Odav reomeeter: 11 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Selle juhendi eesmärk on luua odava hinnaga reomeeter vedeliku viskoossuse eksperimentaalseks leidmiseks. Selle projekti lõid Browni ülikooli bakalaureuseõppe meeskond ja mehaaniliste süsteemide vibratsiooni klassi magistrandid.

Reomeeter on laboriseade, mida kasutatakse vedelike viskoossuse mõõtmiseks (kui paks või kleepuv vedelik on - mõelge vesi vs mesi). On teatud reomeetreid, millega saab mõõta vedelike viskoossust, mõõtes vedelikku sukeldatud vibreeriva süsteemi reaktsiooni. Selles odava reomeetri projektis lõime kõlari külge kinnitatud kerast ja vedrust vibreeriva süsteemi, et mõõta reaktsiooni erinevatel sagedustel. Sellest reageerimiskõverast leiate vedeliku viskoossuse.

Tarvikud:

Vajalikud materjalid:

Korpuse kokkupanek:

• Puitlaastplaat (11”W x 9” H) (siin) 1,19 dollarit
• 12 x 8-32 x 3/4 "kuuskantkruvid (siin) $ 9,24 kokku
• 12 x 8-32 kuuskantmutter (siin) 8,39 dollarit
• 4 x 6-32 x ½ "kuuskantkruvi (siin) 9,95 dollarit
• 4 x 6-32 kuuskantmutter (siin) 5,12 dollarit
• 9/64 "kuuskantvõti (siin) 5,37 dollarit

Elektroonika:

• 12 V toiteallikas (siin) 6,99 dollarit
• Võimendi (siin) 10,99 dollarit
• Aux -kaabel (siin) 7,54 dollarit
• Jumper Wire (vt allpool)
• Alligaatoriklambrid (siin) 5,19 dollarit
• Kõlar (siin) 4,25 dollarit
• Kruvikeeraja (siin) 5,99 dollarit

Kevad ja kera seadistamine:

• 3D -printeri vaik (muutuv)
• 2 x kiirendusmõõturit (kasutasime neid) 29,90 dollarit
• 10 x emane-mees vikerkaar (siin) 4,67 dollarit
• 12 x isas-mees vikerkaar (siin) 3,95 dollarit
• Arduino Uno (siin) 23,00 dollarit
• USB 2.0 kaabel tüüp A kuni B (siin) 3,95 dollarit
• Leivalaud (siin) 2,55 dollarit
• Survevedrud (me kasutasime neid) ??
• 2 x kohandatud pistikut (3D trükitud)
• 2 x ⅜ ''-16 kuuskantmutrit (siin) 1,18 dollarit
• 4 x 8-32 komplekti kruvid (siin) 6,32 dollarit
• 4 x ¼ ''-20 kuuskantmutter (alumiinium) (siin) 0,64 dollarit
• 2 x ¼”-20 ″ keermestatud varras (alumiinium) (siin) 11,40 dollarit
• 7/64 "kuuskantvõti
• 5/64 "kuuskantvõti
• 4 x 5x2mm 3/16''x1/8 '' kruvid (siin) 8,69 dollarit

Muu

• Plasttops (siin) 6,99 dollarit
• Vedelik viskoossuse kontrollimiseks (testisime karo siirupit, taimset glütseriini, Hershey šokolaadisiirupit)

KOKKU: 183,45 dollarit*

*ei sisalda 3D -printeri vaiku ega vedelikku

Tööriistad

• Laserlõikur
• 3D printer

Vajalik tarkvara

• MATLAB
• Arduino

Failid ja kood:

• Adobe Illustratori fail korpuse jaoks (Rheometer_Housing.ai)
• Kõlarikontrolleri GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino reomeetri fail (rheometer_project.ino)
• Sfäärivõrgu failid (cor_0.9cmbody.stl ja cor_1.5cmbody.stl)
• Kohandatud konnektori ASCII geomeetriafail (Connector_File.step)
• MATLAB -kood 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB -kood 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB -kood 3 (reometer_foruser.m)

1. samm: 1. osa: seadistamine

Katseplatvormi seadistamine.

2. samm: 3D -printimine ja laserlõikamine kõik osad (kohandatud pistikud, kerad ja korpus)

Samm: ühendage elektroonika, nagu allpool näidatud

Oluline märkus: Ärge ühendage toitepistikut pistikupessa enne, kui kõik selle jaotise toimingud on lõpule viidud! MISKI MUUDATUSED TÖÖTAGE Alati toiteallikast lahti.

Alustuseks veenduge, et võimendi on paigutatud nii, et nupp oleks suunatud eemale. Ühendage alligaatori klambrid ja hüppaja juhtmed võimendi vasakpoolsesse alumisse klemmi. Kinnitage toitejuhe ja selle hüppajajuhe võimendi vasakpoolsesse ülemisse klemmi. Traadi tihvtide kinnitamiseks keerake klemmühenduse otsad alla. Veenduge, et positiivsed ja negatiivsed klemmid oleksid korralikult joondatud kõlari külge kinnitatud klambritega. Veenduge, et need kaks klambrit ei puutuks kokku.

Samm 4: GUI seadistamine

Nüüd, kui elektroonika on seadistatud, saame testida GUI -d, mis võimaldab meil kõlarit juhtida ja luua meie vedelikku sukeldatud vibratsioonisüsteemi. Kõlarit juhib meie arvuti heliväljundisüsteem. Alustuseks laadige alla MATLAB ja ülaltoodud GUI -kood. MÄRKUS. LED -tulede seadeid ei kasutata ja neid tuleks ignoreerida.

Kui olete MATLABi avanud, käivitage käsuaknas järgmine käsk "info = audiodevinfo" ja topeltklõpsake suvandit "väljund". Leidke väliste kõrvaklappide/kõlarite valiku ID -number. Sõltuvalt teie masinast võib see olla näiteks „Kõlar / kõrvaklapid…” või „Väline…” või „Sisseehitatud väljund…”. Seadke „Välise kõlari ID” sellele ID -numbrile.

Nüüd testime, kas meie süsteem on õigesti seadistatud. Pöörake oma arvuti helitugevus kogu aeg alla. Ühendage helikaabel arvutist lahti ja ühendage selle asemel kõrvaklappide komplekt. Proovime ühendust, kas graafiline kasutajaliides saadab loksutajale signaali. Sisestage tekstiväljale sõidusageduseks 60 Hz, nagu allpool näidatud. (See väli aktsepteerib väärtusi kuni 150 Hz). See on teie seadistuse sundimise sagedus. Seejärel libistage sõidu amplituud väärtuseni umbes 0,05. Seejärel vajutage kõrvaklappidele signaali saatmiseks nuppu „Lülita süsteem sisse”. See käivitab ühe teie kõrvaklappide kanali (vasakule või paremale). Suurendage arvuti helitugevust, kuni heli on kuulda. Kui kuulete helisignaali, klõpsake nuppu „Lülita süsteem välja“ja veenduge, et heli mängimine peatuks. Süsteemi sageduse või sõiduamplituudi muutmiseks töötamise ajal klõpsake nuppu „Värskenda seadeid”.

Samm: looge vibreeriv massikomplekt

Nüüd hakkame kokku panema vibreerivat massisüsteemi, mille me oma vedelikku sukeldame. Selles etapis ignoreerige kiirendusmõõtureid ja keskenduge kera, pistikute, kuuskantmutrite ja vedru kokkupanekule. Kinnitage terasest kuuskantmutter igasse kohandatud pistikusse kruvide ja 5/64 kuuskantvõtme abil. Ühendage üks neist kerast alumiiniumist kuuskantmutri ja alumiiniumkeermestatud vardaga. Ühendage mõlemad, nagu ülal näidatud. Lõpuks keerake teine keermestatud varras ülemisse pistikusse ja keerake osaliselt alumiiniumist kuuskantmutter.

Samm: lisage kiirendusmõõturid ja Arduino

Ülaltoodud skeemi abil ühendage arduino kiirendusmõõturitega. Pikkade vikerkaarekaablite loomiseks kasutage isas-isast juhtmeid (skeemil valge, hall, lilla, sinine ja must) ja ühendage need emase-isase juhtmega (punane, kollane, oranž, roheline ja pruun). Teine ots ühendatakse kiirendusmõõturitega. Veenduge, et kiirendusmõõturi pordid “GND” (maapind) ja “VCC” (3,3 volti) on sobitatud leivalauaga ja “X” port on ühendatud Arduino A0 ja A3 portidega.

Kinnitage viimased kiirendusmõõturid vibreeriva massikoostu külge, kasutades 5x3 mm 3/16''x1/8 '' kruvisid. Arduino koodi toimimiseks peate veenduma, et TOP kiirendusmõõtur on ühendatud A0 -ga ja BOTTOM kiirendusmõõtur A3 -ga.

Arduino enda seadistamiseks laadige esmalt arvutisse alla arduino tarkvara. Ühendage Arduino arvutiga USB 2.0 kaabli abil. Avage pakutav fail või kopeerige ja kleepige see uude faili. Liikuge ülemisel ribal tööriistale ja hõljutage kursorit „Board:” kohal, et valida Arduino Uno. Üks allapoole, hõljutage kursorit „Port” kohal ja valige Arduino Uno.

Samm: seadistage lõplik süsteem

Seadistuse viimane samm-kõik kokku! Alustuseks eemaldage alligaatoriklambrid kõlarist ja keerake kõlar korpuse sõlme ülaossa 6-32 x ½ "kuuskantkruvide, 6-32 kuuskantmutri ja 9/64" kuuskantvõtme abil. Seejärel keerake vibreeriv mass (koos kiirendusmõõturitega) kõlarisse. Parima tulemuse saamiseks soovitame kõlarit keerata, et vältida kiirendusmõõturi juhtmete sasipundardamist. Pingutage mass kõlari külge alumiiniumist kuuskantmutriga.

Lõpuks sisestage korpusekomplekti kolm külge ülaossa. Kinnitage korpuse komplekt 8-32 x 3/4 kuuskantkruvide ja 8-32 kuuskantmutrite abil. Lõpuks kinnitage alligaatoriklambrid kõlari külge. Olete testimise alustamiseks valmis!

Valige soovitud vedelik ja täitke oma plasttops, kuni kera on täielikult vee all. Te ei soovi, et kera oleks osaliselt vee all, kuid olge ka ettevaatlik, et kera ei upuks nii kaugele, et vedelik puudutaks alumiiniumist kuuskantmutrit.

8. samm: 2. osa: katse läbiviimine

Nüüd, kui oleme montaaži lõpetanud, saame oma andmed salvestada. Seadistatud sõiduamplituudiga liigute läbi sageduste vahemikus 15–75 Hz. Soovitame 5 Hz sammu, kuid täpsemate tulemuste saamiseks saab seda muuta. Arduino salvestab nii kõlari kiirenduse (ülemine kiirendusmõõtur) kui ka sfääri (alumine kiirendusmõõtur), mille salvestate csv -faili. Pakutav MATLAB-kood 1 ja 2 loeb csv-väärtused eraldi veergudena, teeb signaali müra summutamiseks kahe signaaliga Fourier-teisenduse ja prindib välja ülemise ja alumise kiirendusmõõturi amplituudi suhte. MATLAB -kood 3 aktsepteerib neid amplituudisuhteid ja esialgset arvatavat viskoossust ning joonistab eksperimentaalsed ja arvutatud suhted sageduste ja sageduste vahel. Kui muudate oma oletatavat viskoossust ja võrdlete seda oletust visuaalselt katseandmetega, saate määrata oma vedeliku viskoossuse.

MATLAB-koodi põhjaliku selgituse saamiseks vaadake lisatud tehnilist dokumentatsiooni.

9. toiming: andmete salvestamine CSV -faili

Andmete salvestamise alustamiseks veenduge, et seadistamine on lõpule viidud, nagu on kirjeldatud 1. osas. Veenduge, et võimendi on ühendatud vooluvõrku. Laadige oma Arduino kood oma seadmesse üles, klõpsates paremas ülanurgas nuppu „Laadi üles”. Kui see on edukalt üles laaditud, liikuge jaotisse „Tööriistad” ja valige „Seeriamonitor”. Veenduge, et Serial Monitori või Serial Plotteri avamisel on baudd arv võrdne koodis (115200) oleva baudd arvuga. Näete kahte andmete veergu, mis on kiirendusmõõturi ülemine ja alumine näitaja.

Avage MATLABi graafiline kasutajaliides ja valige katse jaoks sõiduamplituud (kasutasime 0,08 ja 0,16 amprit). Sirvite sagedusi 15–75 Hz, salvestades andmeid iga 5 Hz järel (kokku 13 andmekomplekti). Alustuseks määrake sõidusageduseks 15 Hz ja lülitage süsteem sisse, vajutades nuppu „Lülita süsteem sisse”. See lülitab kõlari sisse, põhjustab sfääri ja seadistab vibratsiooni üles ja alla. Minge tagasi oma Arduino jadamonitori juurde ja klõpsake värskete andmete kogumise alustamiseks nuppu „Kustuta väljund”. Laske sellel seadistusel töötada umbes 6 sekundit ja seejärel ühendage Arduino arvutist lahti. Seeriamonitor lõpetab salvestamise, võimaldades teil käsitsi kopeerida ja kleepida umbes 4 500–5 000 andmesisestust csv-faili. Jagage kaks andmete veergu kaheks eraldi veeruks (1. ja 2. veerg). Nimetage see csv ümber „15hz.csv”.

Ühendage Arduino uuesti oma arvutisse (lähtestage kindlasti port) ja korrake seda toimingut sagedustel 20 Hz, 25 Hz, … 75 Hz, järgides kindlasti CSV -failide nimetamiskorda. Lisateavet selle kohta, kuidas MATLAB neid faile loeb, leiate tehnilisest dokumendist.

Kui soovite jälgida amplituudisuhte muutusi sageduspühkimise ajal, saate selle erinevuse visuaalseks jälgimiseks lisaks kasutada Arduino jadaplotterit.

Samm: töödelge oma andmeid MATLAB -koodiga

Kui katseandmed on saadud CSV -failidena, on järgmine samm andmete töötlemiseks kasutada meie pakutavat koodi. Üksikasjalikke juhiseid koodi kasutamise kohta ja selle aluseks oleva matemaatika selgitusi leiate meie tehnilisest dokumendist. Eesmärk on saada ülemise ja alumise kiirendusmõõturi kiirenduse amplituud, seejärel arvutada alumise amplituudi ja ülemise amplituudi suhe. See suhe arvutatakse iga sõidusageduse kohta. Seejärel joonistatakse suhtarvud sõidusageduse funktsioonina.

Kui see graafik on saadud, kasutatakse vedeliku viskoossuse määramiseks teist koodikomplekti (mis on üksikasjalikult kirjeldatud tehnilises dokumendis). See kood nõuab, et kasutaja sisestaks viskoossuse esialgse oletuse ja on oluline, et see esialgne oletus oleks tegelikust viskoossusest madalam, seega arvage kindlasti väga madalat viskoossust, vastasel juhul kood ei tööta korralikult. Kui kood on leidnud katseandmetele vastava viskoossuse, genereerib see joonise, nagu allpool näidatud, ja näitab lõplikku viskoossuse väärtust. Palju õnne katse lõpetamise puhul!

Samm 11: failid

Teise võimalusena:

drive.google.com/file/d/1mqTwCACTO5cjDKdUSCUUhqhT9K6QMigC/view?usp=sharing