Flowbænk del 4 – Så er vores sensor næsten klar

 

Det skal ikke være nogen hemmelighed, at gruppens evner og tilliden til at undervisningen bragte os op på et niveau ikke har været nok til at komme i mål med den flowbænk vi fra starten havde ønsket at bygge…

Semestret har desværre(igen) været præget af dårligt organiseret vejledning og undervisning og på trods af at der er blevet gjort opmærksom på problemerne er der ikke nogen der har valgt at løfte opgaven og tage ansvar for forholdene…

Øv!

 

Men jeg kan med sikkerhed også sige at ALLE der er i en professionnel relation kan genkende disse udfordringer og derfor er sådanne udfordringer altid noget der bør kalkuleres med…

Dette medførte, at vi måtte nedtone vores ambitioner og prøve at holde fast i det essentielle i opstillingen og derfra skabe et fundament, hvor www.bruunsgarage.dk så senere kunne udvikle, forbedre og færdiggøre flowbænken.

Derfor handler disse indslag ikke om flow igennem et topstykke og teorier om forbedringer der kan gøres ved at ændre port designet i ens komponenter.

Men hvis du gerne vil høre om det kan jeg anbefale denne lidt ældre sag med en af guruerne David Wizard.

 

 

Så, hvor står vi så nu?

Det essentielle i opstillingen er selve målemetoden og dataopsamlingen.

Selve maskinen med luft forsyningen, rør osv. er derfor, lige nu, mindre interessant.

Så vi er kommet op med et kompromis, hvor tiden er blevet lagt der, hvor den betyder noget…

“If it looks straight – it is straight!” #DIRESTA

 

Hjemmelavet flowbænk

 

Der er virkelig ikke lagt meget energi i, hverken materialevalg, finish eller holdbarhed.

Målet var bare at skabe en fleksibel platform der nemt og med få udgifter kunne ombygges.

Konstruktionen består af en løvblæser og nogle kloarkrør!

Easy – peasy!

Men hvad fanden har vi så brændt al den studietid af på???

  • Facebook
  • Snak om damer
  • Snak om biler
  • Youtube
  • Lidt blog
  • Og igen damer…

Nå ja.. og så har vi lavet en hotwire sensor. En transducer med wheatstone bridge, filtre og operationsforstærker. Og hele balladen er koblet op til en arduino, der oversætter målingerne til matematik som kun de lærte og heldigvis Kevins computer forstår…

Det var ellers lidt af en mundfuld! Specielt når man også skal nå alt det andet vigtige jeg nævnte før…

 

Så, fra en ende af – hvad er hvad?

Komponenter til sensor

Hotwire sensor

I al sin enkelthed består en hotwire sensor af en tråd der varmes op til en kendt temperatur.

Man prøver så at køle tråden ned ved at “puste” på den. Nedkølingen giver en ændring i trådens modstand, hvilket kan tolkes som mængden af luft der har passeret tråden.

På den måde kan vi aflæse den mængde luft der passere sensoren, det er sq da smart!

 

Vi har valgt at gribe denne teori en anelse annerledes an.

Ikke fordi det er smart(sådan ruller vi så…) men fordi det med vores metode giver en klar og visuel forståelse af hvad der sker i sensoren.

 

Tegning af hotwire

 

Ved at adskille varmelegemet og modstanden har vi hele tiden en simpel og overskuelig opstilling.

Vores sensor består af en thermister, hvor der er viklet en lakket kobbertråd omkring. Kobbertråden virker som varmelegeme og har sin egen strømforsyning.

Thermisteren er en modstand der varierer sin ledningsevne i forhold til temperatur…

På billedet kan det ses at vi brugte en lille modstand som varmelegeme under de første tests af sensoren men det blev senere forfinet med en kobbervikling for at sikre en ensartet varmefordeling om thermisteren.

 

Thermister og modstand

 

Altsammen er sat fast på en USB nøgle der er klippet i stykker og dyppet i epoxy lim for. at beskytte den overfor vores Anna og Lotte hænders ufølsomme håndtering.

 

hjemmebygget hotwire sensor

 

Printet

Så…

Nu bliver det nørdet men hæng i!!!

 

Måske virker alt det her som et sprog kun Tolkien kunne have kommet på, men jeg vil gøre mit bedste for at gøre det spiseligt…

Vores sensor fortæller os noget om den mængde luft der prøver at køle den ned.

Det gør den ved at variere sin modstand og den modstand er noget vi kan læse og forstå…

Men vi er ikke i mål endnu… vi skal længere ind… længere ind i sindet!

 

 

 

Hvis vi “bare” måler direkte på vores sensor vil vi se at Ohm’s lov(den fra folkehørmeren) giver en ikke liniær funktion…

Dette betyder at den fejl der vil ligge(ingen er perfekt) vil være forskellig efter, hvor målingen bliver foretaget.

 

ohms-lov

 

Ved at bruge ne Wheatstone bridge kan man måle en forskel i volt over to poler, hvilket giver en lineær funktion. Dette betyder at fejlen er ens ved alle målinger.

 

potentiale-forskel

 

Det er nyttigt!

Og kan kun lade sig gøre ved hjælp af en gammel ven(igen fra følkehørmeren) Kirchhoff. .Han sagde:

Strømmen til og fra en knudepunkt er ens!

 

Wheatstone bridge

 

Så det han sagde er at, hvis modstanden på højre og venstre side af ens er strømmen også ens!

Hvis dette ikke er tilfældet må der kunne løbe en strøm(ampere) på tværs af kredsløbet da der er ubalance.

Denne strøm måler vi som volt og da det er en lineær funktion vil det som nævnt før, være en jævnt fordelt fejl.

 

I del 3 af denne serie beskrev jeg en hjemmeside der hedder falstad her kan du tegne dit eget wheatstone kredsløb og teste teorien af. Det tager ikke mange minutter at få en forståelse for, hvad der sker, hvis du lige investere lidt tid.

 

wheatstone bridge gif

 

Filter

Bliver det mere nørdet…? Ja da!!!!

Hvis du ikke har klikket tilbage til dit facebook-feed endnu så har du nok stadig bare en lille interesse for det her, så du skal selvfølgelig fodres med al den nørderi du kan rumme…

Here goes… again…..

 

Når man arbejder med elektriske signaler vil man opleve støj, denne støj er genereret af alt der interfererer(forstyrre) med det signal du prøver at optage(i vores tilfælde en modstand i en sensor).

Støj kan blive genereret af alt, der inducere(overfører) en strømning af elektroner.

Eks.

  • En jernklump(elmotor) der bliver tæsket rundt i en løvblæser.
  • En knallert med dårlige tændkabler.
  • Universets elektroniske flow og energier(her snakker jeg altså ikke om spritualitet).
  • Vores små komponenter i flowbænken der alle påvirker hinanden med små magnetfelter.
  • En studerende der prøver at fræse betonprøver udendørs med en søjleboremaskine(jeps også det…)

Alle vores komponenter, specielt blottede ledninger, virker ligesom radio antenner og sluger denne støj i sig som havde de ikke andet formål i verdenen.

Heldigvis har vi nogle redskaber der kan dæmme op for det. Vi kan aflæse støjen og filtrere den fra(til en vis grad).

Filter virker som en si, hvor vi for lov at bestemme, hvilke signaler der må slippe igennem maskerne.

Det er derfor vigtigt at vi dimensionere vores filtre til netop den støj vi oplever.

Nårmalt opdeler man filtre i to kategorier:

  • Low-Pass – sortere lave støj frekvenser fra.
  • High-Pass – sortere høje støj frekvenser fra.

I vores tilfælde var det et low-pass filter der skulle til… To faktisk…

Men det er heldigvis ikke bare sort magi og bønner til større magter der skaber sådan et system men to bittesmå komponenter og lidt matematik.

Et filter består af en kondensator og en modstand i serie…

Easy as… xxxx(vælg selv noget der virkelig er nemt)

 

RC filter

 

Kondensatoren virker som et lille batteri der hurtigt lades op men aflades langsomt(relativt). På den måde virker den nøjagtigt som en støddæmper. Den optager de hurtige små “opladninger” og afgiver dem langsomt, hvilket jævner kurven ud.

 

Operationsforstærker

Vores dataopsamler er åbentbart en smule nærsynet, så for at kunne tyde de små elektriske signaler vi sender i dens retning skal den have en ordentlig monokkel sat i røven af kredsløbet.

Dette gør man ved at forstærke signalet… Tja… den er egentligt ikke så meget længere…

Vi har valgt ikke selv at bygge forstærkeren så, som på tv har vi snydt lidt i forvejen og fundet en lille sort chip der udfører funktionen til UG, kryds og slange!

operationsforstaerker

 

Hvert ben på microchipped har en funktion og det er egentligt bare at forbinde vores kredsløb til de rigtige ben og så er vi “up and running”

Det sværeste her var klart at ramme rigtigt med valget af chip, men lidt hjælp fra google og  masser af held lykkedes det os allerede i andet forsøg at finde en egnet operationsforstærker.

Måske vi skulle have købt et skrabelod den dag, for flere ting faldt på plads uden at vi, hverken kunne give indblik eller fagligt overskud skylden for vores succes(hvilket understreger starten af mit blogindslag).

 

Print til sensor

 

Arduino

Hvis du bevæger dig bare en smule i denne nørdede verden har du uundgåeligt stødt på Arduino.

Arduino er en lille computer der kan bruges i uendelig mange konfigurationer.

Man kan programmere den til at udføre forskellige funktioner. nogel bruger dem endda til at bygge komplexe cnc styrede maskiner.

Men vi bruger “bare” arduino printet som interface for vores data.

 

Arduino

 

Vi kan slutte ledningerne fra vores print direkte til vores arduino og så få vist på skærmen hvad der sker i vores sensor…

Det er selvfølgelig ikke bare ligetil. Men det er heller ikke uorverskueligt at få kortet op og køre. Der er masser af support på nettet og specielt tuben er et godt sted, hurtigt at opsamle viden der kan få dig videre.

Vi har også et alternativ til auduinoen som vi tester sideløbende, men da prisen for arduino ligger omkring en 100-mand er den svær at slå. Specielt når dette trods alt stadig er udsprunget af et hobbyprojekt.

 

Næsten klar med flow testen

 

Så nu er vi vidst ved at være klar til at måle noget lækker luft igennem et kloakrør ved hjælp af en kasseret løvblæser…

Måske….

Altså hvis vi stopper med at brænde vores sensorer af og får vores dataopsamling op at køre ja så måske…

 

/Mads

Kom med din kommentar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

2 Kommentare

  • SVAR

    Nu skriver du flow måler, men ……… er det ikke ”bare” en given luftmængdes evne til at køle i måler ???
    Hvad hvis luften er 60 grader varm, og de samme antal molekyler kommer forbi, så vil den vise mindre flow….. eller? På F-16’s ECS system, som baserer sig på samme type flow måle system, er der et total temperatur modul der kompenserer for ambient temperatur. Bare sådan et indspark lige før juleferien…. 😉

    • SVAR

      > Njaaa… Det er rigtigt at luft har en bestemt varmekapacitet og ved at bruge luftens evne til at optage varme, køler man sensoren ned.

      Det er rigtigt at vi skal have en reference temperatur, medmindre vi antager, at alle målinger bliver udført omkring stue temperatur…

      F16 opererer i et kæmpe temperatur spænd, når den letter fra en ørken og bagefter befinder sig i -56grader over skyerne.
      Men med de små temperatur variationer vi har omkring flowbænken burde det være tilstrækkeligt, jævnligt at kalibrere bænken, med en test-orifice og så lægge den kalibrering ind matematisk over den data der bliver samlet.