SNÍMAČ FLUIDICKÉ RYCHLOSTI: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Všimli jste si, že když pohybujete vodní hadicí ze strany na stranu, vodní paprsek zaostává ve směru hadice a vyrovnává se s ní, když je pohyb zastaven. Určení úhlové výchylky vodního paprsku na výstupu hadice by poskytlo míru úhlové rychlosti v tomto bočním směru.

Tento Instructable demonstruje tuto zásadu vytvořením „senzoru fluidické rychlosti“pomocí „Odds and Ends“dostupných v mé „domácí laboratoři“. Tekutinou je zde „vzduch“.

Rovněž je představena jednoduchá metoda testování tohoto „gyroskopického senzoru“bez použití standardního testovacího zařízení.

Zásoby

1. Starý ventilátor CPU
2. Láhev odpuzující komáry (prázdná a dobře vyčištěná)
3. Kuličkové pero s rovnoměrným zadním trubkovým průřezem
4. Dvě malé žárovky ze série dekorativních světelných řetězců
5. Scotch-Brite čisticí podložka
6. Několik elektronických součástek (viz schéma zapojení)

Krok 1: JAK FUNGUJE

Dva diapozitivy poskytují schéma fyzického uspořádání fluidního senzoru a teorie fyzikálního jevu.

V tomto provedení je „vzduch“„tekutina“, která je nasávána tryskou pomocí malého ventilátoru CPU. Proud vzduchu dopadá na dvě vyhřívaná vlákna žárovky tvořící snímač polohy. Referenční můstek je tvořen dvěma odpory.

Obě ramena takto vytvořeného plného můstku jsou napájena napětím V+.

V podmínkách ustáleného stavu proud vzduchu ochlazuje obě vlákna žárovky rovnoměrně, můstek je vyvážen a výstupní napětí je nulové.

Když je na fyzický systém aplikována úhlová rychlost, proud vzduchu se vychýlí a jedno z vláken žárovky se ochladí více než druhé. To poskytuje nevyváženost můstku vedoucí k výstupnímu napětí.

Toto výstupní napětí při zesílení poskytuje měřítko úhlové rychlosti.

Krok 2: KONSTRUKCE SENZORU

NÁSLEDUJ KROKY

1. Ze světelného řetězce vyberte dvě žárovky s podobným odporem. (Jsou vybrány dvě žárovky s odporem 11,7 ohmů)
2. Opatrně rozbijte vnější sklo a odhalte holá vlákna.
3. Mějte ventilátor CPU připravený a zkontrolujte směr proudění vzduchu při napájecím napětí 5 V. (Je nutné to určit, protože ventilátor je třeba používat v režimu sání)
4. Ostrým nožem vyřízněte dno láhve odpuzující komáry.
5. Odřízněte horní část uzávěru lahve a odhalte přední trubkovou část.
6. Demontujte kuličkové pero a odřízněte spodní konec. To by mělo zajistit jednotnou trubici, která by tvořila trysku pro senzor.
7. Zkumavku vložte do uzávěru lahve.
8. V těle lahve vytvořte dva malé otvory, jak je znázorněno na obrázku. To by mělo být vhodné pro upevnění žárovkových vláken diametrálně proti sobě.
9. Zašroubujte uzávěr a zatlačte trubičku na vhodnou délku těsně před otvory pro žárovkové vlákno.
10. Nyní vložte žárovková vlákna do otvorů a zarovnejte je tak, aby vlákna právě vstoupila do obvodu konce trubice, jak je znázorněno na obrázku. Upevněte tělo žárovky k tělu láhve pomocí horkého lepidla. (Je třeba se pokusit o symetrické umístění.)
11. Upevněte ventilátor CPU k zadní části těla lahve (dole) pomocí horkého lepidla na okrajích. Ventilátor musí být namontován tak, aby jedna z plochých částí byla rovnoběžná s rovinou vláken žárovky.
12. Ujistěte se, že se lopatky ventilátoru otáčí hladce a když je poháněný vzduch odsáván ze zadní části, aby vytvořil vzduchový paprsek skrz trubici těla pera.

Základní senzorová jednotka je nyní sestavena a připravena k testování

Tento Instructable byl umožněn zvláštními okolnostmi shodných částí:

Výběr dílů pro tento Instructable byl proveden z „pravděpodobností“v mé „domácí laboratoři“. Velikost CPU-Fan přesně odpovídala spodnímu průměru odpuzujícímu komáry. Zadní část kuličkového pera jako trubice těsně přiléhala k trubicovité části uzávěru lahve a tvary stupňů v průměru lahve byly vhodné pro fixaci vláken žárovky. K dispozici byla částečně roztavená dekorativní světelná šňůra. Všechno přesně odpovídalo!

Krok 3: POČÁTEČNÍ TESTOVÁNÍ A SCHÉMA OBVODU

Počáteční testování bylo provedeno zajištěním napájení 5V ventilátoru CPU a buzení napětí na polovičním můstku žárovky.

Vedle hardwaru Rate-Sensor byl umístěn telefon Android s aplikací „AndroSensor“a oba byly ručně sinusově otáčeny.

Grafický displej „AndroSensor“GYRO zobrazuje vzorec sinusové frekvence. Současně je výstup můstku nízké úrovně monitorován na osciloskopu.

Signál +/- 5 mV byl pozorován pro rychlost +/- 100 stupňů/s.

Elektronický obvod to zesiluje o 212, aby poskytl výstupní signál.

Řešení problému

Výstup měl značnou hladinu hluku i při nulové rychlosti. Toto bylo diagnostikováno jako kvůli nestabilnímu proudění vzduchu v systému. Aby se to překonalo, byl mezi ventilátor a prvky žárovky vložen kruhový kus Scotch-Brite a další na vstupní špičku trubice kuličkového pera. To způsobilo velký rozdíl.

Schéma

S odkazem na schéma:

5 V je přiváděno do ventilátoru CPU

5 V je také přiváděno do kombinace řady 68 Ohm - Bulb - Bulb - 68 Ohm. kondenzátor C3 filtruje rušení motoru do žárovkových vláken

5 V je také filtrováno kombinací induktor-kondenzátor, než to poskytne jako zdroj pro OP-AMP

Pro aktivní obvod je použit MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP.

U1B je vyrovnávací paměť jednotného zisku pro referenční napájení 2,5 V.

U1A je invertující zesilovač se ziskem 212 s nízkoprůchodovým filtrem pro signál můstku senzoru

Potenciometr R1 se používá k vynulování plného můstku tvořeného děličem potenciálu a řetězcem řady senzorů s nulovou rychlostí.

Krok 4: JEDNODUCHÉ NASTAVENÍ TESTU SENZORU

STANDARDNÍ VYBAVENÍ

Standardní testovací zařízení Rate-Sensor obsahuje motorizovaný 'Rate-Table' poskytující programovatelné rychlosti otáčení. Tyto tabulky jsou také vybaveny několika „kroužky“, takže je možné zajistit vstupní a výstupní signály a napájení pro testovanou jednotku.

V takovém nastavení je na stůl namontován pouze snímač rychlosti a další měřicí zařízení a napájecí zdroj jsou umístěny na stole vedle sebe.

MOJE ŘEŠENÍ

Bohužel přístup k takovému vybavení není kutilským nadšencům k dispozici. Abychom to překonali, byla přijata inovativní metoda využívající metodiku DIY.

Primární dostupnou položkou byl „otočný boční stůl“

Na tento byl namontován stativový stojan s digitálním fotoaparátem, který vypadal dolů.

Pokud by na tuto platformu bylo možné namontovat snímač rychlosti, napájecí zdroj, zařízení pro měření výkonu a snímač standardní rychlosti. Potom bylo možné stůl otáčet ve směru hodinových ručiček, proti směru hodinových ručiček a tam a zpět, aby do senzoru poskytovaly různé vstupy rychlosti. Zatímco jsou v pohybu, všechna data mohou být zaznamenána jako film na digitální kameru a analyzována později pro generování výsledků testů.

Poté, co to udělal, bylo na stůl namontováno následující:

Fluidní snímač rychlosti

Power-banka mobilního telefonu poskytuje 5V napájení senzoru rychlosti

Digitální multimetr pro sledování výstupního napětí. Tento multimetr měl relativní režim, který bylo možné použít k nulování nulovou rychlostí.

Osciloskop s režimem OTG pro telefon Android s hardwarem „Gerbotronicd Xproto Plain“a aplikací pro Android „Oscilloscope Pro“od „NFX Development“pro sledování změn signálu.

Další telefon s Androidem s aplikací „AndroidSensor“od „Fiv Asim“. Ten používá k zobrazení výškových tónů inerciální senzory telefonu. Jeho použití v ose z poskytuje referenční hodnotu pro testování testovaného senzoru rychlosti proudění.

Byly provedeny testy a jsou uvedeny některé typické testovací případy:

CCW Z: +90 stupňů/s multimetr -0,931 V, osciloskop ~ -1,0 V

CW Z: -90 deg/s multimetr +1,753 V, osciloskop ~ +1,8 V

Faktor měřítka založený na průměru těchto dvou 1,33 V po dobu 100 stupňů/s

Sinusový test Odkaz na telefon Android p-p 208 stupňů/s, multimetr nemůže správně reagovat, osciloskop ukazuje dobu 1,8 s, napětí p-p 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V

Na základě této 1,8sekundové periody odpovídá 200 deg/sec p-p

Faktor měřítka 1,5 V po dobu 100 stupňů/s

Krok 5: SHRNUTÍ

NEÚSPĚŠNÁ ZKUŠEBNÍ METODA

Zpočátku byla vyzkoušena metoda montáže senzorů, osciloskopu a senzoru referenční rychlosti na otočný stůl a pozorování dat, ručně nebo pomocí kamery z boku. Toto bylo selhání kvůli rozmazaným obrazům a nedostatečné době odezvy lidského pozorovatele zaznamenávat hodnoty.

PŘIPOJTE SE K DOMÁCÍM POZOROVÁNÍ:

Senzor rychlosti proudění zkonstruovaný pro tento Instructable slouží k předvedení konceptu, který si předsevzal. Senzor však musí být konstruován s lepší přesností, pokud má sloužit jakémukoli praktickému účelu.

Komunita Instructable doporučuje použití DIY metody testování snímačů rychlosti pomocí otočného stolu se vším zařízením a napájecím zdrojem na desce stolu.