Flowmeter/zh

▼本页面是密歇根理工大学 (MTU)课程MSE4777 OA 和 MSE4777 OB/MSE5777/EE4777/EE5777：开源 3D 打印 的一部分。请在讨论页留言。本课程在秋季学期开设，不可公开编辑。

1. 流量计是用来测量流经其中的液体和气体流量的装置。
2. 通过计算单位时间内流过的液体量来测量流量的流量计称为速度流量计。这类流量计通常提供流速信息（例如：10升/分钟）。
3. 而容积流量计则测量排放的总量。例如，这种流量计可用于计算家庭一个月内的用水量（100升）。
4. 本项目旨在研发一种既能作为速度流量计又能作为体积流量计使用的流量计。这样，研究人员就可以使用它，并且可以根据他们的需求进行定制，而无需为不同的应用场景采购新的流量计。
5. 典型的流量计由外壳、传感器和变送器组成。外壳用于确保无泄漏运行，从而避免测量误差。传感器检测流经其中的流体，并通过变送器将其转换为原始信号。在本项目中，数据由 Arduino 处理，并通过 LCD 显示屏显示。

1. 3D打印机外壳组件：

• 下壳体集成输入输出管
• 叶片转子
• 轴承承载板
• 磁性安装板
• 顶部外壳盖
• 轴承（外径 30，内径 10，厚度 10）（单位：毫米）
• 2XM8螺栓和螺母

1. 电子元件

• Arduino 板
• 一对面包板
• 霍尔效应传感器
• 液晶显示屏
• 电线

• 组装该装置所需的所有部件均可在https://www.youmagine.com/designs/flow-meter获取。

1. 大多数 Delta RepRap 或类似的 RepRap 3D 打印机

• 3D建模软件 - FreeCAD
• CURA（物质控制软件）
• Arduino编程

Arduino 是一家开源硬件和软件公司，生产 Arduino 开发板。Arduino 是一款微控制器，对于计算内存需求较低的项目来说，它是一款非常实用的设备。Arduino 的图片如下所示。

在我们的项目中，我们使用Arduino来计算流量。为了检测流量，我们使用霍尔效应传感器。

霍尔效应传感器的工作原理基于磁场。它由一条薄金属条组成，金属条两端施加电势差。当存在磁场时，金属条会发生偏转，从而导致输出电压发生变化。这种电压变化会被Arduino检测为脉冲信号。与其他传感器不同，霍尔效应传感器的优势在于它还可以检测静态磁场；而其他传感器只能检测磁场的变化。随着时间的推移，霍尔效应传感器在各种应用中得到了越来越广泛的应用，例如编码器、接近传感器、转速传感器和限位开关。在本项目中，霍尔效应传感器用作编码器。它有三个端子：两个用于供电，第三个用于信号输入。霍尔效应传感器的工作原理如图所示。

在我们的流量计中，一个小型纽扣磁铁安装在随轴承旋转的圆盘顶部。当磁铁穿过近场时，霍尔效应传感器会检测到它。该信号作为数字输入信号传输到Arduino。脉冲数用于计算流量和总流量。在采样周期内，脉冲数即为流量。

为了显示流程图，我们使用了一个安装在面包板上的 16x2 LCD 显示屏。电路布置如图所示。我们使用 Arduino 的 10 号引脚作为霍尔效应信号。

程序利用霍尔效应传感器检测磁场强度，并将此计数与存储在变量中的先前计数相加；乘以校准系数即可得到电流值。在未来的版本中，校准系数将由用户输入。该电流值显示在液晶显示屏上。Arduino 代码如下。

1. 从上面提到的链接下载所有.stl文件。
2. 在 CURA 中以相同的比例（x=100% y=100% z=100%）打印所有部件。
3. 修剪掉任何妨碍组装的突出毛刺。
4. 取下壳体，将叶片转子放在上面，叶片的凹槽部分应该对准壳体。

   

   
5. 由于孔径较小，因此需要刮除打印部件内表面的材料。确保轴承密封良好，防止泄漏。将组装好的轴承用螺栓固定到下壳体上，然后将叶片转子放置在轴承上，叶片的凹槽部分应与壳体对齐。

   
6. 将磁铁安装板放置在轴承的另一侧。将盖子盖在其上方，并用 M8 螺栓和螺母将整个组件固定好。

   
7. 整个组件的打印时间大约需要 12-14 小时，填充率为 30%。

1. 霍尔效应传感器安装在外壳上，并考虑了磁体板的直径。
2. 电路连接：
   1. 霍尔效应传感器有 3 根线，外侧两根线用于电压输入，中间的线提供直接传递给 Arduino 的信号。
   2. LCD 和 ardino 板的端口连接方式如图所示。
   3. 电池已连接到 Arduino 板。

1. 演示视频如图所示

3D打印流量计演示视频

1. 按照演示所示，将组件组装好并接入水龙头。同时记录时间。水流出后收集到水桶中。一分钟后，记录水量（以升为单位）。从液晶显示屏上读取总脉冲数。
2. 因此，每个脉冲读数都可以计算出每分钟的升流量，并且每个脉冲都可以计算出每次计数中的流量。
3. 就我们而言，每次脉冲是 50 毫升水。

1. PLA材料的成本估计约为7美元（基本PLA线材）。
2. 商业版售价约为 50-150 美元。点击此处查看商业版 -> [1]
3. 我们的设备很容易就能为您节省 90 美元。
4. 因此，对于需要精确测量流量的实验室来说，这款设备非常实用。此外，由于具备用户自定义校准功能，即使对于不同粘度的液体，这款设备也能胜任。

1. 风扇叶片的数量可以根据流量计所检测液体的类型进行调整。质量较大的流量计需要较少的叶片，而质量较小的流量计则需要较多的叶片才能保证精度。
2. 为了提高精度，可以将风扇形状改为图中所示的形状。由于其叶片具有弧度，有助于特定方向的流动，从而减少计算流量时漏计数的误差。

1. 缺点是它会促进一个方向的流动，阻碍另一个方向的流动。如果流动方向恒定，这种设计将是一种改进。
2. 利用磁线圈等传感器可以更有效地计算流量。管道中会产生磁场，液体流动引起的磁场变化会导致传感器输出的变化。虽然这种装置效率很高，但体积较大，更多地应用于工业领域。
3. 由于传感器输出无需保持恒定，因此霍尔效应传感器的工作范围在 Arduino 规格的可接受范围内，无需重新缩放。若要超出规格范围工作，则需要使用运算放大器 (OPAM) 进行缩放。例如，某些流量计用于控制阀门的开/关，阀门需要额外的电压；在这种情况下，带有运算放大器的霍尔效应传感器就非常实用。

1. 改进了设计和自定义功能。
2. 可以定义三维零件的公差，以便于组装。
3. 使用价格较低的板材或定制板材以降低成本。
4. 电子元件机柜设计。
5. 设计和开发类似项目，以更好地利用电气元件并增加功能。