mlaz vode zaostaje u smjeru crijeva i poravnava se s njim kada se kretanje zaustavi. Određivanje kutnog otklona mlaza vode na izlazu crijeva osiguralo bi mjerenje kutne brzine u ovom bočnom smjeru.

Ovaj Instructable demonstrira ovo načelo konstruiranjem 'Senzora brzine fluida' koristeći 'Odds and Ends' koji je dostupan u mom 'Home Lab -u'. Tekućina ovdje je 'Zrak'.

Također je predstavljena jednostavna metoda ispitivanja ovog 'žiroskopskog senzora' bez uporabe standardne opreme za ispitivanje.

Pribor

1. Stari fan CPU -a
2. Boca protiv komaraca (prazna i dobro očišćena)
3. Kemijska olovka s jednakim stražnjim cjevastim presjekom
4. Dvije male žarulje iz serije ukrasnih svjetlosnih žica
5. Scotch-Brite podloga za ribanje
6. Nekoliko elektroničkih komponenti (pogledajte shemu kruga)

Korak 1: KAKO RADI

Dva slajda daju shemu fizičkog izgleda fluidnog senzora i teoriju fizičkog fenomena.

U ovom dizajnu "zrak" je "tekućina" koja se usisava kroz mlaznicu pomoću malog CPU-ventilatora. Zračni mlaz udara o dva grijana žaruljasta vlakna koja tvore senzor položaja. Referentni most formiraju dva otpornika.

Obje ruke tako formiranog punog mosta napajaju se naponom V+.

U stacionarnim uvjetima zračni mlaz jednako hladi obje žarne niti, most je uravnotežen, a izlazni napon jednak nuli.

Kad se fizičkom sustavu nametne kutna brzina, mlaz zraka se odbija i jedna od žaruljastih niti se hladi više od druge. To osigurava neravnotežu mosta koja dovodi do izlaznog napona.

Ovaj izlazni napon kada se pojača daje mjeru kutne brzine.

Korak 2: IZGRADNJA SENZORA

PRATI KORAKE

1. Odaberite dvije žarulje sa sličnim otporom iz svjetlosne žice. (Odabrane su dvije žarulje s otporom od 11,7 Ohma)
2. Pažljivo razbijte vanjsko staklo otkrivajući gole niti.
3. Držite CPU-ventilator spreman i provjerite smjer strujanja zraka pri naponu napajanja od 5 V. (To je potrebno utvrditi jer se ventilator mora koristiti u usisnom načinu rada)
4. Oštrim nožem izrežite dno boce protiv komaraca.
5. Odrežite vrh čepa boce otkrivajući samo prednji cjevasti dio.
6. Rastavite kemijsku olovku i odrežite donji kraj. To bi trebalo osigurati jednoliku cijev koja bi oblikovala mlaznicu za senzor.
7. Umetnite cijev u čep boce.
8. Napravite dvije male rupe u tijelu boce kao što je prikazano na slici. To bi trebalo biti prikladno za pričvršćivanje žaruljastih niti dijametralno suprotnih jedna od druge.
9. Popravite čep, gurnite cijev na odgovarajuću duljinu tik do rupa sa žarnom niti.
10. Sada umetnite žaruljske niti u rupe i poravnajte ih tako da niti samo uđu u periferiju kraja cijevi, kao što je prikazano. Tijelo žarulje sa žarnom niti pričvrstite na tijelo boce vrućim ljepilom. (Treba pokušati sa što simetričnijim postavljanjem.)
11. Pričvrstite CPU-ventilator na stražnju stranu bočice (dno) pomoću vrućeg ljepila na rubovima. Ventilator mora biti postavljen tako da jedan od ravnih dijelova bude paralelan s ravninom žaruljastih niti.
12. Uvjerite se da se lopatice ventilatora glatko okreću i da se usisani zrak usisava sa stražnje strane tako da stvara zračni mlaz kroz cijev kućišta olovke.

Osnovna senzorska jedinica sada je sastavljena i spremna za testiranje

Ovaj Instructable omogućen je posebnom okolnošću podudarnih dijelova:

Odabir dijelova za ovaj Instructable obavljen je iz 'koeficijenata i zaključaka' u mojoj 'kućnoj laboratoriji'. Veličina CPU-ventilatora točno je odgovarala promjeru dna koji odbija komarce. Stražnji dio kemijske olovke kao cijev čvrsto se uklapao u cjevasti dio poklopca boce, a koračni oblici u promjeru boce bili su prikladni za pričvršćivanje žaruljastih niti. Dostupan je djelomično spojen ukrasni svjetlosni niz. Sve se točno poklopilo!

Korak 3: INICIJALNO ISPITIVANJE & SEMAČKA KOLA

Početno ispitivanje provedeno je opskrbom CPU-ventilatora napajanjem od 5 V i uzbudom napona na polumostu sa žarnom niti.

Android telefon s aplikacijom 'AndroSensor' držao se pored hardvera Rate-Sensor i oba su ručno rotirana sinusoidno.

GYRO grafički prikaz 'AndroSensor' prikazuje uzorak sinusoidne brzine. Istodobno se osciloskopom prati izlaz niske razine mosta.

Signal +/- 5 mV opažen je pri brzini +/- 100 stupnjeva/sek.

Elektronički krug pojačava to za 212 kako bi osigurao izlazni signal.

Problem i rješenje

Izlaz je imao značajnu razinu buke čak i pri nultoj stopi. To je dijagnosticirano kao posljedica nestabilnog protoka zraka u sustavu. Kako bi se to prevladalo, kružni komad Scotch-Brite umetnut je između ventilatora i elemenata žarulje, a drugi na ulaznom vrhu cijevi kemijske olovke. Ovo je napravilo veliku razliku.

Shematski

Pozivajući se na shemu:

5 V se napaja na ventilator CPU-a

5 V se također dovodi u kombinaciju serije 68 Ohm - žarulja - žarulja - 68 Ohm. kondenzator C3 filtrira smetnje motora u žarulji

5 V se također filtrira kombinacijom induktor-kondenzator prije nego što se isporuči kao napajanje za OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP koristi se za aktivni krug.

U1B je međuspremnik pojačanja jedinstva za referentno napajanje od 2,5 V

U1A je 212 Invertirajuće pojačalo s niskopropusnim filtrom za signal mosta senzora

Potenciometar R1 koristi se za poništavanje punog mosta koji čine razdjelnik potencijala i lanac serije senzora pri nultoj brzini.

Korak 4: POSTAVLJANJE JEDNOSTAVNOG TESTIRANJA SENZORA

STANDARDNA OPREMA

Standardna ispitna oprema s osjetnikom brzine uključuje motoriziranu "tablicu mjerenja" koja omogućuje programirane brzine rotacije. Takve tablice također su opremljene s više "kliznih prstenova" tako da se mogu osigurati ulazno-izlazni signali i napajanje za jedinicu koja se testira.

U takvim postavkama samo je osjetnik brzine postavljen na stol, a druga mjerna oprema i napajanje postavljeni su na stol sa strane.

MOJE RJEŠENJE

Nažalost, ljubiteljima DIY -a pristup takvoj opremi nije dostupan. Kako bi se to prevladalo usvojena je inovativna metoda pomoću DIY metodologije.

Primarna dostupna stavka bio je "Rotirajući pomoćni stol"

Na ovo je postavljen stalak za stativ s digitalnim fotoaparatom koji gleda prema dolje.

Sada, ako bi se na ovu platformu mogli montirati osjetnik brzine, napajanje, izlazni mjerni uređaji i osjetnik standardne brzine. Tada bi se stol mogao rotirati u smjeru kazaljke na satu, suprotno od smjera kazaljke na satu i naprijed-natrag kako bi se senzoru omogućili različiti ulazi za brzinu. Dok su u pokretu, svi se podaci mogu snimiti kao film na digitalnoj kameri i kasnije analizirati radi generiranja rezultata ispitivanja.

Nakon što je to učinjeno, na stol je postavljeno sljedeće:

Senzor brzine fluida

Power-bank mobilnog telefona za opskrbu senzora brzine 5V

Digitalni multimetar za promatranje izlaznog napona. Ovaj višemetar imao je relativni način rada koji se mogao koristiti za nuliranje pri nultoj stopi.

Osciloskop s OTG načinom rada na Android telefonu koji koristi hardver 'Gerbotronicd Xproto Plain' i Android aplikaciju 'Oscilloscope Pro' iz 'NFX Development' za promatranje varijacija signala.

Još jedan Android telefon koji pokreće aplikaciju "AndroidSensor" od strane "Fiv Asim". On koristi inercijske senzore telefona za prikaz visina tona. Korištenje ovoga na osi z daje referentnu vrijednost za testiranje osjetnika brzine fluida koji se testira.

Provedeno je testiranje i zabilježeni su neki tipični testni slučajevi:

CCW Z: +90 stupnjeva u sekundi višemetarski -0.931 V, osciloskop ~ -1.0 V

CW Z: -90 stupnjeva/s višemetarski +1,753 V, osciloskop ~ +1,8 V.

Faktor razmjera temeljen na prosjeku ova dva 1,33 V za 100 stupnjeva/sek

Sinusoidni test Android telefon referenca p-p 208 stupnjeva/s, višemetar ne može pravilno reagirati, osciloskop prikazuje razdoblje od 1,8 sekundi, p-p napon 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Na temelju ovog razdoblja od 1,8 sekundi odgovara 200 stupnjeva/s p-p

Faktor razmjera 1,5 V za 100 stupnjeva/sek

Korak 5: SAŽETAK

METODA PADANOG TESTIRANJA

U početku je isprobana metoda ugradnje senzora, osciloskopa i senzora referentne brzine na rotirajući stol i promatranje podataka, ručno ili pomoću kamere sa strane. To je bio neuspjeh zbog zamućenih slika i nedovoljnog vremena odziva da bi ljudski promatrač zabilježio vrijednosti.

ZAPAMTITE KOD KUĆE:

Senzor brzine fluida konstruiran za ovu Instructable služi za demonstraciju koncepta koji je postavio. Međutim, senzor treba biti izgrađen s većom preciznošću ako ima bilo kakvu praktičnu svrhu.

Zajednica Instructable preporučuje DIY metodu testiranja senzora brzine pomoću rotirajućeg stola sa svom opremom i napajanjem na ploči stola.