سنسور نرخ سیال: 5 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

آیا توجه کرده اید که هنگام شلنگ آب را از طرفی به طرف دیگر حرکت می دهید ، جت آب از جهت شیلنگ عقب می افتد و هنگامی که حرکت متوقف می شود با آن هماهنگ می شود. تعیین انحراف زاویه ای جت آب در خروجی شیلنگ می تواند میزان زاویه ای را در این جهت جانبی اندازه گیری کند.

این دستورالعمل این اصل را با ساختن "سنسور نرخ سیال" با استفاده از "شانس و پایان" موجود در "آزمایشگاه خانگی" من نشان می دهد. مایع در اینجا "هوا" است.

روش ساده ای برای آزمایش این "سنسور ژیروسکوپی" بدون استفاده از تجهیزات استاندارد آزمایش نیز ارائه شده است.

تدارکات

1. یک فن قدیمی CPU
2. بطری دافع پشه (خالی و خوب تمیز شده)
3. قلم نقطه ای توپی با بخش لوله ای یکنواخت در پشت
4. دو لامپ کوچک از یک رشته نور تزئینی سری
5. پد اسکراب اسکاچ-برایت
6. چند قطعه الکترونیکی (به شماتیک مدار مراجعه کنید)

مرحله 1: چگونه کار می کند

این دو اسلاید یک طرح کلی از طرح فیزیکی سنسور Fluidic و نظریه پشت پدیده فیزیکی را ارائه می دهند.

در این طرح "هوا" "سیال" است که از طریق یک نازل با استفاده از یک CPU-Fan کوچک مکیده می شود. جت هوا به دو رشته لامپ گرم شده برخورد می کند و سنسور موقعیت را تشکیل می دهد. پل مرجع از دو مقاومت تشکیل شده است.

هر دو بازوی پل کاملاً تشکیل شده با ولتاژ V+تغذیه می شوند.

تحت شرایط ثابت ، جت هوا هر دو رشته لامپ را به طور مساوی خنک می کند ، پل متعادل است و ولتاژ خروجی صفر است.

هنگامی که نرخ زاویه ای به سیستم فیزیکی تحمیل می شود ، جت هوا منحرف می شود و یکی از رشته های لامپ بیشتر از دیگری سرد می شود. این عدم تعادل را در پل ایجاد می کند که منجر به خروجی ولتاژ می شود.

این ولتاژ خروجی هنگامی که تقویت می شود ، میزان زاویه ای را اندازه گیری می کند.

مرحله 2: ساخت سنسور

مراحل را دنبال کنید

1. دو لامپ با مقاومت مشابه را از رشته نور انتخاب کنید. (دو لامپ با مقاومت 11.7 اهم انتخاب شده است)
2. شیشه بیرونی را با دقت بشکنید و رشته های برهنه را در معرض دید قرار دهید.
3. CPU-Fan را آماده نگه دارید و جهت جریان هوا را در ولتاژ تغذیه 5 ولت بررسی کنید (لازم است این مورد را تعیین کنید زیرا فن باید در حالت مکش استفاده شود)
4. قسمت پایین بطری دافع پشه را با چاقوی تیز برش دهید.
5. فقط قسمت درپوش بطری را جدا کنید و قسمت لوله ای جلویی را نمایان کنید.
6. قلم نقطه توپ را جدا کرده و انتهای پایینی را جدا کنید. این باید یک لوله یکنواخت ایجاد کند که نازل سنسور را تشکیل دهد.
7. لوله را در درب بطری قرار دهید.
8. مطابق تصویر دو سوراخ کوچک در بدنه بطری ایجاد کنید. این باید برای ثابت کردن رشته های لامپ به طور متقابل در مقابل یکدیگر مناسب باشد.
9. درپوش را ثابت کنید ، لوله را به طول مناسب فقط کوتاهتر از سوراخ های رشته لامپ فشار دهید.
10. حالا رشته های لامپ را داخل سوراخ ها قرار داده و آنها را طوری تراز کنید که فیلامنت ها همانطور که در تصویر نشان داده شده است وارد محیط انتهای لوله شوند. با استفاده از چسب حرارتی بدنه رشته پیاز را به بدنه بطری ثابت کنید. (تا آنجا که ممکن است قرارگیری متقارن باید انجام شود.)
11. با استفاده از چسب حرارتی در لبه ها ، CPU-Fan را به پشت بدنه بطری (پایین) ثابت کنید. فن باید به گونه ای نصب شود که یکی از قسمتهای مسطح با صفحه رشته های لامپ موازی باشد.
12. اطمینان حاصل کنید که تیغه های فن به آرامی می چرخند و هنگامی که هوا از عقب خارج می شود ، از طریق لوله هوا ، جت هوا ایجاد می شود.

واحد سنسور اصلی اکنون مونتاژ شده و آماده آزمایش است

این دستورالعمل به دلیل شرایط خاص ترکیب قطعات امکان پذیر شده است:

انتخاب قطعات برای این دستورالعمل از طریق "احتمال و پایان" در "آزمایشگاه خانگی" من انجام شد. اندازه CPU-Fan دقیقاً با قطر پایین دافع پشه مطابقت دارد. قسمت پشتی قلم توپی به عنوان یک لوله در قسمت لوله ای درپوش بطری محکم بود و شکل های گام در قطر بطری برای ثابت کردن رشته های لامپ مناسب بود. یک سیم تزئینی نوری تا حدی در هم آمیخته بود. همه چیز دقیقاً مطابقت داشت!

مرحله 3: آزمایش اولیه و طرح مدار

آزمایش اولیه با ارائه منبع تغذیه 5V به CPU-Fan و تحریک ولتاژ به نیمه پل رشته ای انجام شد.

یک تلفن Android با برنامه AndroSensor در کنار سخت افزار Rate-Sensor نگه داشته شد و هر دو به صورت سینوسی با دست چرخانده شدند.

نمایشگر گرافیکی 'AndroSensor' GYRO الگوی میزان سینوسی را نشان می دهد. به طور همزمان خروجی پل سطح پایین بر روی یک اسیلوسکوپ نظارت می شود.

+/- سیگنال 5 میلی ولت برای نرخ +/- 100 درجه در ثانیه مشاهده شد.

مدار الکترونیکی این عدد را تا 212 تقویت می کند تا سیگنال خروجی را ارائه دهد.

مشکل و راه حل

خروجی حتی در نرخ صفر دارای سطح سر و صدای قابل توجهی بود. این به دلیل ناپایدار بودن جریان هوا در سیستم تشخیص داده شد. برای غلبه بر این ، یک قطعه دایره ای از اسکاچ برایت بین فن و عناصر لامپ و دیگری در نوک ورودی لوله قلم توپ قرار داده شد. این تفاوت زیادی ایجاد کرد.

شماتیک

با اشاره به شماتیک:

5 ولت به فن CPU تغذیه می شود

5 ولت نیز به ترکیب 68 اهم - لامپ - لامپ - 68 اهم تغذیه می شود. خازن C3 تداخل موتور را به لامپ فیلامنت ها فیلتر می کند

5 ولت نیز قبل از ارائه منبع تغذیه OP-AMP توسط ترکیب خازن و سلف فیلتر می شود

MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP برای مدار فعال استفاده می شود.

U1B یک بافر افزایش واحد برای منبع مرجع 2.5 ولت است

U1A یک تقویت کننده معکوس 212 Gain با فیلتر Low-Pass برای سیگنال پل سنسور است

پتانسیومتر R1 برای خالی کردن پل کامل ایجاد شده توسط تقسیم کننده پتانسیل و زنجیره سری حسگر با نرخ صفر استفاده می شود.

مرحله 4: تنظیم ساده تست سنسور نرخ

تجهیزات استاندارد

تجهیزات تست استاندارد Rate-Sensor شامل یک "Rate-Table" با سرعت چرخشی قابل برنامه ریزی است. چنین جداول همچنین دارای چندین "حلقه لغزش" هستند تا سیگنال های ورودی-خروجی و منبع تغذیه واحد تحت آزمایش ارائه شود.

در تنظیمات ، فقط سنسور نرخ روی میز نصب می شود و سایر تجهیزات اندازه گیری و منبع تغذیه بر روی میز کنار آن قرار می گیرد.

راه حل من

متأسفانه ، دسترسی به چنین تجهیزاتی در دسترس علاقه مندان به DIY نیست. برای غلبه بر این یک روش نوآورانه با استفاده از روش DIY به کار گرفته شد.

مورد اصلی موجود "میز جانبی چرخشی" بود

یک پایه سه پایه با یک دوربین دیجیتال به سمت پایین روی آن نصب شد.

حال ، اگر سنسور نرخ ، منبع تغذیه ، دستگاههای اندازه گیری خروجی و سنسور نرخ استاندارد بر روی این پلت فرم نصب شوند. سپس می توان جدول را در جهت عقربه های ساعت ، عقربه های ساعت و این طرف و آن طرف چرخاند تا ورودی های نرخ متفاوت برای سنسور ارائه شود. در حال حرکت می توان همه داده ها را به عنوان فیلم روی دوربین دیجیتال ضبط کرد و بعداً برای تولید نتایج آزمایش تجزیه و تحلیل کرد.

پس از انجام این کار ، موارد زیر روی میز نصب شد:

Fluidic-Rate-Sensor

تلفن همراه-پاوربانک برای تأمین منبع تغذیه 5V برای سنسور نرخ

چند متر دیجیتال برای مشاهده ولتاژ خروجی. این چند متر دارای حالت نسبی بود که می تواند از صفر در نرخ صفر استفاده شود.

یک اسیلوسکوپ حالت Android OTG با استفاده از سخت افزار "Gerbotronicd Xproto Plain" و برنامه Android "Oscilloscope Pro" از "NFX Development" برای مشاهده تغییرات سیگنال.

یک تلفن Android دیگر که از برنامه "AndroidSensor" توسط "Fiv Asim" استفاده می کند. این دستگاه از سنسورهای اینرسی تلفن برای نمایش سرعت گام استفاده می کند. استفاده از این در محور z یک مقدار مرجع برای آزمایش سنسور نرخ سیال تحت آزمایش می دهد به

آزمایش انجام شد و موارد آزمایش معمولی گزارش شده است:

CCW Z: +90 درجه سانتی گراد/ثانیه چند متر -0.931 V ، اسیلوسکوپ ~ -1.0 ولت

CW Z: -90 درجه/ثانیه چند متر +1.753 ولت ، اسیلوسکوپ ~ +1.8 ولت

ضریب مقیاس بر اساس میانگین این دو 1.33 ولت برای 100 درجه بر ثانیه است

تست سینوسی اندروید تلفن مرجع p-p 208 درجه/ثانیه ، چند متر نمی تواند درست پاسخ دهد ، اسیلوسکوپ دوره 1.8 ثانیه را نشان می دهد ، ولتاژ p-p 2.4 Div X 1.25 V/div = 3 V

بر اساس این دوره 1.8 ثانیه مربوط به 200 درجه در ثانیه p-p است

مقیاس مقیاس 1.5 ولت برای 100 درجه در ثانیه

مرحله 5: خلاصه

روش آزمون ناموفق

در ابتدا روشی برای نصب سنسورها ، اسیلوسکوپ و سنسور نرخ مرجع بر روی میز چرخشی و مشاهده داده ها ، به صورت دستی یا با استفاده از یک دوربین از جانبی امتحان شد. این به دلیل تاری تصاویر و زمان پاسخ ناکافی برای مشاهده گر انسانی برای ثبت مقادیر ، شکست خورده است.

در خانه مشاهده کنید:

Fluidic-Rate-Sensor ساخته شده برای این دستورالعمل به منظور نشان دادن مفهومی است که برای انجام آن در نظر گرفته شده است. با این حال ، اگر سنسور به منظور کاربردی باشد ، باید با دقت بیشتری ساخته شود.

روش DIY برای اندازه گیری میزان سنسور با استفاده از یک میز دوار با تمام تجهیزات و منبع تغذیه روی میز برای استفاده توسط جامعه آموزش پذیر توصیه می شود.