FLUIDIC RATE SENSOR: 5 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Vai esat ievērojuši, ka, pārvietojot ūdens šļūteni no vienas puses uz otru, ūdens strūkla atpaliek no šļūtenes virziena un līdzinās tai, kad kustība tiek pārtraukta. Nosakot ūdens strūklas leņķisko novirzi šļūtenes izejā, tiktu mērīts leņķiskais ātrums šajā sānu virzienā.

Šī pamācība demonstrē šo principu, izveidojot “šķidruma ātruma sensoru”, izmantojot “izredzes un beigas”, kas pieejamas manā mājas laboratorijā. Šķidrums šeit ir “gaiss”.

Tiek piedāvāta arī vienkārša šī “žiroskopiskā sensora” pārbaudes metode, neizmantojot standarta testa aprīkojumu.

Piegādes

1. Vecs CPU ventilators
2. Moskītu atbaidīšanas pudele (tukša un labi iztīrīta)
3. Lodīšu pildspalva ar vienotu aizmugurējo cauruļveida sekciju
4. Divas mazas spuldzes no sērijas dekoratīvās gaismas virtenes
5. Scotch-Brite skrubja spilventiņš
6. Maz elektronisko komponentu (skatiet shēmas shēmu)

1. darbība. KĀ TAS DARBOJAS

Abi slaidi sniedz Fluidic sensora fiziskā izkārtojuma shēmu un fiziskās parādības teoriju.

Šajā dizainā “gaiss” ir “šķidrums”, kas tiek izsūkts caur sprauslu, izmantojot nelielu CPU ventilatoru. Gaisa strūkla skar divus apsildāmus spuldzes pavedienus, kas veido pozīcijas sensoru. Atsauces tiltu veido divi rezistori.

Abas šādi izveidotā pilna tilta rokas tiek barotas ar spriegumu V+.

Stāvokļa apstākļos gaisa strūkla vienādi atdzesē abus spuldzes pavedienus, tilts ir līdzsvarots un izejas spriegums ir nulle.

Ja fiziskajai sistēmai tiek noteikts leņķiskais ātrums, gaisa strūkla novirzās un viens no spuldzes pavedieniem tiek atdzesēts vairāk nekā otrs. Tas nodrošina tilta nelīdzsvarotību, kas noved pie izejas sprieguma.

Šis izejas spriegums, kad tiek pastiprināts, nodrošina leņķiskā ātruma mērījumu.

2. solis: SENSORA UZBŪVE

SEKOT SOLI

1. No gaismas virknes izvēlieties divas spuldzes ar līdzīgu pretestību. (Divas spuldzes ar 11,7 omu pretestību)
2. Uzmanīgi izsitiet ārējo stiklu, atklājot tukšos pavedienus.
3. Saglabājiet CPU ventilatoru un pārbaudiet gaisa plūsmas virzienu pie pievades sprieguma 5 V. (Tas ir jānosaka, jo ventilators ir jāizmanto sūkšanas režīmā)
4. Ar asu nazi izgrieziet moskītu atbaidīšanas pudeles dibenu.
5. Nogrieziet pudeles vāciņa augšpusi, atklājot priekšējo cauruļveida daļu.
6. Izjauciet lodīšu pildspalvu un nogrieziet apakšējo galu. Tam vajadzētu nodrošināt vienotu cauruli, kas veidotu sensora sprauslu.
7. Ievietojiet mēģeni pudeles vāciņā.
8. Pudeles korpusā izveidojiet divus mazus caurumus, kā parādīts attēlā. Tam vajadzētu būt piemērotam spuldžu kvēldiegu nostiprināšanai diametrāli pretēji viens otram.
9. Piestipriniet vāciņu, piespiediet cauruli piemērotā garumā tieši pie spuldzes kvēldiega caurumiem.
10. Tagad ievietojiet spuldzes pavedienus caurumos un izlīdziniet tos tā, lai kvēldiegi nonāktu caurules gala perifērijā, kā parādīts attēlā. Piestipriniet spuldzes kvēldiega korpusu pie pudeles korpusa, izmantojot karstu līmi. (Jāizmēģina pēc iespējas simetrisks izvietojums.)
11. Piestipriniet CPU ventilatoru pudeles korpusa aizmugurē (apakšā), izmantojot karstu līmi malās. Ventilators jāuzstāda tā, lai viena no plakanām daļām būtu paralēla spuldzes pavedienu plaknei.
12. Pārliecinieties, ka ventilatora lāpstiņas griežas vienmērīgi un, kad tiek izsūkts gaiss no aizmugures, veidojiet gaisa strūklu caur pildspalvas korpusa cauruli.

Pamata sensora bloks tagad ir samontēts un gatavs testēšanai

Šo pamācību padarīja īpatnējs apstāklis, ka detaļas tika saskaņotas:

Daļas šai pamācībai tika atlasītas no manas mājas laboratorijas “izredzēm un galiem”. CPU-ventilatora izmērs precīzi atbilda odus atgrūdošā apakšējā diametram. Lodīšu pildspalvas aizmugurējā daļa kā caurule bija cieši pieguļoša pudeles vāciņa cauruļveida daļai, un pakāpiena formas pudeles diametrā bija piemērotas spuldzes pavedienu nostiprināšanai. Bija pieejama daļēji izkausēta dekoratīva gaismas virtene. Viss precīzi sakrita!

3. darbība: SĀKOTNĒJĀ TESTĒŠANA UN SHĒMAS SHĒMA

Sākotnējā pārbaude tika veikta, nodrošinot 5 V barošanu CPU ventilatoram un sprieguma ierosmi spuldzes kvēldiega pus tiltam.

Android tālrunis, kurā darbojas lietojumprogramma “AndroSensor”, tika turēts blakus ātruma sensora aparatūrai, un abi ar rokām tika pagriezti sinusoidālā veidā.

“AndroSensor” GYRO grafiskais displejs parāda sinusoidālo ātrumu. Vienlaikus ar osciloskopu tiek uzraudzīta zema līmeņa tilta izeja.

+/- 5 mV signāls tika novērots ar ātrumu +/- 100 grādi sekundē.

Elektroniskā shēma to pastiprina par 212, lai nodrošinātu izejas signālu.

Problēma un risinājums

Izlaidei bija ievērojams trokšņa līmenis pat ar nulles ātrumu. Tas tika diagnosticēts sakarā ar nestabilu gaisa plūsmu sistēmā. Lai to novērstu, starp ventilatoru un spuldzes elementiem tika ievietots apaļš Scotch-Brite gabals un vēl viens lodīšu pildspalvas caurules ieejas galā. Tas radīja daudz atšķirību.

Shematisks

Atsaucoties uz shēmu:

5 V tiek padots CPU ventilatoram

5 V tiek padots arī 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm sērijas kombinācijai. kondensators C3 filtrē motora traucējumus spuldzēm

5 V tiek filtrēts arī ar induktora-kondensatora kombināciju, pirms tas tiek piegādāts OP-AMP

Aktīvajai ķēdei tiek izmantots MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP.

U1B ir vienotības pieauguma buferis 2,5 V atsauces barošanai

U1A ir 212 pastiprinājuma apgriezienu pastiprinātājs ar zemas caurlaidības filtru sensora un tilta signālam

Potenciometru R1 izmanto, lai nulles ātrumā atceltu pilnu tiltu, ko veido potenciālu dalītājs un sensoru sērijas ķēde.

4. solis: VIENKĀRŠI ĀTRUMA SENSORA TESTA IESTATĪŠANA

STANDARTA IEKĀRTAS

Standarta ātruma sensoru testa aprīkojumā ir motorizēta “likmju tabula”, kas nodrošina programmējamus rotācijas ātrumus. Šādas tabulas ir aprīkotas arī ar vairākiem “slīdēšanas gredzeniem”, lai varētu nodrošināt ieejas un izejas signālus un barošanas avotu testējamai vienībai.

Šādos iestatījumos uz galda ir uzstādīts tikai ātruma sensors, un citas mērīšanas iekārtas un barošanas avots ir novietoti uz galda blakus.

MANS RISINĀJUMS

Diemžēl piekļuve šādam aprīkojumam nav pieejama DIY entuziastiem. Lai to pārvarētu, tika pieņemta inovatīva metode, izmantojot DIY metodiku.

Galvenais pieejamais vienums bija rotējošs sānu galds

Uz tā tika uzstādīts statīva statīvs ar uz leju vērstu digitālo kameru.

Tagad, ja uz šīs platformas varētu uzstādīt ātruma sensoru, barošanas avotu, izejas mērīšanas ierīces un standarta ātruma sensoru. Tad galdu varētu pagriezt pulksteņrādītāja virzienā, pretēji pulksteņrādītāja virzienam un turp un atpakaļ, lai sensoram nodrošinātu dažādas ātruma ievades. Kustībā visus datus varēja ierakstīt kā filmu digitālajā kamerā un vēlāk analizēt, lai iegūtu testa rezultātus.

To izdarot, uz galda tika uzstādīts:

Šķidruma ātruma sensors

Mobilā tālruņa barošanas banka, kas nodrošina 5 V barošanu ātruma sensoram

Digitāls daudzmetrs, lai novērotu izejas spriegumu. Šim multimetram bija relatīvais režīms, ko varēja izmantot nulles noteikšanai ar nulles likmi.

Android tālruņa OTG režīma osciloskops, izmantojot aparatūru 'Gerbotronicd Xproto Plain', un Android lietojumprogramma 'Oscilloscope Pro' no 'NFX Development', lai novērotu signāla izmaiņas.

Vēl viens Android tālrunis, kurā darbojas Fiv Asim lietojumprogramma "AndroidSensor". Tas izmanto tālruņa inerces sensorus, lai parādītu piķa likmes. Izmantojot to z asī, tiek iegūta atsauces vērtība testējamā šķidruma ātruma sensora pārbaudei.

Tika veikts tests, un tika ziņoti daži tipiski testa gadījumi:

CCW Z: +90 grādi/s multimetrs -0,931 V, osciloskops ~ -1,0 V

CW Z: -90 grādi/s multimetrs +1,753 V, osciloskops ~ +1,8 V

Mēroga koeficients, pamatojoties uz šo divu vidējo vērtību 1,33 V pie 100 gr/s

Sinusoidālais tests Android tālruņa atsauce p-p 208 deg/sek, multimetrs nevar pareizi reaģēt, Osciloskops rāda 1,8 sek. Periodu, p-p spriegums 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Pamatojoties uz šo 1,8 sek. Periodu, tas atbilst 200 gr/s p-p

Mēroga koeficients 1,5 V pie 100 gr/sek

5. darbība: KOPSAVILKUMS

TESTA METODE NEVEIKTA

Sākumā tika izmēģināta metode sensoru, osciloskopa un atsauces ātruma sensora uzstādīšanai uz rotējošā galda un datu novērošanai, manuāli vai izmantojot kameru no sāniem. Tā bija neveiksme neskaidru attēlu un nepietiekama reakcijas laika dēļ, lai novērotājs varētu reģistrēt vērtības.

IEVĒROT MĀJAS PIEZĪMES:

Šim pamācībai konstruētais šķidruma ātruma sensors kalpo, lai parādītu koncepciju, ko tā iecerējusi darīt. Tomēr sensors ir jāveido ar lielāku precizitāti, ja tam ir jākalpo kādam praktiskam mērķim.

Instructable kopienai ir ieteicams izmantot DIY metodi ātruma sensoru testēšanai, izmantojot rotējošu galdu ar visu aprīkojumu un barošanas avotu uz galda.