Sommario:
- Forniture
- Passaggio 1: COME FUNZIONA
- Fase 2: COSTRUZIONE DEL SENSORE
- Fase 3: COLLAUDO INIZIALE E SCHEMA DEL CIRCUITO
- Fase 4: IMPOSTAZIONE SEMPLICE DEL TEST DEL SENSORE DI FREQUENZA
- Passaggio 5: SOMMARIO
Video: SENSORE DI TASSO FLUIDO: 5 passaggi
2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02
Hai notato che quando muovi un tubo dell'acqua da un lato all'altro, il getto d'acqua ritarda la direzione del tubo e si allinea con esso quando il movimento viene interrotto. La determinazione della deflessione angolare del getto d'acqua all'uscita del tubo fornirebbe una misura della velocità angolare in questa direzione laterale.
Questo Instructable dimostra questo principio costruendo un 'Sensore di velocità fluida' usando 'Odds and Ends' disponibile nel mio 'Home Lab'. Il fluido qui è "Air".
Viene inoltre presentato un metodo semplice per testare questo "sensore giroscopico" senza l'uso di apparecchiature di prova standard.
Forniture
- Un vecchio fan della CPU
- Flacone antizanzare (vuoto e ben pulito)
- Penna a sfera con sezione tubolare posteriore uniforme
- Due piccole lampadine da una serie di fili di luci decorative
- Spugnetta Scotch-Brite
- Pochi componenti elettronici (fare riferimento allo schema del circuito)
Passaggio 1: COME FUNZIONA
Le due diapositive forniscono uno schema del layout fisico di un sensore fluidico e la teoria alla base del fenomeno fisico.
In questo design "Air" è il "Fluid" che viene aspirato attraverso un ugello utilizzando una piccola ventola della CPU. Il getto d'aria colpisce due filamenti di bulbi riscaldati che formano il sensore di posizione. Un Reference-Bridge è formato da due resistori.
Entrambi i bracci del ponte intero così formato sono alimentati con una tensione V+.
In condizioni stazionarie il getto d'aria raffredda ugualmente entrambi i filamenti del bulbo, il ponte è bilanciato e la tensione di uscita è zero.
Quando viene imposta una velocità angolare sul sistema fisico, il getto d'aria devia e uno dei filamenti del bulbo viene raffreddato più dell'altro. Ciò fornisce uno squilibrio al ponte che porta a una tensione di uscita.
Questa tensione di uscita quando amplificata fornisce una misura della velocità angolare.
Fase 2: COSTRUZIONE DEL SENSORE
SEGUI I PASSI
- Seleziona due lampadine con una resistenza simile dalla stringa di luce. (Due lampadine con resistenza 11,7 Ohm selezionate)
- Rompi con cura il vetro esterno esponendo i filamenti nudi.
- Tenere pronta la ventola della CPU e controllare la direzione del flusso d'aria con una tensione di alimentazione di 5 V. (È necessario determinarlo poiché la ventola deve essere utilizzata in modalità di aspirazione)
- Taglia il fondo del flacone antizanzare con un coltello affilato.
- Tagliare la parte superiore del tappo del flacone scoprendo la porzione tubolare anteriore.
- Smontare la penna a sfera e tagliare l'estremità inferiore. Ciò dovrebbe fornire un tubo uniforme che formerebbe l'ugello per il sensore.
- Inserire il tubo nel tappo del flacone.
- Praticare due piccoli fori nel corpo della bottiglia come mostrato nell'immagine. Questo dovrebbe essere adatto per fissare i filamenti del bulbo diametralmente opposti l'uno all'altro.
- Fissare il tappo, spingere il tubo a una lunghezza adeguata appena prima dei fori del filamento del bulbo.
- Ora inserisci i filamenti del bulbo nei fori e allineali in modo tale che i filamenti entrino appena nella periferia dell'estremità del tubo come mostrato. Fissare il corpo del filamento del bulbo al corpo della bottiglia utilizzando della colla a caldo. (Si dovrebbe tentare un posizionamento il più simmetrico possibile.)
- Fissare il CPU-Fan sul retro del corpo della bottiglia (in basso) usando la colla a caldo ai bordi. Il ventilatore deve essere montato in modo che una delle porzioni piatte sia parallela al piano dei filamenti del bulbo.
- Assicurarsi che le pale della ventola ruotino senza intoppi e quando l'aria alimentata viene aspirata dalla parte posteriore formando un getto d'aria attraverso il tubo del corpo della penna..
L'unità sensore di base è ora assemblata e pronta per il test
Questo Instructable è stato reso possibile da una circostanza peculiare di parti corrispondenti:
La selezione delle parti per questo Instructable è stata fatta dalle "cianfrusaglie" nel mio "laboratorio domestico". La dimensione della ventola della CPU corrispondeva esattamente al diametro inferiore antizanzare. La parte posteriore della penna a sfera come un tubo era a tenuta nella parte tubolare del tappo della bottiglia e le forme a gradino nel diametro della bottiglia erano adatte per fissare i filamenti del bulbo. Era disponibile una stringa di luce decorativa parzialmente fusa. Tutto corrispondeva esattamente!
Fase 3: COLLAUDO INIZIALE E SCHEMA DEL CIRCUITO
Il test iniziale è stato effettuato fornendo un'alimentazione di 5V alla ventola della CPU e l'eccitazione della tensione al semiponte del filamento della lampadina.
Un telefono Android con l'applicazione "AndroSensor" è stato tenuto accanto all'hardware Rate-Sensor ed entrambi sono stati ruotati a mano in modo sinusoidale.
Il display grafico GYRO 'AndroSensor' mostra l'andamento della frequenza sinusoidale. Contemporaneamente l'uscita del ponte di basso livello viene monitorata su un oscilloscopio.
Il segnale di +/- 5 mV è stato osservato per una velocità di +/- 100 gradi/sec.
Il circuito elettronico lo amplifica di 212 per fornire il segnale di uscita.
Soluzione al problema
L'uscita aveva un livello di rumore significativo anche a velocità zero. Ciò è stato diagnosticato come dovuto a un flusso d'aria instabile nel sistema. Per ovviare a ciò è stato inserito un pezzo circolare di Scotch-Brite tra la ventola e gli elementi a bulbo e un altro all'estremità di ingresso del tubo della penna a sfera. Questo ha fatto molta differenza.
Schema
Facendo riferimento allo schema:
5 V vengono alimentati alla ventola della CPU
5 V vengono forniti anche alla combinazione della serie 68 Ohm - Lampadina - Lampadina - 68 Ohm. il condensatore C3 filtra l'interferenza del motore ai filamenti della lampadina
5 V viene anche filtrato da una combinazione induttore-condensatore prima di fornire questo come alimentazione all'OP-AMP
Per il circuito attivo viene utilizzato l'OP-AMP Dual Rail-Rail MCP6022.
U1B è un buffer a guadagno unitario per l'alimentazione di riferimento da 2,5 V
U1A è un amplificatore a inversione di guadagno 212 con un filtro passa-basso per il segnale del ponte di sensori
Il potenziometro R1 viene utilizzato per azzerare a velocità zero l'intero ponte formato dal divisore di potenziale e dalla catena della serie di sensori.
Fase 4: IMPOSTAZIONE SEMPLICE DEL TEST DEL SENSORE DI FREQUENZA
EQUIPAGGIAMENTO STANDARD
L'apparecchiatura di prova del sensore di velocità standard include una "tabella di velocità" motorizzata che fornisce velocità di rotazione programmabili. Tali tabelle sono inoltre dotate di più 'slip-ring' in modo da poter fornire i segnali di ingresso-uscita e l'alimentazione dell'unità in prova.
In tale configurazione solo il sensore di velocità è montato sul tavolo e altre apparecchiature di misurazione e alimentazione sono posizionate su un tavolo a lato.
LA MIA SOLUZIONE
Sfortunatamente, l'accesso a tali apparecchiature non è disponibile per gli appassionati di fai da te. Per ovviare a questo è stato adottato un metodo innovativo che utilizza la metodologia fai-da-te.
L'articolo principale disponibile era un "tavolino rotante"
Su questo è stato montato un treppiede con una fotocamera digitale rivolta verso il basso.
Ora, se il sensore di velocità, l'alimentatore, i dispositivi di misurazione dell'uscita e il sensore di velocità standard potessero essere montati su questa piattaforma. Quindi la tavola può essere ruotata in senso orario, antiorario e avanti e indietro per fornire diversi input di velocità al sensore. Durante il movimento, tutti i dati potrebbero essere registrati come un filmato sulla fotocamera digitale e analizzati in seguito per generare i risultati del test.
Fatto ciò, sul tavolo è stato montato quanto segue:
Sensore di velocità fluidica
Powerbank per cellulare per fornire alimentazione a 5V al sensore di velocità
Un multimetro digitale per osservare la tensione di uscita. Questo multimetro aveva una modalità relativa che poteva essere utilizzata per l'azzeramento a velocità zero.
Un oscilloscopio in modalità OTG per telefono Android che utilizza l'hardware "Gerbotronicd Xproto Plain" e l'applicazione Android "Oscilloscope Pro" di "NFX Development" per osservare le variazioni del segnale.
Un altro telefono Android che esegue l'applicazione "AndroidSensor" di "Fiv Asim". Questo utilizza i sensori inerziali del telefono per visualizzare i tassi di intonazione. L'utilizzo di questo nell'asse z fornisce un valore di riferimento per testare il sensore di velocità fluidica in prova.
Sono stati effettuati dei test e vengono riportati alcuni casi di test tipici:
CCW Z: multimetro +90 gradi/sec -0.931 V, oscilloscopio ~ -1,0 V
CW Z: multimetro -90 gradi/sec +1.753 V, oscilloscopio ~ +1,8 V
Fattore di scala basato sulla media di questi due 1,33 V per 100 gradi/sec
Test sinusoidale Riferimento telefono Android p-p 208 gradi/sec, il multimetro non può rispondere correttamente, l'oscilloscopio mostra un periodo di 1,8 sec, tensione p-p 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V
Sulla base di questo periodo di 1,8 Sec corrisponde a 200 deg/sec p-p
Fattore di scala 1,5 V per 100 gradi/sec
Passaggio 5: SOMMARIO
METODO DI PROVA NON RIUSCITO
Inizialmente è stato provato un metodo per montare sensori, oscilloscopio e sensore di velocità di riferimento sulla tavola rotante e osservare i dati, manualmente o utilizzando una telecamera laterale. Questo è stato un errore dovuto a immagini sfocate e tempi di risposta insufficienti per consentire a un osservatore umano di registrare i valori.
PORTA A CASA OSSERVAZIONI:
Il Fluidic-Rate-Sensor costruito per questo Instructable ha lo scopo di dimostrare il concetto che si è prefissato di fare. Tuttavia, il sensore deve essere costruito con maggiore precisione se deve servire a uno scopo pratico.
Il metodo fai-da-te di test del sensore di frequenza utilizzando una tavola rotante con tutte le apparecchiature e l'alimentatore sul piano del tavolo è raccomandato per l'uso da parte della comunità di Instructable.
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