Hoe maak je een nauwkeurige luchtstroomsnelheidssensor met Arduino voor minder dan £ 20 COVID-19-ventilator - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Zie dit rapport voor het meest recente ontwerp van deze flowsensor met opening:

Deze instructables laten zien hoe je een luchtstroomsensor kunt bouwen met behulp van een goedkope verschildruksensor en gemakkelijk verkrijgbare materialen. Het ontwerp is voor een flowsensor van het type met opening, de opening (in ons geval een sluitring) zorgt voor een beperking en we kunnen de flow berekenen door het drukverschil over de opening te meten.

Oorspronkelijk hebben we deze sensor ontworpen en gebouwd voor ons project genaamd OpenVent-Bristol, een open source ontwerp van een snelle fabricageventilator voor de behandeling van COVID-19. Deze sensor kan echter in vrijwel elke toepassing voor het meten van de luchtstroom worden gebruikt.

Deze eerste versie van ons ontwerp is volledig gemaakt met kant-en-klare onderdelen, 3D-printen of lasersnijden is niet nodig.

De bijgevoegde tekening toont een doorsnedetekening van het ontwerp. Het zijn heel eenvoudig 2 stukken afvoerleiding met een tussenring ertussen, die het drukverschil over de opening meet om het debiet te berekenen.

Genieten van!! en geef ons een reactie als je er zelf een maakt.

Stap 1: Onderdelen kopen

Dit zijn de onderdelen die je nodig hebt:

• 2x 15cm lengtes van 22mm OD PVC sanitair pijp
• 1x metalen ring ID 5.5mm OD rond 20mm (tussen 19.5-22mm is prima)

• Een verschildruksensor (ongeveer £ 10). We hebben een MPX5010DP gebruikt, maar misschien wilt u een andere selecteren die past bij de druk in uw systeem. Enkele voorbeeldwinkels die deze sensoren verkopen, staan hieronder vermeld:

  • uk.rs-online.com/web/p/pressure-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/nl/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• Drukaftapslang gesneden tot een lengte van ongeveer 20 mm: Elke stijve slang met een buitendiameter van 2 mm moet geschikt zijn, zoals een koperen buis. Uit wanhoop gebruikte ik de sproeikop van een WD-40 bus, het werkte maar de superlijm plakte niet briljant
• superlijm
• Siliconen/PVC-slang voor aansluiting op de drukpoorten van de druksensor. Een binnendiameter van 2-3 mm zou goed moeten zijn, je hebt misschien een kleine kabelbinder nodig als je buis te groot is.

Misschien wilt u 1 of 2 sanitaire connectoren kopen als u de stromingssensorleiding op een andere 22 mm leiding wilt plaatsen:

Opmerking: de gekozen materialen voldoen niet aan de voorschriften voor medische producten, met name PVC.

Stap 2: Snijd de sanitaire buis af

Snijd 2 lengtes van de afvoerbuis. We gebruikten een lengte van 15 cm, maar het kan ook prima een beetje korter werken. Ik heb de sneden gemaakt met een verstekzaag omdat het belangrijk is om een mooie vierkante snede te krijgen. Gebruik schuurpapier om eventuele bramen glad te strijken

Stap 3: Monteer sanitaire buizen

• Superlijm uw ring aan het uiteinde van een buis, zorg ervoor dat de ring concentrisch is met de buis en zorg ervoor dat u een ononderbroken lijmrups maakt helemaal rond de omtrek van de ring om ervoor te zorgen dat er geen luchtdruk weglekt.
• Lijm vervolgens de andere lengte van de buis aan de andere kant van de ring. Nogmaals, zorg ervoor dat je helemaal rondom lijmt, zodat er geen lucht naar buiten lekt

Stap 4: voeg drukkranen toe

1. Boor 2 gaten op de afstanden van de wasmachine volgens de bijgevoegde afbeelding
2. Duw de 2 mm OD-staven in de gaten, zorg ervoor dat het goed past (mijn buis was 2.2 OD maar mijn boor was 2 mm, dus ik waggelde de boor een beetje totdat de buis goed paste)
3. Superlijm de buis in het gat en zorg ervoor dat deze helemaal rond is afgedicht
4. Wikkel isolatietape om je drukkraan tot de siliconenslang mooi strak zit

Stap 5: Test en kalibreer

Sluit de druksensor aan op je Arduino en sluit de drukkranen aan op de poorten van de druksensor. Zorg ervoor dat de fysieke analoge pin van de sensor overeenkomt met de pin van de software.

Test het met de bijgevoegde code. Let op, de volgende bibliotheken zijn nodig:

• Draad.h
• en Sensirion_SFM3000_arduino (deze bibliotheek is voor een andere sensor, maar ik heb enkele wijzigingen aangebracht in mijn code om daar rekening mee te houden)

In het ideale geval wilt u uw sensor kalibreren, we hebben een Sensirion SFM3300 gebruikt die in serie is geschakeld met de zelfgemaakte sensor. Aansluitingen voor de SFM3300 zijn:

• Vcc - 5V
• GND - GND
• VIB - A4
• SCL-A5

In het ideale geval moet uw luchtbron voor de kalibratietest een constante stroom afgeven en regelbaar zijn om een gecontroleerde stroomsnelheid te geven. We gebruikten een luchtbedpomp die is gehackt om te worden aangedreven via een elektronische geborstelde DC-snelheidsregelaar die wordt bestuurd met een potentiometer. Als je een gelijkstroomvoeding hebt, werkt dat ook prima.

De code kan niet alleen de druk en stroom van onze sensor lezen, maar kan ook lezen van de Sensirion SFM3300 via i2c, de sensor die we voor kalibratie hebben gebruikt. U moet de code dienovereenkomstig aanpassen als u een andere kalibratie sensor. (Vrij verbazingwekkend genoeg gaf de doe-het-sensor stabielere, meer consistente metingen dan de SFM3300)

De eerste versie van de code gebruikt een gekalibreerde opzoektabel om de stroomsnelheidsmetingen uit te voeren. Dit hebben we gemaakt door

• het loggen van de druk over een volledige zwaai van onze luchtbron (als.csv-bestand)
• de gegevens in Excel zetten
• het door een vergelijking leiden om de stroomsnelheid te berekenen
• en vervolgens een door komma's gescheiden opzoektabel maken die in een Arduino integer-array is gekopieerd en geplakt

Het Excel-document met vergelijking wordt opgeslagen…

De tweede versie van de code zal om de volgende redenen een vergelijking in de code gebruiken:

• om rekening te houden met de temperatuur (die van invloed is op de debietmetingen)
• om rekening te houden met een verandering in stroomafwaartse restrictie, wordt dit gedetecteerd met een aparte stroomafwaartse druksensor

Stap 6: Optie voor de juiste Janky-kalibratiemethode

Als je geen kant-en-klare flowsensor hebt om hem mee te kalibreren, zoals een Sensirion SFM3300, dan is dit een manier om een SUPER ruw idee te krijgen van de flowoutput. Dit werkt echter alleen met een hogedrukstroombron (zelfs de luchtbedpomp kan moeite hebben om een ballon op te blazen) en zal alleen werken als u herhaaldelijk uw luchttoevoer kunt inschakelen

• Bevestig een ballon aan de uitgang van het systeem en meet de diameter waarmee deze wordt opgeblazen bij elke inflatie
• Vul een maatbeker met water (misschien ongeveer halverwege)
• Blaas uw ballon opnieuw op tot dezelfde diameter en dompel hem vervolgens volledig onder in uw kan water en noteer het verschil in het waterniveau voor en nadat de ballon is ingebracht
• Vervolgens moet u het volume per balloninflatie in uw code meten, dit wordt gedaan door de stroom in de tijd te integreren. Ik kan je geen exacte code geven om dit te doen, omdat het anders zal moeten zijn, afhankelijk van je stroombron en hoe je code een start en stop van de stroom zal voelen, maar ik heb een functie in een tekstbestand bijgevoegd die eruit zal zien volume, je hoeft hem alleen maar te vertellen wanneer hij moet beginnen en stoppen met het berekenen van het volume (dwz voor onze test was dit aan het begin en einde van elke ademhaling), dit wordt aan de functie aangegeven via de booleaanse variabele genaamd "breathStatus". Vergeet niet om de stroomsnelheid in ml/sec door te geven aan die functie wanneer u deze oproept.

Stap 7: Integreer in uw systeem

Sluit hem aan op je setup, wat het ook is en geniet van het meten van de stroomsnelheid voor minder dan £ 15:)

Bijgevoegd is een voorbeeldafbeelding van enkele stromen, drukken en volumes uit onze ventilatortoepassing.

Rechte koppelingsverbindingen voor sanitair zijn ideaal om deze sensor aan een andere buis met een buitendiameter van 22 mm te koppelen.