Jak vyrobit přesný snímač průtoku vzduchu s Arduino pro ventilátor COVID-19 do 20 GBP: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

V této zprávě najdete nejnovější návrh tohoto snímače průtoku clony:

Tento návod ukazuje, jak vytvořit snímač průtoku vzduchu pomocí levného snímače diferenčního tlaku a snadno dostupných materiálů. Konstrukce je pro průtokový snímač typu clony, clona (v našem případě podložka) poskytuje omezení a průtok můžeme vypočítat měřením rozdílu tlaku v cloně.

Původně jsme tento senzor navrhli a postavili pro náš projekt s názvem OpenVent-Bristol, což je open source design rychlého výrobního ventilátoru pro léčbu COVID-19. Tento senzor lze však použít téměř v jakékoli aplikaci pro snímání průtoku vzduchu.

Tato počáteční verze našeho designu je vyrobena výhradně z běžných dílů, není třeba 3D tisk ani řezání laserem.

Přiložený výkres ukazuje výkres řezu. Jedná se jednoduše o 2 délky instalatérské trubky s podložkou mezi sebou, která měří diferenční tlak přes otvor a vypočítá průtok.

Užívat si!! a dejte nám komentář, pokud si vytvoříte vlastní.

Krok 1: Kupte si díly

Toto jsou součásti, které budete potřebovat:

• 2x 15 cm délky instalatérské trubky z PVC o průměru 22 mm
• 1x kovová podložka ID 5,5 mm OD kolem 20 mm (mezi 19,5-22 mm je v pořádku)

• Senzor diferenčního tlaku (přibližně 10 GBP). Použili jsme MPX5010DP, ale možná budete chtít vybrat jiný, aby vyhovoval tlakům ve vašem systému. Některé příklady obchodů, které prodávají tyto senzory, jsou uvedeny níže:

  • uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/en/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• Tlaková vodovodní hadice rozřezaná na délku přibližně 20 mm: Jakákoli tuhá trubka o průměru 2 mm by měla být vhodná, například mosazná trubka. Ze zoufalství jsem použil rozprašovací trysku z plechovky WD-40, fungovalo to, ale super lepidlo se nelepilo brilantně
• super lepidlo
• Silikonová/PVC trubka pro připojení k tlakovým portům tlakového senzoru. 2-3 mm ID by mělo být v pořádku, možná budete potřebovat malou stahovací pásku, pokud je vaše trubka příliš velká.

Pokud chcete namontovat potrubí snímače průtoku na jiné potrubí o průměru 22 mm, můžete si koupit 1 nebo 2 instalatérské konektory:

Poznámka: Zvolené materiály nesplňují předpisy pro zdravotnické výrobky, zejména PVC.

Krok 2: Vyřízněte instalatérskou trubku

Odřízněte 2 délky z vodovodní trubky. Použili jsme délku 15 cm, ale může to fungovat o něco kratší. Řezy jsem provedl pomocí pokosové pily, protože je důležité získat pěkný čtvercový řez. Pomocí brusného papíru vyhlaďte všechny otřepy

Krok 3: Sestavte instalatérské trubky

• Přilepte podložku na konec jedné trubice, ujistěte se, že je podložka soustředná s trubkou, a nezapomeňte vytvořit souvislou perličku lepidla po celém obvodu podložky, aby nedošlo k úniku tlaku vzduchu.
• Poté nalepte druhou délku hadičky na druhou stranu podložky. Opět nezapomeňte lepit celou cestu, aby nevytekl vzduch

Krok 4: Přidejte tlakové kohoutky

1. Vyvrtejte 2 otvory ve vzdálenostech od podložky podle přiloženého obrázku
2. Zatlačte tyče 2 mm OD do otvorů, ujistěte se, že dobře sedí (moje trubka byla 2,2 OD, ale můj vrták byl 2 mm, takže jsem vrtákem trochu vrtěl, dokud trubka těsně nezapadla)
3. Zlepte trubičku do otvoru a ujistěte se, že je zcela utěsněna
4. Omotejte izolační pásku kolem svého tlakového kohoutku, dokud silikonová trubice hezky a pevně nezapadne

Krok 5: Test a kalibrace

Připojte snímač tlaku k vašemu Arduinu a připojte tlakové kohouty k portům snímače tlaku. Ujistěte se, že fyzický analogový pin senzoru odpovídá kolíku softwaru.

Otestujte to pomocí přiloženého kódu. Všimněte si, že jsou potřeba následující knihovny:

• Wire.h
• a Sensirion_SFM3000_arduino (tato knihovna je pro jiný senzor, ale provedl jsem nějaké změny v mém kódu, abych to zohlednil)

V ideálním případě chcete kalibrovat svůj senzor, použili jsme Sensirion SFM3300 zapojený do série s domácím senzorem. Připojení pro SFM3300 jsou:

• Vcc - 5V
• GND - GND
• SDA - A4
• SCL - A5

V ideálním případě by váš zdroj vzduchu pro kalibrační test měl vydávat konstantní průtok a měl by být kontrolovatelný, aby poskytoval kontrolované otáčení průtoků. Použili jsme nafukovací čerpadlo, které bylo napájeno elektronickým kartáčovaným stejnosměrným regulátorem otáček ovládaným potenciometrem. Pokud máte stejnosměrné napájení, bude fungovat také dobře.

Tento kód, který je schopen číst tlak a průtok z našeho senzoru, může také číst ze senzoru SFM3300 přes i2c, což je senzor, který jsme použili pro kalibraci. Pokud máte jiný kód, budete jej muset odpovídajícím způsobem upravit kalibrační senzor. (Poměrně překvapivě snímač DIY poskytoval stabilnější a konzistentnější hodnoty než SFM3300)

1. verze kódu používá k výstupu naměřených hodnot průtoku kalibrovanou vyhledávací tabulku. Vyrobili jsme to

• protokolování tlaku přes úplné zatažení z našeho zdroje vzduchu (jako soubor.csv)
• převzetí dat do Excelu
• jeho průchod rovnicí pro výpočet průtoku
• potom vytvoření vyhledávací tabulky oddělené čárkami, která byla zkopírována/vložena do celočíselného pole Arduino

Dokument Excel s rovnicí je uložen…

Druhá verze kódu bude v kódu používat rovnici z následujících důvodů:

• vzít v úvahu teplotu (která ovlivní hodnoty průtoku)
• aby se vzala v úvahu změna omezení po proudu, bude to snímáno samostatným snímačem tlaku po proudu

Krok 6: Možnost správné kalibrační metody Janky

Pokud nemáte běžně dostupný snímač průtoku pro kalibraci pomocí Sensirion SFM3300, pak je to jeden ze způsobů, jak získat SUPER hrubou představu o průtoku. To však bude fungovat pouze se zdrojem vysokého tlaku (dokonce i čerpadlo na vzduchovém lůžku může mít potíže s nafouknutím balónu) a bude fungovat pouze tehdy, pokud můžete opakovaně zapnout a vypnout přívod vzduchu

• Připojte balónek k výstupu systému a změřte průměr, na který se nafoukne při každém nafukování
• Naplňte odměrku vodou (asi do poloviny)
• Nafoukněte balón na stejný průměr, poté jej zcela ponořte do džbánu s vodou a zaznamenejte rozdíl v hladině vody před a po vložení balónu
• Dále budete muset změřit objem nafukování balónku ve vašem kódu, a to integrací toku v průběhu času. Nemohu vám poskytnout přesný kód, jak to udělat, protože se bude muset lišit v závislosti na vašem zdroji toku a na tom, jak váš kód bude vnímat začátek a konec toku, ale v textovém souboru jsem připojil funkci, která bude dávat objemu, stačí mu říct, kdy začít a přestat počítat objem (tj. u našeho testu to bylo na začátku a na konci každého dechu), to je pro funkci indikováno pomocí booleovské proměnné zvané „breathStatus“. Když této funkci zavoláte, nezapomeňte předat průtok v ml/s této funkci.

Krok 7: Integrujte do svého systému

Zapojte jej do svého nastavení, ať je jakýkoli, a užijte si měření průtoku pod 15 liber:)

V příloze je ukázkový obrázek některých průtoků, tlaků a objemů z naší aplikace ventilátoru.

Instalatérské přímé spojovací klouby jsou skvělé pro připojení tohoto senzoru k další 22mm OD trubce.