SENSOR DE TAXA DE FLUÍDICA: 5 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Você notou que quando você move uma mangueira de água de um lado para outro, o jato de água fica na direção da mangueira e se alinha com ela quando o movimento é interrompido. A determinação da deflexão angular do jato de água na saída da mangueira forneceria uma medida da taxa angular nesta direção lateral.

Este Instructable demonstra este princípio construindo um 'Sensor de Taxa de Fluido' usando 'Odds and Ends' disponível em meu 'Home Lab'. O fluido aqui é 'Ar'.

Um método simples de testar este 'Sensor Giroscópico' sem o uso de equipamento de teste padrão também é apresentado.

Suprimentos

1. Um antigo ventilador de CPU
2. Frasco de repelente de mosquitos (vazio e bem limpo)
3. Caneta esferográfica com seção tubular traseira uniforme
4. Duas pequenas lâmpadas de um fio de luz decorativa série
5. Esfregão Scotch-Brite
6. Poucos componentes eletrônicos (consulte o esquema do circuito)

Etapa 1: COMO FUNCIONA

Os dois slides fornecem um esquema do layout físico de um sensor Fluidic e a teoria por trás do fenômeno físico.

Neste projeto, 'Ar' é o 'Fluido' que é sugado através de um Bocal usando um pequeno ventilador CPU. O jato de ar colide com dois filamentos de bulbo aquecidos formando o sensor de posição. Uma Ponte de Referência é formada por dois resistores.

Ambos os braços da ponte completa assim formada são alimentados com uma tensão V +.

Sob condições de estado estacionário, o jato de ar resfria ambos os filamentos do bulbo igualmente, a ponte é equilibrada e a tensão de saída é zero.

Quando uma taxa angular é imposta ao sistema físico, o jato de ar desvia e um dos filamentos do bulbo é resfriado mais do que o outro. Isso fornece um desequilíbrio à ponte levando a uma tensão de saída.

Esta tensão de saída quando amplificada fornece uma medida da taxa angular.

Etapa 2: CONSTRUINDO O SENSOR

SIGA OS PASSOS

1. Selecione duas lâmpadas com resistência semelhante do fio de luz. (Duas lâmpadas com resistência de 11,7 Ohms selecionadas)
2. Quebre cuidadosamente o vidro externo expondo os filamentos expostos.
3. Mantenha o ventilador da CPU pronto e verifique a direção do fluxo de ar em uma tensão de alimentação de 5 V. (é necessário determinar isso porque o ventilador precisa ser usado em um modo de sucção)
4. Corte o fundo do frasco repelente de mosquitos com uma faca afiada.
5. Corte a parte superior da tampa do frasco, expondo apenas a parte tubular frontal.
6. Desmonte a caneta esferográfica e corte a extremidade inferior. Isso deve fornecer um tubo uniforme que formaria o bocal para o sensor.
7. Insira o tubo na tampa do frasco.
8. Faça dois pequenos orifícios no corpo da garrafa, conforme mostrado na imagem. Isso deve ser adequado para fixar os filamentos do bulbo diametralmente opostos um ao outro.
9. Fixe a tampa, empurre o tubo até um comprimento adequado logo abaixo dos orifícios do filamento do bulbo.
10. Agora insira os filamentos do bulbo nos orifícios e alinhe-os de forma que os filamentos entrem na periferia da extremidade do tubo, conforme mostrado. Fixe o corpo do filamento do bulbo ao corpo da garrafa usando cola quente. (Deve ser tentado um posicionamento o mais simétrico possível.)
11. Fixe a CPU-Fan na parte traseira do corpo da garrafa (parte inferior) usando cola quente nas bordas. O ventilador deve ser montado de forma que uma das partes planas fique paralela ao plano dos filamentos do bulbo.
12. Certifique-se de que as pás do ventilador giram suavemente e quando alimentado, o ar é sugado da parte traseira, formando um jato de ar através do tubo do corpo da caneta.

A unidade básica do sensor agora está montada e pronta para teste

Este Instrutível foi possibilitado por uma circunstância peculiar de peças correspondentes:

A seleção de peças para este Instructable foi feita a partir de 'probabilidades e extremidades' em meu 'laboratório doméstico'. O tamanho do ventilador da CPU correspondia exatamente ao diâmetro inferior do repelente de mosquitos. A parte traseira da caneta esferográfica como um tubo ajustava-se perfeitamente à parte tubular da tampa da garrafa e as formas dos degraus no diâmetro da garrafa eram adequadas para fixar os filamentos do bulbo. Uma corda de luz decorativa parcialmente fundida estava disponível. Tudo combinou exatamente!

Etapa 3: TESTE INICIAL E ESQUEMA DE CIRCUITO

O teste inicial foi realizado fornecendo uma alimentação de 5 V para a CPU-Fan e a excitação de tensão para a meia ponte do filamento do bulbo.

Um telefone Android rodando o aplicativo 'AndroSensor' foi mantido ao lado do hardware Rate-Sensor e ambos foram girados manualmente de forma senoidal.

O visor gráfico GYRO 'AndroSensor' mostra o padrão de taxa senoidal. Simultaneamente, a saída da ponte de baixo nível é monitorada em um Osciloscópio.

Sinal de +/- 5 mV foi observado para taxa de +/- 100 graus / seg.

O circuito eletrônico amplifica isso em 212 para fornecer o sinal de saída.

Solução do problema

A saída teve um nível de ruído significativo mesmo em taxa zero. Isso foi diagnosticado como devido a um fluxo de ar instável no sistema. Para superar isso, um pedaço circular de Scotch-Brite foi inserido entre o ventilador e os elementos-bulbo e outro na ponta de entrada do tubo da caneta esferográfica. Isso fez muita diferença.

Esquemático

Referindo-se ao esquema:

5 V é alimentado para o ventilador da CPU

5 V também são alimentados para a combinação da série 68 Ohm - Bulbo - Bulbo - 68 Ohm. capacitor C3 filtra a interferência do motor para os filamentos do bulbo

5 V também é filtrado por uma combinação indutor-capacitor antes de fornecer isso como uma fonte para o OP-AMP

O MCP6022 Dual Rail-Rail OP-AMP é usado para o circuito ativo.

U1B é um buffer de ganho unitário para a fonte de referência de 2,5 V

U1A é um amplificador inversor de ganho 212 com filtro passa-baixas para o sinal da ponte do sensor

O potenciômetro R1 é usado para anular a ponte completa formada pelo divisor de potencial e a cadeia em série do sensor à taxa zero.

Etapa 4: CONFIGURAÇÃO DO TESTE DO SENSOR DE TAXA SIMPLES

EQUIPAMENTO PADRÃO

O equipamento de teste do sensor de taxa padrão inclui uma 'Tabela de taxas' motorizada que fornece taxas de rotação programáveis. Essas tabelas também são fornecidas com vários 'anéis coletores' para que os sinais de entrada-saída e fonte de alimentação para a unidade em teste possam ser fornecidos.

Em tal configuração, apenas o sensor de taxa é encaixado na mesa e outros equipamentos de medição e fonte de alimentação são colocados em uma mesa ao lado.

MINHA SOLUÇÃO

Infelizmente, o acesso a esses equipamentos não está disponível para os entusiastas do faça você mesmo. Para superar isso, foi adotado um método inovador usando a metodologia DIY.

O principal item disponível era uma 'Mesa lateral giratória'

Um tripé foi montado nele com uma câmera digital voltada para baixo.

Agora, se o sensor de taxa, fonte de alimentação, dispositivos de medição de saída e sensor de taxa padrão pudessem ser montados nesta plataforma. Em seguida, a mesa pode ser girada no sentido horário, anti-horário e para frente e para trás para fornecer diferentes taxas de entrada para o sensor. Enquanto em movimento, todos os dados podem ser gravados como um filme na câmera digital e analisados posteriormente para gerar os resultados do teste.

Feito isso, o seguinte foi montado na mesa:

Fluidic-Rate-Sensor

Banco de energia do celular para fornecer alimentação de 5 V ao sensor de taxa

Um multímetro digital para observar a tensão de saída. Este multímetro tinha um modo relativo que poderia ser usado para zerar na taxa zero.

Um osciloscópio no modo OTG do telefone Android usando o hardware 'Gerbotronicd Xproto Plain' e o aplicativo Android 'Oscilloscope Pro' do 'NFX Development' para observar as variações do sinal.

Outro telefone Android executando o aplicativo AndroidSensor 'por' Fiv Asim '. Ele usa os sensores inerciais do telefone para exibir as taxas de inclinação. Usar isso no eixo z fornece um valor de referência para testar o sensor de taxa fluídica em teste.

O teste foi realizado e alguns casos de teste típicos são relatados:

CCW Z: multímetro de +90 graus / s -0,931 V, osciloscópio ~ -1,0 V

CW Z: multímetro de -90 graus / seg. +1.753 V, osciloscópio ~ +1.8 V

Fator de escala com base na média desses dois 1,33 V para 100 graus / s

Teste sinusoidal Referência do telefone Android p-p 208 graus / seg, multímetro não pode responder corretamente, osciloscópio mostra período de 1,8 seg, tensão p-p 2,4 Div X 1,25 V / div = 3 V

Com base neste período de 1,8 seg. Corresponde a 200 graus / seg p-p

Fator de escala 1,5 V para 100 graus / s

Etapa 5: RESUMO

MÉTODO DE TESTE FALHADO

Inicialmente foi tentado um método de montagem de sensores, osciloscópio e sensor de taxa de referência na mesa giratória e observação dos dados, manualmente ou usando uma câmera lateral. Isso foi uma falha devido a imagens borradas e tempo de resposta insuficiente para um observador humano registrar os valores.

TOME OBSERVAÇÕES PARA CASA:

O Fluidic-Rate-Sensor construído para este Instrutível serve ao propósito de demonstrar o conceito que ele se propôs a fazer. No entanto, o sensor precisa ser construído com melhor precisão se tiver que servir a qualquer propósito prático.

O método DIY de teste de sensor de taxa usando uma mesa giratória com todos os equipamentos e fonte de alimentação na mesa é recomendado para uso pela comunidade Instructable.