Tabla de contenido:
- Suministros
- Paso 1: CÓMO FUNCIONA
- Paso 2: CONSTRUCCIÓN DEL SENSOR
- Paso 3: PRUEBA INICIAL Y ESQUEMA DEL CIRCUITO
- Paso 4: CONFIGURACIÓN SIMPLE DE PRUEBA DEL SENSOR DE VELOCIDAD
- Paso 5: RESUMEN
Video: SENSOR DE VELOCIDAD DE FLUIDO: 5 pasos
2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42
¿Ha notado que cuando mueve una manguera de agua de lado a lado, el chorro de agua se retrasa en la dirección de la manguera y se alinea con ella cuando se detiene el movimiento? La determinación de la desviación angular del chorro de agua en la salida de la manguera proporcionaría una medida de la velocidad angular en esta dirección lateral.
Este Instructable demuestra este principio mediante la construcción de un 'Sensor de frecuencia fluídica' usando 'Probabilidades y finalizaciones' disponibles en mi 'Laboratorio casero'. El fluido aquí es 'Aire'.
También se presenta un método simple para probar este 'sensor giroscópico' sin el uso de equipo de prueba estándar.
Suministros
- Un viejo ventilador de CPU
- Botella repelente de mosquitos (vacía y bien limpia)
- Bolígrafo con sección tubular trasera uniforme
- Dos bombillas pequeñas de una cadena de luces decorativas en serie
- Estropajo Scotch-Brite
- Pocos componentes electrónicos (consulte el esquema del circuito)
Paso 1: CÓMO FUNCIONA
Las dos diapositivas proporcionan un esquema del diseño físico de un sensor fluídico y la teoría detrás del fenómeno físico.
En este diseño, 'Aire' es el 'Fluido' que se aspira a través de una boquilla utilizando un pequeño ventilador de CPU. El chorro de aire incide en dos filamentos de bulbo calentados que forman el sensor de posición. Un puente de referencia está formado por dos resistencias.
Ambos brazos del puente completo así formado se alimentan con un voltaje V +.
En condiciones de estado estacionario, el chorro de aire enfría ambos filamentos de bulbo por igual, el puente está equilibrado y el voltaje de salida es cero.
Cuando se impone una velocidad angular al sistema físico, el chorro de aire se desvía y uno de los filamentos de bulbo se enfría más que el otro. Esto proporciona un desequilibrio al puente que conduce a un voltaje de salida.
Este voltaje de salida cuando se amplifica proporciona una medida de la velocidad angular.
Paso 2: CONSTRUCCIÓN DEL SENSOR
SIGUE LOS PASOS
- Seleccione dos bombillas con resistencia similar de la cadena de luz. (Dos bombillas con una resistencia de 11,7 ohmios seleccionada)
- Rompa con cuidado el vidrio exterior exponiendo los filamentos desnudos.
- Mantenga listo el CPU-Fan y verifique la dirección del flujo de aire a una tensión de alimentación de 5 V. (Es necesario determinar esto ya que el ventilador debe usarse en modo de succión)
- Corta el fondo de la botella repelente de mosquitos con un cuchillo afilado.
- Corta la parte superior de la tapa de la botella dejando al descubierto la parte tubular delantera.
- Desmonte el bolígrafo y corte el extremo inferior. Esto debería proporcionar un tubo uniforme que formaría la boquilla del sensor.
- Inserte el tubo en la tapa de la botella.
- Haga dos pequeños agujeros en el cuerpo de la botella como se muestra en la imagen. Esto debería ser adecuado para fijar los filamentos de bulbo diametralmente opuestos entre sí.
- Fije la tapa, empuje el tubo a una longitud adecuada justo antes de los orificios del filamento de la bombilla.
- Ahora inserte los filamentos de la bombilla en los orificios y alinéelos de manera que los filamentos entren en la periferia del extremo del tubo como se muestra. Fije el cuerpo del filamento de la bombilla al cuerpo de la botella con pegamento caliente. (Debe intentarse una ubicación lo más simétrica posible).
- Fije el ventilador de la CPU a la parte posterior del cuerpo de la botella (parte inferior) con pegamento caliente en los bordes. El ventilador debe montarse de modo que una de las partes planas quede paralela al plano de los filamentos de la bombilla.
- Asegúrese de que las aspas del ventilador giren suavemente y cuando se succione el aire de la parte trasera, forme un chorro de aire a través del tubo del cuerpo de la pluma.
La unidad de sensor básica ahora está ensamblada y lista para la prueba
Este Instructable fue posible gracias a una circunstancia peculiar de piezas coincidentes:
La selección de partes para este Instructable se realizó a partir de las 'probabilidades y extremos' en mi 'laboratorio en casa'. El tamaño del ventilador de la CPU coincidía exactamente con el diámetro inferior del repelente de mosquitos. La parte trasera del bolígrafo como tubo encajaba bien en la parte tubular de la tapa de la botella y las formas escalonadas en el diámetro de la botella eran adecuadas para fijar los filamentos de bulbo. Se disponía de una cadena luminosa decorativa parcialmente fundida. ¡Todo coincidía exactamente!
Paso 3: PRUEBA INICIAL Y ESQUEMA DEL CIRCUITO
La prueba inicial se llevó a cabo proporcionando un suministro de 5 V al ventilador de la CPU y la excitación de voltaje al medio puente de filamento de bombilla.
Un teléfono Android que ejecutaba la aplicación 'AndroSensor' se mantuvo junto al hardware Rate-Sensor y ambos se rotaron de forma sinusoidal a mano.
La pantalla gráfica 'AndroSensor' GYRO muestra el patrón de frecuencia sinusoidal. Simultáneamente, la salida del puente de bajo nivel se monitorea en un osciloscopio.
Se observó una señal de +/- 5 mV para una velocidad de +/- 100 grados / seg.
El circuito electrónico amplifica esto en 212 para proporcionar la señal de salida.
Solución del problema
La salida tenía un nivel de ruido significativo incluso a tasa cero. Esto fue diagnosticado como debido a un flujo de aire inestable en el sistema. Para superar esto, se insertó una pieza circular de Scotch-Brite entre el ventilador y los elementos de la bombilla y otra en la punta de entrada del tubo del bolígrafo. Esto marcó una gran diferencia.
Esquemático
Refiriéndose al esquema:
Se alimentan 5 V al ventilador de la CPU
También se alimentan 5 V a la combinación de la serie 68 ohmios - bombilla - bombilla - 68 ohmios. El condensador C3 filtra la interferencia del motor a la bombilla-Filamentos
5 V también se filtra mediante una combinación de inductor-condensador antes de proporcionar esto como suministro al OP-AMP
El OP-AMP MCP6022 Dual Rail-Rail se utiliza para el circuito activo.
U1B es un búfer de ganancia unitaria para la fuente de referencia de 2,5 V
U1A es un amplificador inversor de ganancia 212 con un filtro de paso bajo para la señal del puente del sensor
El potenciómetro R1 se utiliza para anular el puente completo formado por el divisor de potencial y la cadena de la serie del sensor a tasa cero.
Paso 4: CONFIGURACIÓN SIMPLE DE PRUEBA DEL SENSOR DE VELOCIDAD
EQUIPAMIENTO ESTANDAR
El equipo de prueba del sensor de frecuencia estándar incluye una 'Tabla de tasas' motorizada que proporciona tasas de rotación programables. Dichas tablas también están provistas de múltiples 'anillos colectores' para que puedan proporcionarse las señales de entrada y salida y la fuente de alimentación para la unidad bajo prueba.
En tal configuración, solo el sensor de frecuencia se coloca en la mesa y otros equipos de medición y la fuente de alimentación se colocan en una mesa a un lado.
MI SOLUCIÓN
Desafortunadamente, el acceso a dicho equipo no está disponible para los entusiastas del bricolaje. Para superar esto, se adoptó un método innovador que utiliza la metodología de bricolaje.
El artículo principal disponible era una 'Mesa auxiliar giratoria'
Se colocó un soporte de trípode en esto con una cámara digital mirando hacia abajo.
Ahora, si el sensor de frecuencia, la fuente de alimentación, los dispositivos de medición de salida y el sensor de frecuencia estándar pudieran montarse en esta plataforma. Luego, la mesa podría girarse en sentido horario, antihorario y de un lado a otro para proporcionar diferentes entradas de velocidad al sensor. Mientras está en movimiento, todos los datos pueden grabarse como una película en la cámara digital y analizarse más tarde para generar los resultados de la prueba.
Una vez hecho esto, se montó lo siguiente en la mesa:
Sensor de frecuencia de fluidos
Banco de energía para teléfono móvil para proporcionar un suministro de 5 V al sensor de velocidad
Un multímetro digital para observar el voltaje de salida. Este multímetro tenía un modo relativo que podía usarse para poner a cero a tasa cero.
Un osciloscopio de modo OTG de teléfono Android que utiliza el hardware 'Gerbotronicd Xproto Plain' y la aplicación de Android 'Oscilloscope Pro' de 'NFX Development' para observar las variaciones de señal.
Otro teléfono Android que ejecuta la aplicación "AndroidSensor" de "Fiv Asim". Utiliza los sensores de inercia del teléfono para mostrar las velocidades de paso. El uso de esto en el eje z proporciona un valor de referencia para probar el sensor de velocidad fluídica bajo prueba..
Se llevaron a cabo pruebas y se informan algunos casos de prueba típicos:
CCW Z: +90 grados / seg multímetro -0,931 V, osciloscopio ~ -1,0 V
CW Z: -90 grados / seg multímetro +1.753 V, osciloscopio ~ +1.8 V
Factor de escala basado en el promedio de estos dos 1.33 V para 100 grados / seg.
Prueba sinusoidal Referencia del teléfono Android p-p 208 grados / seg, el multímetro no puede responder correctamente, el osciloscopio muestra un período de 1.8 segundos, voltaje p-p 2.4 Div X 1.25 V / div = 3 V
Basado en este período de 1.8 segundos corresponde a 200 grados / seg p-p
Factor de escala 1,5 V para 100 grados / seg.
Paso 5: RESUMEN
MÉTODO DE PRUEBA FALLIDO
Inicialmente se probó un método para montar sensores, osciloscopio y sensor de velocidad de referencia en la mesa giratoria y observar los datos, manualmente o usando una cámara desde un lado. Esto fue un error debido a imágenes borrosas y tiempo de respuesta insuficiente para que un observador humano registre los valores.
LLEVAR OBSERVACIONES A CASA:
El sensor de frecuencia fluídica construido para este Instructable tiene el propósito de demostrar el concepto que se propuso hacer. Sin embargo, el sensor debe construirse con mayor precisión si tiene que cumplir algún propósito práctico.
La comunidad Instructable recomienda el método de bricolaje para probar el sensor de frecuencia utilizando una mesa giratoria con todo el equipo y la fuente de alimentación en la mesa.
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