Arzon narxli reometr: 11 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

Bu ko'rsatmaning maqsadi - suyuqlikning yopishqoqligini eksperimental ravishda aniqlash uchun arzon narxli reometr yaratish. Ushbu loyiha Braun universiteti "Mexanik tizimlarning tebranishi" sinfining bakalavr va magistrantlari tomonidan yaratilgan.

Reometr - bu suyuqlikning yopishqoqligini o'lchash uchun ishlatiladigan laboratoriya qurilmasi (suyuqlik qanchalik qalin yoki yopishqoq - suv va asalga qarang). Suyuqlikka yopishgan tebranish tizimining javobini o'lchash orqali suyuqliklarning yopishqoqligini o'lchaydigan ba'zi reometrlar mavjud. Reometrning past narxli loyihasida biz turli chastotalarda javobni o'lchash uchun karnayga biriktirilgan shar va buloqdan tebranish tizimini yaratdik. Bu javob egri chizig'idan siz suyuqlikning yopishqoqligini topishingiz mumkin.

Ta'minot:

Kerakli materiallar:

Uy -joy yig'ilishi:

• Zarrachalar taxtasi (11 '' G x 9 '' H) (bu erda) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 dyuymli olti burchakli vintlar (bu erda) 9,24 dollar
• 12 x 8-32 olti burchakli yong'oq (bu erda) 8,39 dollar
• 4 x 6-32 x ½’olti burchakli vint (bu erda) 9,95 dollar
• 4 x 6-32 olti burchakli yong'oq (bu erda) $ 5.12
• 9/64 "Allen Key (bu erda) $ 5.37

Elektronika:

• 12V quvvat manbai (bu erda) $ 6.99
• Kuchaytirgich (bu erda) $ 10.99
• Aux Cable (bu erda) $ 7.54
• Jumper simlari (pastga qarang)
• Alligator kliplari (bu erda) $ 5.19
• Karnay (bu erda) $ 4.25
• Tornavida (bu erda) $ 5.99

Bahor va sferani sozlash:

• 3D printer qatroni (o'zgaruvchan)
• 2 x akselerometr (biz ulardan foydalanganmiz) $ 29.90
• 10 ta ayol-erkak kamalak kabeli (bu erda) $ 4.67
• 12 ta erkak-erkak kamalak kabeli (bu erda) $ 3,95
• Arduino Uno (bu erda) $ 23.00
• USB 2.0 kabeli A dan B gacha (bu erda) $ 3,95
• Non paneli (bu erda) $ 2,55
• Siqish buloqlari (biz ulardan foydalanganmiz) ??
• 2 x Maxsus ulagichlar (3D bosilgan)
• 2 x ⅜’’-16 ta olti burchakli yong‘oq (bu yerda) $ 1,18
• 4 x 8-32 vintlarni o'rnating (bu erda) $ 6.32
• 4 x ¼’’-20 olti burchakli somun (alyuminiy) (bu yerda) $ 0,64
• 2 x ¼ ''-20 '' Tishli novda (alyuminiy) (bu erda) $ 11.40
• 7/64 dyuymli Allen kaliti
• 5/64 dyuymli Allen kaliti
• 4 x 5x2mm 3/16''x1/8 '' vintlardek (bu erda) $ 8.69

Boshqa

• Plastik chashka (bu erda) $ 6.99
• Qovushqoqlikni tekshirish uchun suyuqlik (biz karo siropi, sabzavotli glitserin, Xersining shokoladli siropini sinovdan o'tkazdik)

Umumiy narxi: $ 183,45*

*3D printer qatroni yoki suyuqlikni o'z ichiga olmaydi

Asboblar

• Lazerli kesuvchi
• 3D printer

Dastur kerak

• MATLAB
• Arduino

Fayl va kod:

• Uy -joy yig'ish uchun Adobe Illustrator fayli (Rheometer_Housing.ai)
• GUI dinamik boshqaruvchisi (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino reometr fayli (rheometer_project.ino)
• Sfera mash fayllari (cor_0.9cmbody.stl va cor_1.5cmbody.stl)
• Maxsus ulagich ASCII geometriya fayli (Connector_File.step)
• MATLAB kodi 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB kodi 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB kodi 3 (rheometer_foruser.m)

1 -qadam: 1 -qism: O'rnatish

Eksperimental platformani qanday sozlash kerak.

2 -qadam: 3D bosma va barcha qismlarni lazer bilan kesish (maxsus ulagichlar, sharlar va korpus)

3 -qadam: Elektronikani quyida ko'rsatilgan tarzda ulang

E'tibor qilish kerak: ushbu bo'limdagi barcha amallar bajarilmaguncha quvvat manbaiga ulanmang! HAR QANDAY O'ZGARIShLARNI QILISHDA QUVATLANISHNI O'CHIRING.

Boshlash uchun, kuchaytirgich tugmachani boshqa tomonga qaragan holda joylashtirilganligiga ishonch hosil qiling. Alligator qisqichlari va o'tish simlarini kuchaytirgichning chap pastki terminallariga ulang. Quvvat simini va uning o'tish simini kuchaytirgichning chap yuqori qismidagi terminallariga ulang. Sim pimlarini mahkamlash uchun terminal ulanish uchlarini burab qo'ying. Ijobiy va manfiy terminallar kuchaytirgichdagi terminallar va alligator kliplarini karnayga to'g'ri mos kelishiga ishonch hosil qiling. Bu ikki klip bir -biriga tegmasligiga ishonch hosil qiling.

4 -qadam: GUIni sozlash

Endi elektronika o'rnatilgandan so'ng, biz GUIni sinab ko'rishimiz mumkin, bu bizga karnayni haydashga va bizning suyuqlikka botib ketgan tebranish tizimini yaratishga imkon beradi. Karnay kompyuterimizdagi audio chiqish tizimi tomonidan boshqariladi. MATLAB va yuqorida keltirilgan GUI kodini yuklab olishdan boshlang. QAYD: LED yoritgichlari sozlamalari mavjud bo'lib, ularni ishlatib bo'lmaydi.

MATLAB -ni ochganingizdan so'ng, "info = audiodevinfo" buyruqlar oynasida quyidagilarni bajaring va "chiqish" variantini ikki marta bosing. Tashqi minigarnituralar/karnaylar uchun identifikator raqamini toping. Bu sizning mashinangizga qarab "Dinamik / minigarnituralar …" yoki "Tashqi …" yoki "O'rnatilgan chiqish …" kabi bo'ladi. "Tashqi dinamik identifikatori" ni ushbu identifikator raqamiga o'rnating.

Endi tizimimiz to'g'ri o'rnatilganligini tekshirib ko'ramiz. KOMPYUTER VOYUMINI HAMMA YO'LGA BERING. Ovoz kabelini kompyuterdan uzing va uning o'rniga minigarnituralarni ulang. Biz GUI -ni silkitgichga signal yuborishi uchun ulanishni tekshiramiz. Quyida ko'rsatilgan matn maydoniga 60 Gts haydash chastotasini kiriting. (Bu maydon 150 Gts gacha bo'lgan qiymatlarni qabul qiladi). Bu sizning o'rnatishingiz uchun majburiy chastota. Keyin haydash amplitudasini taxminan 0,05 ga siljiting. Keyin naushniklarga signal yuborish uchun "Tizimni yoqish" tugmasini bosing. Bu minigarnituralar kanallaridan birini (chap yoki o'ng) ishga tushiradi. Ovoz eshitilmaguncha kompyuter ovoz balandligini oshiring. Ovoz eshitilgandan so'ng, "O'chirish tizimi" ni bosing va ovoz eshitilmasligiga ishonch hosil qiling. Tizim ishlayotgan paytda uning chastotasini yoki haydash amplitudasini o'zgartirish uchun "Sozlamalarni yangilash" tugmasini bosing.

5 -qadam: Vibratsiyali massa yig'ilishini yarating

Endi biz suyuqlikka botadigan tebranuvchi massa tizimini yig'ishni boshlaymiz. Ushbu bosqichda akselerometrlarni e'tiborsiz qoldiring va sharni, ulagichlarni, olti burchakli somunlarni va buloqni yig'ishga e'tibor qarating. O'rnatilgan vintlardek va 5/64 dyuymli Allen kaliti bilan har bir maxsus ulagichga po'lat olti burchakli gaykani mahkamlang. Shulardan birini alyuminiy olti burchakli gayka va alyuminiy tishli novda bilan bog'lang. Yuqorida ko'rsatilganidek, ikkalasini ham birlashtiring. Nihoyat, ikkinchi Tishli Rodni yuqori Konnektorga burang va qisman alyuminiy olti burchakli gaykani burab qo'ying.

6 -qadam: Accelerometers & Arduino -ni qo'shing

Yuqoridagi diagramadan foydalanib, arduino -ni akselerometrlarga ulang. Uzoq kamalak kabellarini yaratish uchun erkak-erkak simlarini ishlating (diagrammada oq, kulrang, binafsha, ko'k va qora) va ularni ayol-erkak simlariga (qizil, sariq, to'q sariq, yashil va jigarrang). Ikkinchi uchi akselerometrlarga ulanadi. "GND" (Ground) va "VCC" (3,3 volts) akselerometr portlari non paneliga mos kelishiga va "X" porti Arduino A0 va A3 portlariga mos kelishiga ishonch hosil qiling.

Oxirgi akselerometrlarni 5x3 mm 3/16'x1/8 vintlar yordamida tebranuvchi massa yig'ilishiga ulang. Arduino kodi ishlashi uchun TOP akselerometr A0 va BOTTOM akselerometr A3 ga ulanganligiga ishonch hosil qilishingiz kerak.

Arduino -ni o'rnatish uchun avval arduino dasturini kompyuteringizga yuklab oling. USB 2.0 kabelidan foydalanib Arduino -ni kompyuterga ulang. Taqdim etilgan faylni oching yoki yangi faylga nusxa ko'chiring. Yuqori paneldagi asbobga o'ting va Arduino Uno -ni tanlash uchun "Board:" ustiga suring. Bir pastga, sichqonchani "Port" ustiga olib boring va Arduino Uno -ni tanlang.

7 -qadam: Yakuniy tizimni o'rnating

O'rnatishning oxirgi bosqichi-barchasini birlashtirish! Alligator kliplarini karnaydan ajratib oling va karnayni 6-32 x "olti burchakli vintlardek, 6-32 burchakli somun va 9/64 dyuymli" Allen Key "yordamida korpusning yuqori qismiga burab qo'ying. Keyinchalik, tebranadigan massa yig'ilishini (akselerometrlar bilan) karnayga burab qo'ying. Eng yaxshi natijaga erishish uchun akselerometr simlarini chalkashtirib yubormaslik uchun karnayni burishni tavsiya etamiz. Alyuminiy olti burchakli non bilan massani karnayga torting.

Nihoyat, korpus yig'ilishining uch tomonini tepaga joylashtiring. 8-32 x 3/4 dyuymli olti burchakli vintlar va 8-32 olti burchakli yong'oq yordamida korpus yig'ilishini mahkamlang. Nihoyat, alligator kliplarini karnayga qayta ulang. Siz sinovni boshlashga tayyormiz!

O'zingiz xohlagan suyuqlikni tanlang va shar to'liq suv ostida qolguncha plastik idishingizni to'ldiring. Siz sharning qisman suv ostida qolishini xohlamaysiz, lekin ehtiyot bo'ling, shunda suv alyuminiy olti burchakli gaykaga tegib ketmasligi uchun.

8 -qadam: 2 -qism: Tajribani ishga tushirish

Endi yig'ilishimiz tugagach, biz ma'lumotlarni yozib olamiz. Siz belgilangan haydash amplitudasida 15 - 75 Gts chastotalar bo'ylab o'tasiz. Biz 5 gigagertsli chastotalarni tavsiya qilamiz, lekin aniqroq natijalarga erishish uchun uni o'zgartirish mumkin. Arduino dinamikning tezlanishini (yuqori akselerometr) ham, csv fayliga yozadigan sharni ham (pastki akselerometr) yozib oladi. Taqdim etilgan MATLAB kodi 1 va 2 csv qiymatlarida alohida ustunlar sifatida o'qiladi, signalni o'chirish uchun ikki signalli to'rtta transformatsiyani amalga oshiradi va natijada yuqori va pastki akselerometrning amplituda nisbatini chiqaradi. MATLAB Code 3 bu amplituda nisbatlarini va taxmin qilingan yopishqoqlikni qabul qiladi va tajriba va hisoblangan nisbatlarni chastotalarga nisbatan tuzadi. O'zingizning taxminiy yopishqoqligingizni o'zgartirib, vizual tarzda bu taxminni tajriba ma'lumotlari bilan solishtirib, siz suyuqligingizning yopishqoqligini aniqlay olasiz.

MATLAB kodini batafsil tushuntirish uchun ilova qilingan texnik hujjatlarga qarang.

9 -qadam: ma'lumotlarni CSV -ga yozib olish

Ma'lumot yozishni boshlash uchun, birinchi navbatda, sozlash 1 -bo'limda tasvirlanganidek bajarilganligiga ishonch hosil qiling. Kuchaytirgich elektr manbaiga ulanganligiga ishonch hosil qiling. O'ng yuqori burchakdagi "Yuklab olish" tugmachasini bosib, Arduino kodini qurilmangizga yuklang. Muvaffaqiyatli yuklanganidan so'ng, "Asboblar" ga o'ting va "Serial monitor" ni tanlang. Serial monitor yoki Serial Plotter -ni ochganingizda, baud raqami koddagi (115200) baudd raqamiga teng ekanligiga ishonch hosil qiling. Siz yuqori va pastki akselerometr ko'rsatkichlari bo'lgan ikkita ma'lumot ustunini ko'rasiz.

MATLAB GUI -ni oching va tajribangiz uchun haydash amplitudasini tanlang (biz 0,08 amper va 0,16 amperdan foydalanganmiz). Siz 15-75 Gts chastotalarni bosib o'tasiz, har 5 Gts ma'lumotni yozib olasiz (jami 13 ta ma'lumotlar to'plami). Haydash chastotasini 15 Gts ga sozlashni boshlang va "Tizimni yoqish" tugmasini bosib tizimni yoqing. Bu karnayni yoqadi, bu esa sferani keltirib chiqaradi va yuqoriga va pastga tebranishi uchun o'rnatiladi. Arduino seriyali monitoriga qayting va yangi ma'lumotlarni yig'ishni boshlash uchun "Chiqishni tozalash" ni bosing. Bu sozlamani taxminan 6 soniya davomida ishga tushiring, so'ngra Arduino -ni kompyuterdan uzing. Serial monitor yozishni to'xtatadi, bu sizga csv faylga 4,500-5000 ma'lumotlar ma'lumotlarini qo'lda nusxalash va joylashtirish imkonini beradi. Ma'lumotlarning ikkita ustunini ikkita alohida ustunga bo'ling (1 va 2 -ustunlar). Ushbu CSV nomini "15hz.csv" deb o'zgartiring.

Arduino -ni kompyuterga qayta ulang (portni qayta o'rnatganingizga ishonch hosil qiling) va bu jarayonni 20 Gts, 25 Gts,… 75 Gts chastotalarda takrorlang va CSV fayllarini nomlash qoidalariga rioya qiling. Ushbu fayllar MATLAB tomonidan qanday o'qilishi haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun texnik hujjatni ko'ring.

Agar siz amplitudalar nisbati chastotali siljish paytida kuzatilishini xohlasangiz, bu farqni vizual tarzda kuzatish uchun Arduino Serial Plotter -dan foydalanishingiz mumkin.

10 -qadam: Ma'lumotlaringizni MATLAB kodi bilan qayta ishlash

CSV fayllari shaklida eksperimental ma'lumotlar olinganidan so'ng, keyingi qadam ma'lumotlarni qayta ishlash uchun bizning kodimizdan foydalanishdir. Kodni ishlatish bo'yicha batafsil ko'rsatmalar va asosiy matematikani tushuntirish uchun bizning texnik hujjatimizga qarang. Maqsad - yuqori va pastki akselerometr uchun tezlanish amplitudasini olish, so'ngra pastki amplitudaning yuqori amplitudaga nisbatini hisoblash. Bu nisbat har bir haydash chastotasi uchun hisoblanadi. Keyin nisbatlar haydash chastotasining funktsiyasi sifatida tuziladi.

Bu uchastka olinganidan so'ng, suyuqlikning yopishqoqligini aniqlash uchun boshqa kod to'plami (yana texnik hujjatda batafsil ko'rsatilgan) ishlatiladi. Bu kod foydalanuvchidan yopishqoqlik uchun dastlabki taxminni kiritishni talab qiladi va bu dastlabki taxmin haqiqiy yopishqoqlikdan past bo'lishi juda muhim, shuning uchun juda past viskozitani taxmin qiling, aks holda kod to'g'ri ishlamaydi. Kod eksperimental ma'lumotlarga mos keladigan yopishqoqlikni topgandan so'ng, u quyida ko'rsatilgandek uchastka hosil qiladi va yopishqoqlikning oxirgi qiymatini ko'rsatadi. Tajribani tugatganingiz bilan tabriklaymiz!

11 -qadam: fayllar

Variant sifatida:

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