Cum se realizează un senzor precis al debitului de aer cu Arduino pentru un ventilator COVID-19 sub 20 GBP: 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Consultați acest raport pentru cea mai recentă proiectare a acestui senzor de debit orificiu:

Aceste instrucțiuni arată cum să construiți un senzor de debit de aer folosind un senzor de presiune diferențială cu cost redus și materiale ușor disponibile. Proiectarea este pentru un senzor de debit de tip orificiu, orificiul (în cazul nostru o mașină de spălat) oferă o restricție și putem calcula debitul măsurând diferența de presiune pe orificiu.

Inițial am proiectat și construit acest senzor pentru proiectul nostru numit OpenVent-Bristol, care este un design open source al ventilatorului de fabricare rapidă pentru tratamentul COVID-19. Cu toate acestea, acest senzor poate fi utilizat în aproape orice aplicație de detectare a fluxului de aer.

Această versiune inițială a designului nostru este realizată în întregime folosind piese disponibile la raft, nu este necesară imprimarea 3D sau tăierea cu laser.

Desenul atașat prezintă o secțiune transversală a desenului. Este foarte simplu 2 lungimi de țevi sanitare cu o șaibă lipită între ele, măsurând presiunea diferențială pe orificiu pentru a calcula debitul.

Bucurați-vă !! și dă-ne un comentariu dacă îți faci propriul.

Pasul 1: Cumpărați piese

Acestea sunt părțile de care aveți nevoie:

• 2x 15cm lungimi de 22mm OD conducte sanitare din PVC
• 1x șaibă metalică ID 5,5 mm OD în jur de 20 mm (între 19,5-22 mm este bine)

• Un senzor de presiune diferențială (aproximativ 10 GBP). Am folosit un MPX5010DP, dar poate doriți să selectați unul diferit pentru a se potrivi presiunilor din sistemul dvs. Câteva exemple de magazine care vând acești senzori sunt enumerate mai jos:

  • 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…
• Tubulatură sub presiune tăiată la o lungime de aproximativ 20mm: Orice tub rigid OD de 2mm ar trebui să fie potrivit, cum ar fi un tub de alamă. Din disperare am folosit duza de pulverizare dintr-o cutie WD-40, a funcționat, dar super-adezivul nu a rămas strălucitor
• super-lipici
• Tub din siliciu / PVC pentru conectarea la orificiile de presiune ale senzorului de presiune. ID-ul de 2-3 mm ar trebui să fie bine, este posibil să aveți nevoie de o mică legătură de cablu dacă tubul dvs. este supradimensionat.

Poate doriți să cumpărați 1 sau 2 conectori pentru instalații sanitare dacă doriți să montați conducta senzorului de debit pe o altă conductă de 22 mm:

Notă: Materialele alese nu respectă reglementările privind produsele medicale, în special din PVC.

Pasul 2: Tăiați tubul sanitar

Tăiați 2 lungimi din tubul sanitar. Am folosit o lungime de 15 cm, dar poate funcționa bine puțin mai scurt. Am făcut tăieturile folosind un ferăstrău, deoarece este important să obținem o tăietură pătrată frumoasă. Folosiți hârtie de nisip pentru a netezi orice frese

Pasul 3: Asamblați tuburile de instalații sanitare

• Suprapuneți șaiba până la capătul unui tub, asigurați-vă că șaiba este concentrică cu tubul și asigurați-vă că faceți o margine continuă de adeziv în jurul circumferinței mașinii de spălat pentru a vă asigura că nu va scurge presiunea aerului.
• Apoi, lipiți cealaltă lungime a tubului de cealaltă parte a șaibei. Din nou, asigurați-vă că lipiți până la capăt, astfel încât să nu se scurgă aer

Pasul 4: Adăugați robinete de presiune

1. Găuriți 2 găuri la distanțele de șaibă conform imaginii atașate
2. Împingeți tijele OD de 2 mm în găuri, asigurați-vă că se potrivește bine (tubul meu era de 2,2 OD, dar burghiul meu era de 2 mm, așa că am bătut puțin burghiul până când tubul se potrivea bine)
3. Lipiți tubul în gaură, asigurându-vă că este sigilat tot timpul
4. Înfășurați banda izolatoare în jurul robinetului de presiune până când tubul de siliciu se potrivește frumos și strâns

Pasul 5: Testați și calibrați

Conectați senzorul de presiune la Arduino și conectați robinetele de presiune la porturile senzorului de presiune. Asigurați-vă că pinul analogic fizic al senzorului se potrivește cu pinul software-ului.

Testați-l folosind codul atașat. Rețineți, sunt necesare următoarele biblioteci:

• Sârmă.h
• și Sensirion_SFM3000_arduino (această bibliotecă este pentru un alt senzor, dar am făcut câteva modificări în codul meu pentru a explica acest lucru)

În mod ideal doriți să vă calibrați senzorul, am folosit un Sensirion SFM3300 conectat în serie cu senzorul de casă. Conexiunile pentru SFM3300 sunt:

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

În mod ideal, sursa de aer pentru testul de calibrare ar trebui să ofere un debit constant și să fie controlabilă pentru a oferi o măturare controlată a debitelor. Am folosit o pompă cu pat de aer spartă pentru a fi alimentată printr-un regulator electronic de viteză DC periat controlat cu ajutorul unui potențiometru. Dacă aveți o sursă de alimentare DC, care va funcționa la fel de bine.

Codul, pe lângă faptul că este capabil să citească presiunea și fluxul de la senzorul nostru, poate citi și din Sensirion SFM3300 prin i2c, care este senzorul pe care l-am folosit pentru calibrare. Va trebui să adaptați codul în consecință dacă aveți un alt senzor de calibrare. (Destul de uimitor, senzorul DIY a dat citiri mai constante și mai consistente decât SFM3300)

Prima versiune a codului folosește un tabel de căutare calibrat pentru a genera citiri ale debitului. Am făcut asta prin

• înregistrarea presiunii pe o trecere completă de la sursa noastră de aer (ca fișier.csv)
• luând datele în excel
• trecând-o printr-o ecuație pentru a calcula debitul
• apoi se creează o tabelă de căutare separată prin virgule care a fost copiată / lipită într-un tablou întreg Arduino

Documentul Excel cu ecuație este stocat …

A doua versiune a codului va utiliza o ecuație în cod din următoarele motive:

• să ia în considerare temperatura (care va afecta citirile debitului)
• pentru a lua în considerare o modificare a restricției din aval, acest lucru va fi detectat cu un senzor de presiune în aval separat

Pasul 6: Opțiune adecvată pentru metoda de calibrare Janky

Dacă nu aveți un senzor de debit disponibil pentru a-l calibra cu un Sensirion SFM3300, atunci acesta este un mod de a vă face o idee SUPER aproximativă a debitului de ieșire. Cu toate acestea, acest lucru va funcționa doar cu o sursă de debit de presiune ridicată (chiar și pompa de pat de aer ar putea avea dificultăți în umflarea unui balon) și va funcționa numai dacă puteți porni în mod repetat alimentarea cu aer

• Atașați un balon la ieșirea sistemului și măsurați diametrul la care se umflă la fiecare umflare
• Umpleți un vas de măsurare cu apă (poate cam la jumătate)
• Reinflați balonul la același diametru, apoi scufundați-l complet în vasul cu apă și înregistrați diferența de nivel a apei înainte și după introducerea balonului
• Apoi, va trebui să măsurați volumul pe umflare a balonului în codul dvs., acest lucru se face prin integrarea fluxului în timp. Nu vă pot da codul exact pentru a face acest lucru, deoarece va trebui să fie diferit în funcție de sursa de flux și de modul în care codul dvs. va simți un început și o oprire a fluxului, dar am atașat o funcție într-un fișier text care va fi pus volumul, va trebui doar să-i spuneți când să începeți și să opriți calculul volumului (adică pentru testul nostru, acesta a fost la începutul și la oprirea fiecărei respirații), acest lucru este indicat funcției prin intermediul variabilei booleene numită „breathStatus”. Nu uitați să transmiteți debitul în ml / s funcției respective atunci când o apelați.

Pasul 7: Integrarea în sistemul dvs

Conectați-l la configurația dvs. indiferent de ce ar putea fi și bucurați-vă de măsurarea debitului sub 15 GBP:)

Atașat este un exemplu de imagine a unor fluxuri, presiuni și volume din aplicația noastră de ventilator.

Îmbinările de cuplare drepte ale instalației sunt excelente pentru a conecta acest senzor la un alt tub OD de 22 mm.