Table des matières:
- Fournitures
- Étape 1: COMMENT ÇA FONCTIONNE
- Étape 2: CONSTRUCTION DU CAPTEUR
- Étape 3: TEST INITIAL ET SCHÉMA DE CIRCUIT
- Étape 4: CONFIGURATION SIMPLE DU TEST DU CAPTEUR DE VITESSE
- Étape 5: RÉSUMÉ
Vidéo: CAPTEUR DE TAUX FLUIDIQUE : 5 étapes
2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07
Avez-vous remarqué que lorsque vous déplacez un tuyau d'eau d'un côté à l'autre, le jet d'eau est en décalage avec la direction du tuyau et s'aligne avec lui lorsque le mouvement est arrêté. La détermination de la déviation angulaire du jet d'eau à la sortie du tuyau fournirait une mesure de la vitesse angulaire dans cette direction latérale.
Ce Instructable démontre ce principe en construisant un « capteur de débit fluide » à l'aide de « brique et de fin » disponible dans mon « Home Lab ». Le fluide ici est 'Air'.
Une méthode simple pour tester ce « capteur gyroscopique » sans utiliser d'équipement de test standard est également présentée.
Fournitures
- Un vieux ventilateur CPU
- Flacon anti-moustique (vide et bien nettoyé)
- Stylo à bille avec section tubulaire arrière uniforme
- Deux petites ampoules d'une série de guirlandes lumineuses décoratives
- Tampon à récurer Scotch-Brite
- Peu de composants électroniques (se référer au schéma du circuit)
Étape 1: COMMENT ÇA FONCTIONNE
Les deux diapositives donnent un schéma de la disposition physique d'un capteur fluidique et de la théorie derrière le phénomène physique.
Dans cette conception, « l'air » est le « fluide » qui est aspiré à travers une buse à l'aide d'un petit ventilateur de processeur. Le jet d'air heurte deux filaments à bulbe chauffés formant le capteur de position. Un pont de référence est formé de deux résistances.
Les deux bras du pont complet ainsi constitué sont alimentés par une tension V+.
Dans des conditions de régime permanent, le jet d'air refroidit les deux filaments de l'ampoule de manière égale, le pont est équilibré et la tension de sortie est nulle.
Lorsqu'une vitesse angulaire est imposée au système physique, le jet d'air dévie et l'un des filaments bulbes se refroidit plus que l'autre. Cela fournit un déséquilibre au pont conduisant à une tension de sortie.
Cette tension de sortie lorsqu'elle est amplifiée fournit une mesure de la vitesse angulaire.
Étape 2: CONSTRUCTION DU CAPTEUR
SUIS LES ÉTAPES
- Sélectionnez deux ampoules avec une résistance similaire de la guirlande lumineuse. (Deux ampoules avec une résistance de 11,7 Ohms sélectionnées)
- Brisez soigneusement le verre extérieur pour exposer les filaments nus.
- Gardez le CPU-Fan prêt et vérifiez le sens du flux d'air à une tension d'alimentation de 5 V. (Il est nécessaire de le déterminer car le ventilateur doit être utilisé en mode aspiration)
- Découpez le fond de la bouteille anti-moustique avec un couteau bien aiguisé.
- Coupez le haut du bouchon de la bouteille en exposant juste la partie tubulaire avant.
- Démontez le stylo à bille et coupez l'extrémité inférieure. Cela devrait fournir un tube uniforme qui formerait la buse pour le capteur.
- Insérez le tube dans le bouchon du flacon.
- Faites deux petits trous dans le corps de la bouteille comme indiqué sur l'image. Cela devrait convenir pour fixer les filaments de l'ampoule diamétralement opposés les uns aux autres.
- Fixez le capuchon, poussez le tube à une longueur appropriée juste avant les trous du filament de l'ampoule.
- Insérez maintenant les filaments de l'ampoule dans les trous et alignez-les de telle sorte que les filaments entrent juste dans la périphérie de l'extrémité du tube comme indiqué. Fixez le corps du filament bulbe au corps du flacon à l'aide de colle chaude. (Un placement aussi symétrique que possible doit être tenté.)
- Fixez le CPU-Fan à l'arrière du corps de la bouteille (en bas) en utilisant de la colle chaude sur les bords. Le ventilateur doit être monté de manière à ce que l'un des méplats soit parallèle au plan des filaments bulbes.
- Assurez-vous que les pales du ventilateur tournent en douceur et lorsque l'air propulsé est aspiré par l'arrière, formant ainsi un jet d'air à travers le tube du corps du stylo.
L'unité de capteur de base est maintenant assemblée et prête à être testée
Ce Instructable a été rendu possible par une circonstance particulière de correspondance des pièces:
La sélection des pièces pour ce Instructable a été effectuée à partir du « bric et de broc » dans mon « home-lab ». La taille du CPU-Fan correspondait exactement au diamètre inférieur anti-moustique. La partie arrière du stylo à bille sous la forme d'un tube était bien ajustée dans la partie tubulaire du bouchon de la bouteille et les formes en gradins du diamètre de la bouteille étaient adaptées à la fixation des filaments de l'ampoule. Une guirlande lumineuse décorative en partie fondue était disponible. Tout correspondait exactement!
Étape 3: TEST INITIAL ET SCHÉMA DE CIRCUIT
Les tests initiaux ont été effectués en fournissant une alimentation 5V au CPU-Fan et l'excitation de tension au demi-pont ampoule-filament.
Un téléphone Android exécutant l'application « AndroSensor » a été conservé à côté du matériel Rate-Sensor et les deux ont été tournés de manière sinusoïdale à la main.
L'affichage graphique 'AndroSensor' GYRO montre le modèle de fréquence sinusoïdale. Simultanément, la sortie du pont de bas niveau est surveillée sur un oscilloscope.
Un signal de +/- 5 mV a été observé pour une fréquence de +/- 100 deg/sec.
Le circuit électronique amplifie cela par 212 pour fournir le signal de sortie.
Solution du problème
La sortie avait un niveau de bruit significatif même à taux zéro. Cela a été diagnostiqué comme étant dû à un flux d'air instable dans le système. Pour surmonter cela, un morceau circulaire de Scotch-Brite a été inséré entre le ventilateur et les éléments de l'ampoule et un autre à la pointe d'entrée du tube du stylo à bille. Cela a fait une grande différence.
Schématique
En référence au schéma:
5 V alimente le ventilateur du CPU
5 V alimentent également la combinaison de la série 68 Ohm - Ampoule - Ampoule - 68 Ohm. le condensateur C3 filtre les interférences du moteur vers l'ampoule-Filaments
5 V est également filtré par une combinaison inductance-condensateur avant de fournir cela comme alimentation à l'OP-AMP
Le MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP est utilisé pour le circuit actif.
U1B est un tampon de gain unitaire pour l'alimentation de référence 2,5 V
U1A est un amplificateur inverseur de gain 212 avec un filtre passe-bas pour le signal du pont du capteur
Le potentiomètre R1 est utilisé pour annuler le pont complet formé par le diviseur de potentiel et la chaîne-série de capteurs à taux zéro.
Étape 4: CONFIGURATION SIMPLE DU TEST DU CAPTEUR DE VITESSE
ÉQUIPEMENT STANDARD
L'équipement de test de capteur de fréquence standard comprend une « table de fréquence » motorisée fournissant des taux de rotation programmables. De telles tables sont également fournies avec de multiples « bagues collectrices » afin que les signaux d'entrée-sortie et l'alimentation électrique de l'unité sous test puissent être fournis.
Dans une telle configuration, seul le capteur de débit est installé sur la table et les autres équipements de mesure et l'alimentation sont placés sur une table à côté.
MA SOLUTION
Malheureusement, l'accès à de tels équipements n'est pas disponible pour les bricoleurs. Pour surmonter cela, une méthode innovante utilisant la méthodologie DIY a été adoptée.
Le principal article disponible était une « table d'appoint rotative »
Un trépied a été installé dessus avec un appareil photo numérique orienté vers le bas.
Maintenant, si le capteur de taux, l'alimentation, les appareils de mesure de sortie et le capteur de taux standard pouvaient être montés sur cette plate-forme. Ensuite, la table pourrait être tournée dans le sens des aiguilles d'une montre, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et dans les deux sens pour fournir différentes entrées de taux au capteur. En mouvement, toutes les données peuvent être enregistrées sous forme de film sur l'appareil photo numérique et analysées ultérieurement pour générer les résultats du test.
Après avoir fait cela, ce qui suit a été monté sur la table:
Capteur de taux fluidique
Banque d'alimentation de téléphone portable pour fournir une alimentation 5V au capteur de taux
Un multimètre numérique pour observer la tension de sortie. Ce multimètre possédait un mode relatif qui pouvait être utilisé pour la mise à zéro à taux zéro.
Un oscilloscope en mode OTG pour téléphone Android utilisant le matériel 'Gerbotronicd Xproto Plain' et l'application Android 'Oscilloscope Pro' de 'NFX Development' pour observer les variations de signal.
Un autre téléphone Android exécutant l'application "AndroidSensor" de "Fiv Asim". Cela utilise les capteurs inertiels du téléphone pour afficher les taux de tangage. L'utiliser dans l'axe z donne une valeur de référence pour tester le capteur de taux fluidique testé.
Des tests ont été effectués et quelques cas de tests typiques sont rapportés:
CCW Z:+90 deg/sec multimètre -0,931 V, Oscilloscope ~ -1,0 V
CW Z:-90 deg/sec multimètre +1,753 V, Oscilloscope ~ +1,8 V
Facteur d'échelle basé sur la moyenne de ces deux 1,33 V pour 100 deg/sec
Test sinusoïdal Référence du téléphone Android p-p 208 deg/sec, le multimètre ne peut pas répondre correctement, l'oscilloscope affiche une période de 1,8 sec, tension p-p 2,4 Div X 1,25 V/div = 3 V
Sur la base de cette période de 1,8 s correspond à 200 deg/s p-p
Facteur d'échelle 1,5 V pour 100 deg/sec
Étape 5: RÉSUMÉ
MÉTHODE DE TEST ÉCHEC
Initialement, une méthode de montage de capteurs, d'oscilloscope et de capteur de fréquence de référence sur la table tournante et d'observation des données, manuellement ou à l'aide d'une caméra latérale, a été essayée. Ce fut un échec en raison d'images floues et d'un temps de réponse insuffisant pour qu'un observateur humain puisse enregistrer des valeurs.
OBSERVATIONS À PORTER À LA MAISON:
Le Fluidic-Rate-Sensor construit pour ce Instructable sert à démontrer le concept qu'il s'est proposé de faire. Cependant, le capteur doit être construit avec une meilleure précision s'il doit servir à des fins pratiques.
La méthode DIY de test du capteur de taux à l'aide d'une table tournante avec tout l'équipement et l'alimentation électrique sur le dessus de la table est recommandée pour une utilisation par la communauté Instructable.
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