Comment faire un capteur de débit d'air précis avec Arduino pour moins de 20 £ Ventilateur COVID-19: 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Veuillez consulter ce rapport pour la conception la plus récente de ce capteur de débit à orifice:

Cette instructables montre comment construire un capteur de débit d'air à l'aide d'un capteur de pression différentielle à faible coût et de matériaux facilement disponibles. La conception est pour un capteur de débit de type orifice, l'orifice (dans notre cas une rondelle) fournit une restriction et nous pouvons calculer le débit en mesurant la différence de pression à travers l'orifice.

À l'origine, nous avons conçu et construit ce capteur pour notre projet appelé OpenVent-Bristol, qui est une conception open source de ventilateur de fabrication rapide pour le traitement du COVID-19. Cependant, ce capteur peut être utilisé dans à peu près n'importe quelle application de détection de débit d'air.

Cette version initiale de notre conception est entièrement réalisée à l'aide de pièces standard, aucune impression 3D ou découpe laser n'est nécessaire.

Le dessin ci-joint montre un dessin en coupe transversale de la conception. Il s'agit très simplement de 2 longueurs de tuyau de plomberie avec une rondelle collée entre les deux, mesurant la pression différentielle à travers l'orifice pour calculer le débit.

Prendre plaisir!! et laissez-nous un commentaire si vous créez le vôtre.

Étape 1: acheter des pièces

Voici les pièces dont vous aurez besoin:

• 2x 15 cm de longueur de tuyau de plomberie en PVC de 22 mm de diamètre extérieur
• 1x rondelle métallique ID 5,5 mm OD environ 20 mm (entre 19,5 et 22 mm est bien)

• Un capteur de pression différentielle (environ 10 £). Nous avons utilisé un MPX5010DP, mais vous souhaiterez peut-être en sélectionner un autre en fonction des pressions de votre système. Quelques exemples de magasins qui vendent ces capteurs sont répertoriés ci-dessous:

  • 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…
• Tube de prise de pression coupé à une longueur d'environ 20 mm: Tout tube rigide de 2 mm de diamètre extérieur doit convenir, comme un tube en laiton. En désespoir de cause, j'ai utilisé la buse de pulvérisation d'une bombe WD-40, cela a fonctionné mais la super colle n'a pas collé brillamment
• super colle
• Tube silicone/PVC à connecter aux ports de pression du capteur de pression. Un ID de 2-3 mm devrait convenir, vous aurez peut-être besoin d'un petit serre-câble si votre tube est surdimensionné.

Vous pouvez acheter 1 ou 2 raccords de plomberie si vous souhaitez installer la tuyauterie du capteur de débit sur un autre tuyau de 22 mm:

Remarque: Les matériaux choisis ne répondent pas à la réglementation des produits médicaux, notamment le PVC.

Étape 2: Couper le tube de plomberie

Coupez 2 longueurs dans le tube de plomberie. Nous avons utilisé une longueur de 15 cm, mais cela peut très bien fonctionner un peu plus court. J'ai fait les coupes à l'aide d'une scie à onglet car il est important d'obtenir une belle coupe carrée. Utilisez du papier de verre pour lisser les fraises

Étape 3: Assembler les tubes de plomberie

• Supergluez votre rondelle à l'extrémité d'un tube, assurez-vous que la rondelle est concentrique avec le tube et assurez-vous de faire un cordon de colle continu tout autour de la circonférence de la rondelle pour s'assurer qu'aucune pression d'air ne s'échappe.
• Collez ensuite l'autre longueur de tube de l'autre côté de la rondelle. Encore une fois, assurez-vous de coller tout autour afin qu'aucun air ne s'échappe

Étape 4: ajouter des prises de pression

1. Percez 2 trous aux distances de la rondelle selon l'image jointe
2. Poussez les tiges de 2 mm de diamètre extérieur dans les trous, assurez-vous qu'il s'agit d'un ajustement serré (mon tube était de 2,2 de diamètre extérieur mais mon foret était de 2 mm, alors j'ai juste agité la perceuse un peu jusqu'à ce que le tube soit bien ajusté)
3. Superglue le tube dans le trou, en s'assurant qu'il est scellé tout autour
4. Enroulez du ruban isolant autour de votre robinet de pression jusqu'à ce que le tube en silicone s'ajuste bien et bien

Étape 5: Tester et calibrer

Connectez le capteur de pression à votre Arduino et connectez les prises de pression aux ports du capteur de pression. Assurez-vous que la broche analogique physique du capteur correspond à la broche du logiciel.

Testez-le en utilisant le code ci-joint. Notez que les bibliothèques suivantes sont nécessaires:

• Fil.h
• et Sensirion_SFM3000_arduino (cette bibliothèque est pour un capteur différent, mais j'ai apporté quelques modifications à mon code pour en tenir compte)

Idéalement vous souhaitez calibrer votre capteur, nous avons utilisé un Sensirion SFM3300 connecté en série avec le capteur fait maison. Les connexions pour le SFM3300 sont:

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

Idéalement, votre source d'air pour le test d'étalonnage doit fournir un débit constant et être contrôlable pour fournir un balayage contrôlé des débits. Nous avons utilisé une pompe à lit d'air piratée pour être alimentée via un contrôleur de vitesse CC à balais électronique contrôlé à l'aide d'un potentiomètre. Si vous avez une alimentation en courant continu, cela fonctionnera également très bien.

Le code en plus d'être capable de lire la pression et le débit de notre capteur, il peut également lire du Sensirion SFM3300 via i2c, qui est le capteur que nous avons utilisé pour l'étalonnage. Vous devrez adapter le code en conséquence si vous avez un autre capteur d'étalonnage. (Assez étonnamment, le capteur DIY a donné des lectures plus stables et plus cohérentes que le SFM3300)

La 1ère version du code utilise une table de consultation calibrée pour produire des lectures de débit. Nous l'avons fait par

• enregistrer la pression sur un balayage complet de notre source d'air (sous forme de fichier.csv)
• prendre les données dans excel
• en le faisant passer par une équation pour calculer le débit
• puis créer une table de recherche séparée par des virgules qui a été copiée/collée dans un tableau d'entiers Arduino

Le document Excel avec équation est stocké…

La deuxième version du code utilisera une équation dans le code pour les raisons suivantes:

• pour tenir compte de la température (qui affectera les lectures de débit)
• pour tenir compte d'un changement de restriction aval, celui-ci sera détecté par un capteur de pression aval séparé

Étape 6: Option de méthode d'étalonnage Janky appropriée

Si vous n'avez pas de capteur de débit standard pour le calibrer avec un Sensirion SFM3300, c'est une façon d'avoir une idée SUPER approximative du débit de sortie. Cependant, cela ne fonctionnera qu'avec une source de débit à haute pression (même la pompe à lit d'air peut avoir du mal à gonfler un ballon) et ne fonctionnera que si vous pouvez allumer et éteindre votre alimentation en air de manière répétée.

• Attachez un ballon à la sortie du système et mesurez le diamètre auquel il se gonfle à chaque gonflage
• Remplissez un verre doseur avec de l'eau (peut-être à mi-chemin)
• Regonflez votre ballon au même diamètre puis plongez-le complètement dans votre carafe d'eau et notez la différence de niveau d'eau avant et après l'insertion du ballon
• Ensuite, vous devrez mesurer le volume par gonflage du ballon dans votre code, cela se fait en intégrant le débit dans le temps. Je ne peux pas vous donner de code exact pour le faire car il devra être différent en fonction de la source de votre flux et de la façon dont votre code détectera un début et un arrêt du flux, mais j'ai joint une fonction dans un fichier texte qui sortira volume, vous aurez juste besoin de lui dire quand commencer et arrêter le calcul du volume (c'est-à-dire pour notre test c'était au début et à l'arrêt de chaque respiration), ceci est indiqué à la fonction via la variable booléenne appelée "breathStatus". N'oubliez pas de transmettre le débit en ml/s à cette fonction lorsque vous l'appelez.

Étape 7: Intégrez dans votre système

Branchez-le dans votre configuration quelle qu'elle soit et profitez de la mesure du débit pour moins de 15 £:)

Vous trouverez ci-joint un exemple d'image de certains débits, pressions et volumes de notre application de ventilateur.

Les joints de raccordement droits de plomberie sont parfaits pour joindre ce capteur à un autre tube de 22 mm de diamètre extérieur.