Senzor brzine fluida: 5 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

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 ovaj princip konstruiranjem 'Senzora brzine fluida' koristeći 'Odds and Ends' koji je dostupan u mojoj 'Home Lab'. Tečnost ovdje je 'Zrak'.

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

Supplies

1. Stari CPU ventilator
2. Boca protiv komaraca (prazna i dobro očišćena)
3. Hemijska olovka sa ujednačenim zadnjim cijevnim dijelom
4. Dvije male žarulje iz serije ukrasnih svjetlosnih žica
5. Scotch-Brite podloga za ribanje
6. Nekoliko elektroničkih komponenti (pogledajte shemu kola)

Korak 1: KAKO RADI

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

U ovom dizajnu 'Air' je 'Fluid' koji se usisava kroz mlaznicu pomoću malog CPU ventilatora. Zračni mlaz udara u dva zagrijana žaruljasta vlakna koja tvore senzor položaja. Referentni most formiraju dva otpornika.

Oba kraka tako formiranog punog mosta napajaju se naponom V+.

U uslovima stabilnog stanja, mlaz zraka hladi obje žarne niti podjednako, most je uravnotežen, a izlazni napon je nula.

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

Ovaj izlazni napon kada se pojača daje mjeru kutne brzine.

Korak 2: KONSTRUKCIJA SENZORA

Pratite korake

1. Odaberite dvije žarulje sa istim otporom iz svjetlosne žice. (Odabrane su dvije žarulje sa otporom od 11,7 Ohma)
2. Pažljivo razbijte vanjsko staklo otkrivajući gole niti.
3. Držite CPU-ventilator spreman i provjerite smjer protoka 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 tako prednji cevasti deo.
6. Rastavite kemijsku olovku i odrežite donji kraj. To bi trebalo osigurati jedinstvenu cijev koja bi formirala mlaznicu za senzor.
7. Umetnite cijev u čep boce.
8. Napravite dvije male rupe u tijelu boce kao što je prikazano na slici. Ovo bi trebalo biti prikladno za pričvršćivanje žaruljastih niti dijametralno suprotnih jedna od druge.
9. Učvrstite čep, gurnite cijev na odgovarajuću dužinu tik do rupa sa žarnom niti.
10. Sada umetnite žaruljske niti u rupe i poravnajte ih tako da filamenti samo uđu u periferiju kraja cijevi, kao što je prikazano. Tijelo žarilne niti pričvrstite na tijelo boce vrućim ljepilom. (Treba pokušati sa što simetričnijim postavljanjem.)
11. Pričvrstite CPU ventilator na stražnju stranu kućišta boce (dno) pomoću vrućeg ljepila na rubovima. Ventilator mora biti montiran tako da jedan od ravnih dijelova bude paralelan s ravninom žaruljastih niti.
12. Uvjerite se da se lopatice ventilatora rotiraju glatko i da se usisani zrak izvlači iz stražnjeg dijela tako da formira mlaz zraka kroz cijev kućišta olovke.

Osnovna senzorska jedinica je sada sastavljena i spremna za testiranje

Ovo uputstvo je omogućeno posebnom okolnošću usklađivanja dijelova:

Odabir dijelova za ovaj Instructable izvršen je iz 'koeficijenata i zaključaka' u mojoj 'kućnoj laboratoriji'. Veličina CPU-ventilatora potpuno 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 tačno poklopilo!

Korak 3: INICIJALNO ISPITIVANJE I SHEMATIKA KOLA

Inicijalno testiranje je provedeno osiguravanjem napajanja od 5 V za CPU-ventilator i uzbudom napona na polumostu sa žarnom niti.

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

GYRO grafički prikaz 'AndroSensor' prikazuje uzorak sinusoidne brzine. Istovremeno, izlaz niskog nivoa mosta prati se osciloskopom.

Signal +/- 5 mV je primijećen za brzinu +/- 100 stepeni/sek.

Elektroničko kolo pojačava ovo za 212 kako bi osiguralo izlazni signal.

Problem i rješenje

Izlaz je imao značajan nivo buke čak i pri nultoj stopi. Ovo je dijagnosticirano kao posljedica nestabilnog protoka zraka u sistemu. Da 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 to napaja OP-AMP-om

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP koristi se za aktivno kolo.

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

U1A je invertirajuće pojačalo s 212 pojačanja s niskopropusnim filterom 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 sa senzorom brzine uključuje motorizovanu "tablicu brzina" koja omogućava programirane brzine rotacije. Takve tablice također imaju više „kliznih prstenova“tako da se mogu osigurati ulazno-izlazni signali i napajanje za jedinicu koja se testira.

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

MOJE REŠENJE

Nažalost, pristup takvoj opremi nije dostupan entuzijastima "uradi sam". Da bi se to prevladalo usvojena je inovativna metoda pomoću DIY metodologije.

Primarna dostupna stavka bio je "Rotirajući pomoćni sto"

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

Sada, ako bi se na ovu platformu mogli montirati senzor brzine, napajanje, mjerni uređaji za izlaz i osjetnik standardne brzine. Tada se stol može rotirati u smjeru kazaljke na satu, suprotno od smjera kazaljke na satu i naprijed-nazad 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

Banka za napajanje mobilnog telefona za napajanje od 5V senzoru brzine

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

Osciloskop sa 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". Ovaj koristi inercijalne senzore telefona za prikaz visina tona. Upotreba ovoga na osi z daje referentnu vrijednost za testiranje senzora brzine fluida koji se testira.

Provedeno je testiranje i prijavljeni su neki tipični testni slučajevi:

CCW Z: +90 stepeni/sek na više metara -0.931 V, osciloskop ~ -1.0 V

CW Z: -90 stepeni/s višemetarski +1.753 V, osciloskop ~ +1.8 V

Faktor skale zasnovan na prosjeku ova dva 1,33 V za 100 stepeni/sek

Sinusoidni test Android referenca telefona p-p 208 stepeni/sek, višemetar ne može pravilno reagirati, osciloskop prikazuje period od 1,8 sekundi, p-p napon 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Na osnovu ovog perioda od 1,8 sekundi odgovara 200 stepeni/sek p-p

Faktor skale 1,5 V za 100 stepeni/sek

Korak 5: SAŽETAK

METODA PALA TESTIRANJA

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

ZAPAMTITE KOD KUĆE:

Senzor brzine fluida konstruisan za ovu Instructable služi za demonstraciju koncepta koji je postavio. Međutim, senzor mora 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 stolu.