เซ็นเซอร์อัตราการไหล: 5 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คุณสังเกตไหมว่าเมื่อคุณขยับท่อน้ำจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง แรงดันน้ำจะไหลย้อนไปตามทิศทางของท่อและจะอยู่ในแนวเดียวกับท่อเมื่อหยุดการเคลื่อนที่ การหาค่าการโก่งตัวเชิงมุมของสายฉีดน้ำที่ทางออกของสายยางจะเป็นตัววัดอัตราเชิงมุมในทิศทางด้านข้างนี้

คำแนะนำนี้สาธิตหลักการนี้โดยการสร้าง 'เซ็นเซอร์อัตราการไหลของของเหลว' โดยใช้ 'อัตราต่อรองและสิ้นสุด' ที่มีอยู่ใน 'Home Lab' ของฉัน ของเหลวที่นี่คือ 'อากาศ'

วิธีง่ายๆ ในการทดสอบ 'เซ็นเซอร์วัดการหมุนวน' นี้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ทดสอบมาตรฐาน

เสบียง

1. พัดลม CPU เก่า
2. ขวดยากันยุง (ว่างเปล่าและทำความสะอาดอย่างดี)
3. ปากกาลูกลื่นที่มีส่วนท่อด้านหลังเหมือนกัน
4. หลอดไฟขนาดเล็ก 2 ดวงจากชุดไฟประดับซีรีส์
5. แผ่นขัดสก๊อต-ไบรต์
6. ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์บางส่วน (ดูแผนผังวงจร)

ขั้นตอนที่ 1: มันทำงานอย่างไร

สไลด์ทั้งสองนี้ให้แผนผังของเลย์เอาต์ทางกายภาพของเซ็นเซอร์ Fluidic และทฤษฎีเบื้องหลังปรากฏการณ์ทางกายภาพ

ในการออกแบบนี้ 'อากาศ' คือ 'ของไหล' ซึ่งถูกดูดผ่านหัวฉีดโดยใช้พัดลม CPU ขนาดเล็ก เครื่องบินไอพ่นกระทบกับเส้นใยกระเปาะที่ให้ความร้อนสองอันก่อตัวเป็นเซ็นเซอร์ตำแหน่ง สะพานอ้างอิงประกอบด้วยตัวต้านทานสองตัว

แขนทั้งสองข้างของฟูลบริดจ์ที่เกิดขึ้นนั้นถูกป้อนด้วยแรงดันไฟฟ้า V+

ภายใต้สภาวะคงตัว เครื่องบินเจ็ทจะระบายความร้อนให้กับไส้หลอดทั้งสองเท่ากัน สะพานมีความสมดุลและแรงดันเอาต์พุตเป็นศูนย์

เมื่อมีการกำหนดอัตราเชิงมุมในระบบทางกายภาพ เครื่องบินไอพ่นจะเบี่ยงเบนและเส้นใยหลอดหนึ่งเส้นจะเย็นลงมากกว่าอีกเส้นหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลของสะพานที่นำไปสู่แรงดันเอาต์พุต

แรงดันไฟขาออกนี้เมื่อขยายแล้วจะเป็นตัววัดอัตราเชิงมุม

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างเซ็นเซอร์

ทำตามขั้นตอน

1. เลือกหลอดไฟสองหลอดที่มีความต้านทานใกล้เคียงกันจากสายไฟ (เลือกหลอด 2 หลอด ต้านทาน 11.7 โอห์ม)
2. ทุบกระจกชั้นนอกอย่างระมัดระวังเพื่อให้เห็นเส้นใยเปลือย
3. เตรียมพัดลม CPU ให้พร้อมและตรวจสอบทิศทางการไหลของอากาศที่แรงดันไฟฟ้า 5 V (จำเป็นต้องพิจารณาสิ่งนี้เนื่องจากต้องใช้พัดลมในโหมดดูด)
4. ตัดก้นขวดยากันยุงออกด้วยมีดคม
5. ตัดส่วนบนของฝาขวดออกเพียงเปิดส่วนท่อด้านหน้า
6. ถอดปากกาลูกลื่นและตัดปลายด้านล่างออก สิ่งนี้ควรให้ท่อที่สม่ำเสมอซึ่งจะสร้างหัวฉีดสำหรับเซ็นเซอร์
7. ใส่หลอดเข้าไปในฝาขวด
8. ทำรูเล็ก ๆ สองรูในตัวขวดตามที่แสดงในภาพ นี้ควรจะเหมาะสมสำหรับการแก้ไขหลอด-เส้นใยตรงข้ามกัน.
9. ยึดฝาครอบ ดันท่อให้มีความยาวที่เหมาะสมเพียงสั้นจากรูหลอดไส้หลอด
10. ตอนนี้ใส่ไส้หลอดเข้าไปในรูและจัดตำแหน่งให้ไส้หลอดเข้าไปในขอบของปลายท่อดังที่แสดงไว้ ยึดตัวหลอดไส้กับตัวขวดโดยใช้กาวร้อน (ควรพยายามจัดตำแหน่งให้สมมาตรมากที่สุด)
11. แก้ไขพัดลม CPU ที่ด้านหลังของตัวขวด (ด้านล่าง) โดยใช้กาวร้อนที่ขอบ ต้องติดตั้งพัดลมเพื่อให้ส่วนแบนส่วนใดส่วนหนึ่งขนานกับระนาบของไส้หลอด
12. ตรวจสอบให้แน่ใจว่าใบพัดของพัดลมหมุนอย่างราบรื่น และเมื่ออากาศที่ถูกจ่ายไฟถูกดูดออกจากด้านหลัง เพื่อสร้างกระแสลมผ่านท่อตัวปากกา

ขณะนี้ชุดเซ็นเซอร์พื้นฐานได้รับการประกอบและพร้อมสำหรับการทดสอบแล้ว

คำแนะนำนี้เกิดขึ้นได้จากสถานการณ์ที่แปลกประหลาดของชิ้นส่วนที่ตรงกัน:

การเลือกชิ้นส่วนสำหรับคำแนะนำนี้ทำจาก 'อัตราต่อรองและสิ้นสุด' ใน 'ห้องปฏิบัติการที่บ้าน' ของฉัน ขนาดพัดลม CPU ตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางด้านล่างของยากันยุงทุกประการ ส่วนท้ายของปากกาลูกลื่นที่เป็นหลอดเป็นแบบรัดแน่นกับส่วนท่อของฝาขวดและรูปทรงขั้นในเส้นผ่านศูนย์กลางขวดเหมาะสำหรับการยึดหลอด-ไส้หลอด มีสายไฟประดับตกแต่งที่หลอมละลายบางส่วน ทุกอย่างลงตัวเป๊ะ!

ขั้นตอนที่ 3: การทดสอบเบื้องต้น & แผนผังวงจร

การทดสอบเบื้องต้นดำเนินการโดยการจ่ายไฟ 5V ให้กับ CPU-Fan และการกระตุ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าไปยัง half bridge ของ bulb-filament

โทรศัพท์ Android ที่ใช้แอปพลิเคชัน 'AndroSensor' ถูกเก็บไว้ข้างฮาร์ดแวร์ Rate-Sensor และทั้งคู่หมุนด้วยมือแบบไซน์

จอแสดงผลกราฟิก GYRO 'AndroSensor' แสดงรูปแบบอัตราไซน์ ในเวลาเดียวกันเอาต์พุตบริดจ์ระดับต่ำจะถูกตรวจสอบบนออสซิลโลสโคป

สัญญาณ +/- 5 mV ถูกสังเกตพบสำหรับอัตรา +/- 100 องศา/วินาที

วงจรอิเล็กทรอนิกส์ขยายสิ่งนี้โดย 212 เพื่อให้สัญญาณเอาท์พุต

ปัญหา & วิธีแก้ไข

เอาต์พุตมีระดับเสียงที่สำคัญแม้ที่อัตราศูนย์ สิ่งนี้ได้รับการวินิจฉัยว่าเกิดจากการไหลของอากาศที่ไม่คงที่ในระบบ เพื่อเอาชนะสิ่งนี้ สก๊อตช์-ไบรต์ชิ้นกลมจึงถูกสอดเข้าไประหว่างพัดลมและส่วนประกอบหลอดไฟ และอีกชิ้นหนึ่งที่ปลายอินพุตของหลอดปากกาลูกลื่น สิ่งนี้สร้างความแตกต่างอย่างมาก

แผนผัง

อ้างถึงแผนผัง:

5 V ถูกป้อนเข้าพัดลม CPU

5 V ยังป้อนให้กับชุดค่าผสม 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm ตัวเก็บประจุ C3 กรองสัญญาณรบกวนของมอเตอร์ไปยังหลอดไฟ - เส้นใย

5 V ยังถูกกรองโดยการรวมตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุก่อนที่จะจัดหาสิ่งนี้ให้กับ OP-AMP

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP ใช้สำหรับวงจรแอคทีฟ

U1B เป็นบัฟเฟอร์เพิ่มเอกภาพสำหรับแหล่งจ่ายอ้างอิง 2.5 V

U1A เป็นแอมพลิฟายเออร์ Inverting 212 เกนที่มี Low-Pass-Filter สำหรับสัญญาณเซ็นเซอร์สะพาน

โพเทนชิออมิเตอร์ R1 ใช้เพื่อหักล้างฟูลบริดจ์ที่เกิดขึ้นจากตัวแบ่งศักย์ไฟฟ้าและโซ่ซีรีส์เซ็นเซอร์ที่อัตราศูนย์

ขั้นตอนที่ 4: ตั้งค่าการทดสอบเซ็นเซอร์อัตราอย่างง่าย

อุปกรณ์มาตรฐาน

อุปกรณ์ทดสอบเซ็นเซอร์อัตรามาตรฐานประกอบด้วย 'ตารางอัตรา' แบบใช้มอเตอร์ซึ่งให้อัตราการหมุนที่ตั้งโปรแกรมได้ ตารางดังกล่าวยังมี 'สลิป-ริง' หลายอัน เพื่อให้สามารถจัดเตรียมสัญญาณอินพุต-เอาท์พุตและแหล่งจ่ายไฟสำหรับหน่วยทดสอบภายใต้การทดสอบได้

ในการตั้งค่าดังกล่าว จะมีเพียงเซ็นเซอร์วัดอัตราเท่านั้นที่ติดตั้งอยู่บนโต๊ะ และอุปกรณ์วัดอื่นๆ และแหล่งจ่ายกำลังวางอยู่บนโต๊ะข้างโต๊ะ

โซลูชันของฉัน

ขออภัย ผู้ชื่นชอบ DIY ไม่สามารถเข้าถึงอุปกรณ์ดังกล่าวได้ เพื่อเอาชนะสิ่งนี้ ได้นำวิธีการสร้างสรรค์โดยใช้วิธีการ DIY มาใช้

รายการหลักที่มีคือ 'โต๊ะข้างหมุนได้'

ขาตั้งสามขาติดตั้งเข้ากับกล้องดิจิตอลที่มองลงด้านล่าง

ตอนนี้ ถ้าสามารถติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอัตรา แหล่งจ่ายไฟ อุปกรณ์วัดผลลัพธ์ และเซ็นเซอร์อัตรามาตรฐานบนแพลตฟอร์มนี้ได้ จากนั้นโต๊ะสามารถหมุนตามเข็มนาฬิกา ทวนเข็มนาฬิกา และไปๆ มาๆ เพื่อให้อัตราอินพุตที่แตกต่างกันไปยังเซ็นเซอร์ ขณะเคลื่อนไหว ข้อมูลทั้งหมดสามารถบันทึกเป็นภาพยนตร์ในกล้องดิจิตอลและวิเคราะห์ในภายหลังเพื่อสร้างผลการทดสอบ

เมื่อทำสิ่งนี้แล้ว สิ่งต่อไปนี้ถูกติดตั้งไว้บนโต๊ะ:

เซ็นเซอร์อัตราการไหลของของเหลว

โทรศัพท์มือถือ-power-bank เพื่อจ่ายไฟ 5V ให้กับอัตรา-Sensor

มัลติมิเตอร์แบบดิจิตอลเพื่อสังเกตแรงดันเอาต์พุต มัลติมิเตอร์นี้มีโหมดสัมพัทธ์ซึ่งสามารถใช้การทำให้เป็นศูนย์ที่อัตราศูนย์ได้

Oscilloscope โหมด OTG ของโทรศัพท์ Android โดยใช้ฮาร์ดแวร์ 'Gerbotronicd Xproto Plain' และแอปพลิเคชัน Android 'Oscilloscope Pro' จาก 'NFX Development' เพื่อสังเกตความแปรผันของสัญญาณ

โทรศัพท์ Android อีกเครื่องที่ใช้แอปพลิเคชัน "AndroidSensor" โดย "Fiv Asim" ซึ่งใช้เซ็นเซอร์เฉื่อยของโทรศัพท์เพื่อแสดงอัตราพิทช์ การใช้สิ่งนี้ในแกน z จะให้ค่าอ้างอิงเพื่อทดสอบเซ็นเซอร์อัตราการไหลของของเหลวที่ทดสอบ.

ดำเนินการทดสอบและรายงานกรณีทดสอบทั่วไปบางกรณี:

CCW Z:+90 องศา/วินาที มัลติมิเตอร์ -0.931 V, ออสซิลโลสโคป ~ -1.0 V

CW Z:-90 องศา/วินาที มัลติมิเตอร์ +1.753 V, ออสซิลโลสโคป ~ +1.8 V

ตัวคูณสเกลตามค่าเฉลี่ยของทั้งสอง 1.33 V สำหรับ 100 องศา/วินาที

การทดสอบไซนูซอยด์ โทรศัพท์ Android อ้างอิง p-p 208 องศา/วินาที, มัลติมิเตอร์ไม่สามารถตอบสนองได้อย่างถูกต้อง, ออสซิลโลสโคปแสดงระยะเวลา 1.8 วินาที, แรงดัน p-p 2.4 Div X 1.25 V/div = 3 V

ตามช่วงเวลา 1.8 วินาทีนี้สอดคล้องกับ 200 องศา/วินาที p-p

ตัวคูณสเกล 1.5 V สำหรับ 100 องศา/วินาที

ขั้นตอนที่ 5: สรุป

วิธีการทดสอบที่ล้มเหลว

เบื้องต้นได้ทดลองวิธีการติดตั้งเซ็นเซอร์ ออสซิลโลสโคป และเซ็นเซอร์อัตราอ้างอิงบนโต๊ะหมุนและการสังเกตข้อมูล ด้วยตนเองหรือใช้กล้องจากด้านข้าง นี่เป็นความล้มเหลวเนื่องจากภาพเบลอและเวลาตอบสนองไม่เพียงพอสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่เป็นมนุษย์ในการบันทึกค่า

ทำการสังเกตที่บ้าน:

Fluidic-Rate-Sensor ที่สร้างขึ้นสำหรับ Instructable นี้มีจุดประสงค์เพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดที่กำหนดไว้ อย่างไรก็ตาม เซ็นเซอร์จะต้องถูกสร้างขึ้นด้วยความแม่นยำที่ดีกว่า หากจำเป็นต้องตอบสนองวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติใดๆ

แนะนำให้ใช้วิธี DIY ของการทดสอบเซ็นเซอร์อัตราโดยใช้โต๊ะหมุนพร้อมอุปกรณ์ทั้งหมดและแหล่งจ่ายไฟบนโต๊ะเพื่อใช้งานโดยชุมชนที่สอนได้