Flowmeter/pt

▼Esta página fazia parte do curso MSE4777 OA e MSE4777 OB/MSE5777/EE4777/EE5777 da MTU : Impressão 3D de código aberto. Por favor, deixe seus comentários na página de discussão . O curso é oferecido no semestre de outono. Não é de edição aberta .

1. Os medidores de vazão são dispositivos utilizados para medir o fluxo de líquidos e gases que passam por eles.
2. Os medidores de vazão que medem o fluxo calculando a quantidade de líquido que flui por unidade de tempo são chamados de medidores de velocidade. Esse tipo de medidor normalmente fornece a velocidade do fluxo (exemplo: 10 litros por minuto).
3. Por outro lado, o medidor de vazão volumétrica mede a quantidade total que foi descarregada. Por exemplo, esse medidor de vazão pode ser utilizado para saber a quantidade consumida em uma residência durante um mês (100 litros).
4. Este projeto tem como objetivo desenvolver um medidor de vazão capaz de funcionar tanto como medidor de vazão por velocidade quanto como medidor de vazão volumétrica. Dessa forma, ele poderá ser utilizado por pesquisadores e personalizado de acordo com suas necessidades, evitando a necessidade de adquirir um novo medidor para cada aplicação específica.
5. Um medidor de vazão típico possui uma carcaça, um transdutor e um transmissor. A carcaça garante a operação à prova de vazamentos, evitando erros de medição. O transdutor detecta o fluido que passa por ele e o converte em um sinal bruto através do transmissor. Neste projeto, os dados são processados ​​usando um Arduino e exibidos em um display LCD.

lista de materiais

1. Componente da carcaça da impressora 3D:

• Caixa inferior com tubo de entrada e saída integrado.
• rotor de lâmina
• placa de suporte do rolamento
• Placa com ímã
• tampa da caixa superior
• Rolamento (diâmetro externo 30, diâmetro interno 10, espessura 10) (em mm)
• 2 parafusos e porcas M8

1. Componente Elétrico

• Placa Arduino
• Par de placas de prototipagem
• sensor de efeito Hall
• visor LCD
• Fios elétricos

• Todas as peças necessárias para a montagem do aparelho estão disponíveis em https://www.youmagine.com/designs/flow-meter

Ferramentas necessárias para a fabricação do medidor de vazão

1. A maioria das impressoras 3D RepRap Delta ou similares

Habilidades e conhecimentos necessários para editar o design

• Software de modelagem 3D - FreeCAD
• CURA (Software de controle de matéria)
• Programação Arduino

placa Arduino e sensor de efeito Hall

A Arduino é uma empresa de hardware e software de código aberto que fabrica o Arduino. O Arduino é um microcontrolador, muito útil para projetos que exigem pouca memória de processamento. A imagem do Arduino é mostrada abaixo.

Em nosso projeto, utilizamos um Arduino para calcular o fluxo. Para detectar o fluxo, estamos usando um sensor de efeito Hall.

O sensor de efeito Hall funciona com base no princípio do campo magnético. Ele possui uma fina tira de metal à qual é aplicada uma diferença de potencial. Sempre que há um campo magnético, a tira de metal se deflete, causando uma mudança na tensão de saída. Essa mudança na tensão de saída é detectada como um pulso no Arduino. Ao contrário de outros transdutores, o sensor de efeito Hall tem a vantagem de detectar também campos magnéticos estáticos, enquanto outros sensores detectam apenas mudanças no campo magnético. Ao longo do tempo, o sensor de efeito Hall tem encontrado cada vez mais aplicações em diversas áreas, como encoder, sensor de proximidade, sensor de RPM e interruptor de limite. Neste projeto, o sensor de efeito Hall funciona como um encoder. Ele possui três terminais: dois para alimentação e o terceiro para o sinal. O funcionamento do sensor de efeito Hall é mostrado na figura e na imagem do sensor de efeito Hall.

Aqui, em nosso medidor de vazão, há um pequeno ímã em forma de botão montado sobre o disco, que gira com o rolamento. O ímã é detectado por um sensor de efeito Hall sempre que cruza o campo próximo. Isso funciona como uma entrada digital no Arduino. O número de pulsos é usado para calcular a vazão e a vazão total. Calcular o número de pulsos dentro de um período de amostragem fornece a vazão.

Para exibir o fluxo, estamos usando um display LCD 16x2, montado em uma placa de ensaio. A configuração é mostrada na figura. Estamos usando o pino 10 do Arduino para o sinal do efeito Hall.

código Arduino

A detecção do ímã pelo sensor de efeito Hall é usada como contagem no programa. O programa soma essa contagem com as contagens anteriores armazenadas em uma variável; multiplicando-a por um fator de calibração, obtém-se o fluxo. Em trabalhos futuros, a configuração da calibração será feita pelo usuário. Esse fluxo é exibido no LCD. O código Arduino é o seguinte:

Especificações técnicas e instruções de montagem

1. Baixe todos os arquivos .stl a partir do link mencionado acima.
2. Imprima todas as peças mantendo a mesma escala (x=100% y=100% z=100%) no Cura.
3. Remova qualquer excesso de material que esteja obstruindo a montagem.
4. Pegue a carcaça inferior e coloque o rotor de pás sobre ela, com a parte ranhurada da pá voltada para a carcaça.

   

   
5. O furo é menor, portanto, é necessário raspar material da superfície interna da peça impressa. Certifique-se de que o rolamento esteja vedado para evitar vazamentos. Monte o rolamento e aparafuse-o à carcaça inferior. Em seguida, posicione o rotor da pá sobre ele, com a ranhura da pá voltada para a carcaça.

   
6. Coloque a placa com o ímã no outro lado do rolamento. Coloque a tampa por cima e aperte todo o conjunto com um parafuso e porca M8.

   
7. O tempo de impressão para a montagem completa deve ser de aproximadamente 12 a 14 horas com 30% de preenchimento.

1. O sensor de efeito Hall é montado na carcaça, levando-se em consideração o diâmetro da placa magnética.
2. Conexão do circuito:
   1. O sensor de efeito Hall possui 3 fios: os dois externos são para entrada de tensão e o fio do meio fornece o sinal que é enviado diretamente para o Arduino.
   2. As portas do LCD e da placa Arduino estão conectadas conforme mostrado na imagem.
   3. A bateria foi conectada à placa Arduino.

1. Vídeo de demonstração conforme mostrado

Vídeo de demonstração do medidor de vazão impresso em 3D

calibração

1. Os componentes foram montados e conectados a uma torneira, conforme demonstrado. O tempo também foi cronometrado. A água foi deixada fluir e coletada em um balde. Após um minuto, o volume de água foi calculado em litros. O pulso total foi observado no visor LCD.
2. Consequentemente, cada leitura de pulso pode ser calculada tanto para vazão em litros por minuto quanto para o fluxo em cada pulso.
3. No nosso caso, cada pulso correspondia a 50 ml de água.

Redução de custos

1. O custo estimado do material PLA é de aproximadamente US$ 7 para o filamento PLA básico.
2. O equivalente comercial custa aproximadamente US$ 50-150. Confira a versão comercial aqui -> [1]
3. É perfeitamente possível economizar US$ 90 com nossos aparelhos.
4. Portanto, para laboratórios que necessitam de medidores de vazão precisos para usos muito específicos, este dispositivo seria muito útil. Além disso, com a possibilidade de calibração pelo usuário, este dispositivo poderá ser utilizado até mesmo com líquidos de diferentes viscosidades.

Melhoria e adaptabilidade

1. O número de pás do ventilador pode ser modificado de acordo com o tipo de líquido a ser medido pelo medidor de vazão. Medidores de vazão com maior massa requerem um número menor de pás, enquanto medidores com menor massa exigem um número maior de pás para maior precisão.
2. Para maior precisão, o formato do ventilador pode ser alterado para o mostrado na figura. Como suas pás possuem uma curvatura que auxilia o fluxo em uma direção específica, isso reduz o erro de contagens faltantes no cálculo do fluxo.

1. A desvantagem é que ele facilitará o fluxo em uma direção e resistirá na direção oposta. Se a direção do fluxo for constante, esse projeto será uma melhoria.
2. O fluxo pode ser calculado de forma mais eficiente com sensores como bobinas magnéticas. Um campo magnético será induzido ao longo do tubo e a variação desse campo com o fluxo do líquido resultará em uma mudança na saída do sensor. Embora eficiente, esse dispositivo é volumoso e mais utilizado em aplicações industriais.
3. Como a saída do sensor não precisa ser constante, neste caso, a faixa de operação do sensor de efeito Hall estava dentro das especificações aceitáveis ​​do Arduino, portanto, não foi necessário reescaloná-lo. Para operação fora da faixa de especificações, será necessário usar um amplificador operacional (OPAM) para escalá-lo para uma faixa diferente. Por exemplo, alguns medidores de vazão são usados ​​para abrir/fechar válvulas, e as válvulas exigem tensão adicional; essencialmente, um sensor de efeito Hall com OPAM será útil em tal situação.

Obras Futuras

1. Melhorias no design e na funcionalidade de personalização.
2. As tolerâncias da peça 3D podem ser definidas para facilitar a montagem.
3. Utilização de placas mais baratas ou placas personalizadas para redução de custos.
4. Projeto de gabinete para componentes eletrônicos.
5. Projetar e desenvolver um projeto similar para melhor utilização dos componentes elétricos e ampliação de suas funcionalidades.