Corte automotivo do sensor de fluxo de ar COVID-19: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este é um projeto em rápida evolução … este sensor foi abandonado porque não tem orifícios de montagem ou método fácil de vedar contra um tubo. Um projeto de sensor de fluxo de ar em andamento está aqui: AFH55M12

Descrição do projeto da Engenharia Útil

A intenção aqui é criar um dispositivo de monitoramento, baseado em um medidor de fluxo de ar em massa, que pode ser usado ao dividir um ventilador em dois ou mais pacientes. Isso permitirá que a equipe monitore pacientes individuais enquanto é controlada por um dispositivo em situações extremas onde o número de ventiladores não é suficiente para lidar com o número de pacientes. A leitura deve ser visível localmente no dispositivo e pode ser necessário inserir parâmetros da equipe para criar uma faixa operacional segura e possivelmente criar alarmes quando o sistema estiver medindo um parâmetro fora da faixa.

Requisitos do Projeto

Este é um estudo rápido sobre o uso de um sensor de fluxo de ar automotivo de baixo custo disponível no mercado.

Leitura de um sensor de fluxo de ar de massa automotiva usando um microControlador de 12 bits ADC, intervalo de 20 ms

Etapa 1: o teste inicial não foi bem-sucedido

A leitura inicial de tentar inspirar / expirar no tubo de 3”foi ruim. Apenas respirações médias a grandes acionariam saídas para o ADC.

• 12 bits ADC => 4096 - Apenas grandes respirações são acionadas …
• leia ~ 200-350 ADC com grande amplitude

Etapa 2: tubo modificado dentro de um tubo

Modificou o diâmetro do tubo para 1,75 usando um rolo de papel toalha

• Respirações grandes e pico de adc 900, 0,725 volts
• Respirações médias com pico em ~ 600
• A menor respiração que posso respirar ~ 400…..
• Respirações fortes e gigantescas.. Eu fico tonto depois de alguns … chega a ~ 3000 (2,4 volts)

Calibrei o sensor usando uma estimativa de 430mL para uma respiração média. A integração sob a curva para cada respiração fornece um volume estimado.

Notas:

• As expirações são ruidosas porque o sensor não foi feito para funcionar nas duas direções
• As inspirações são, na verdade, na direção oposta à da seta no corpo do sensor. Eu tentei das duas maneiras e nas taxas de fluxo que estamos tentando medir, há mais sensibilidade na direção oposta do fluxo de ar pretendido.
• Reduzir o diâmetro do tubo ainda mais (de 1,75 "para ~ 1") aumentará a sensibilidade, provavelmente sem desvantagens.
• Há um tempo omitido entre as inspirações e expirações no gráfico acima (o ADC só estava disparando acima de um limite)
• 300-400mL é realmente muito pouco volume! Essa é a mesma quantidade de espaço que um tubo de 1 "x 38" de comprimento. Portanto, o ar que passa pelo sensor provavelmente não chegará ao pulmão do paciente até a segunda respiração, dependendo da localização do sensor.

• Usar um tubo de 1 de diâmetro e inalação normal de 500mL dá uma velocidade média do ar de 0,328 m / s

  500 ml / (1,27 cm ^ 2 * pi) / 3 s / 100

Etapa 3: Resumo dos resultados

• Usar esse sensor ou algo semelhante e reduzir o diâmetro do tubo para atender à sensibilidade necessária parece promissor.
• Precisa de um sensor de fluxo de ar para calibrar um sensor de fluxo de ar. A calibração precisará acontecer em volumes de ar baixos, médios e altos e, possivelmente, para cada sensor individual produzido.
• Eu estou supondo que a precisão dependerá da seleção do sensor, diâmetro do tubo e colocação no tubo. Uma vez calibrado, este gabarito de teste atual (com corpo grande de 1,75”de diâmetro) é provavelmente +/- 40mL.
• Se o diâmetro do tubo permanecer 1 "ou maior, as taxas de fluxo permanecerão baixas e estou supondo que as condições de entrada e saída (maiores que 2") para o sensor serão insignificantes
• Aqui está um fabricante dos EUA de um sensor semelhante no pacote de montagem de PCB Degree Controls, inc

Dados do Excel aqui

Etapa 4: dados do sensor

• Comprado localmente aqui por $ 57, Blue Streak # MF21041N
• Tipo de sensor: anemômetro de fio quente (supondo aqui) -
• Este sensor MAF também é encontrado sob os números de peça OK5771321 8ET009142441 AMMA-751 AMMA751 0891067
• Também no aliexpress por ~ $ 22 [https://www.aliexpress.com/i/33021814341.html]

Pinagem

Alguns modelos têm os números dos pinos impressos no corpo

• Pino 1 Terra
• Sinal do pino 2
• Pino 3 Energia 7,5-12 volts, 76ma

Etapa 5: configuração do teste final

A configuração foi muito fácil. O pino 1 (terra) e o pino 2 (sensor) são conectados a um microcontrolador. O esboço do Arduino apenas lê e imprime o pino 0 analógico sobre o serial.