Aşağı Qiymətli Reometr: 11 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:42

Bu təlimatın məqsədi, bir mayenin özlülüyünü eksperimental olaraq tapmaq üçün aşağı qiymətli bir reometr yaratmaqdır. Bu layihə, Brown Universitetinin Mexaniki Sistemlərin Titrəməsi sinifində oxuyan bir tələbə və magistr tələbəsi tərəfindən yaradılmışdır.

Reometr, mayelərin viskozitesini ölçmək üçün istifadə olunan bir laboratoriya cihazıdır (mayenin nə qədər qalın və ya yapışqan olduğunu düşünün - su ilə bal arasında fikirləşin). Bir mayenin içərisində olan titrəmə sisteminin reaksiyasını ölçərək mayelərin özlülüyünü ölçə bilən müəyyən reometrlər var. Bu aşağı qiymətli reometr layihəsində, fərqli tezliklərdə cavabı ölçmək üçün dinamikə bağlı bir kürədən və yaydan bir titrəmə sistemi yaratdıq. Bu cavab əyrisindən mayenin özlülüyünü tapa bilərsiniz.

Təchizat:

Lazım olan materiallar:

Mənzil Məclisi:

• Parça lövhəsi (11 '' G x 9 '' H) (burada) $ 1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 '' Altıbucaqlı başlı vintlər (burada) 9,24 dollardır
• 12 x 8-32 Hex somun (burada) 8.39 dollar
• 4 x 6-32 x ½’Hex başlı vida (burada) 9.95 dollar
• 4 x 6-32 altıbucaqlı qoz (burada) $ 5.12
• 9/64 '' Allen Key (burada) $ 5.37

Elektronika:

• 12V Güc Təchizatı (burada) $ 6.99
• Gücləndirici (burada) $ 10.99
• Aux Kabel (burada) 7.54 dollar
• Jumper Wire (aşağıya baxın)
• Timsah Klipləri (burada) 5.19 dollar
• Dinamik (burada) $ 4.25
• Tornavida (burada) $ 5.99

Bahar və Kürə Quraşdırması:

• 3D printer qatranı (dəyişən)
• 2 x akselerometr (bunları istifadə etdik) 29.90 dollar
• 10 x qadın-kişi göy qurşağı kabelləri (burada) $ 4.67
• 12 x kişi-kişi göy qurşağı kabelləri (burada) $ 3.95
• Arduino Uno (burada) $ 23.00
• USB 2.0 Kabel Tipi A - B (burada) $ 3.95
• Çörək taxtası (burada) 2.55 dollar
• Sıxılma yayları (bunları istifadə etdik) ??
• 2 x Xüsusi Konnektorlar (3D çap)
• 2 x ⅜’'-16 Hex somun (burada) $ 1.18
• 4 x 8-32 Vintlər (burada) $ 6.32
• 4 x ¼’’-20 Hex somun (Alüminium) (burada) $ 0,64
• 2 x ¼ ''-20 '' Dişli Çubuq (Alüminium) (burada) $ 11.40
• 7/64 "Allen Key
• 5/64 "Allen Key
• 4 x 5x2mm 3/16'x1/8 '' Vidalar (burada) $ 8.69

Digər

• Plastik Kubok (burada) $ 6.99
• Özlülüyü yoxlamaq üçün maye (karo şərbəti, tərəvəz qliserini, Hershey şokolad siropunu sınadıq)

TOPLAM XƏRC: $ 183.45*

*3D printer qatranı və ya maye daxil deyil

Alətlər

• Lazer kəsici
• 3D printer

Proqram Lazımdır

• MATLAB
• Arduino

Fayllar və Kod:

• Mənzil montajı üçün Adobe Illustrator faylı (Rheometer_Housing.ai)
• Dinamik Denetleyicisi GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino Reometr Fayl (rheometer_project.ino)
• Sfera mesh faylları (cor_0.9cmbody.stl və cor_1.5cmbody.stl)
• Xüsusi Bağlayıcı ASCII həndəsə faylı (Connector_File.step)
• MATLAB Kodu 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB Kodu 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB Kodu 3 (rheometer_foruser.m)

Adım 1: Bölmə 1: Quraşdırın

Təcrübə platformasını necə qurmaq olar.

Addım 2: 3D Çap və Lazerlə Bütün Parçaları Kəsin (xüsusi bağlayıcılar, kürələr və korpus)

Addım 3: Elektronikanı aşağıda göstərildiyi kimi bağlayın

Qeyd etmək vacibdir: Bu hissədəki bütün addımlar tamamlanana qədər elektrik təchizatını prizə qoşmayın! HƏR ZAMAN HƏR DƏYİŞİKLİK VERƏCƏK GÜÇ KAYNAĞINI AÇIQ.

Başlamaq üçün gücləndiricinin düyməni kənara baxacaq şəkildə yerləşdirdiyinə əmin olun. Timsah kliplərini və tullanan telləri gücləndiricinin sol alt əl terminallarına bağlayın. Güc kabelini və keçid telini gücləndiricinin sol üst terminallərinə bağlayın. Tel sancaqlarını bağlamaq üçün terminal bağlantısının uclarını aşağı vidalayın. Müsbət və mənfi terminalların amplifikatörün terminallarına və timsah kliplərini dinamikə bağladığından əmin olun. Bu iki klipin təmasda olmadığından əmin olun.

Addım 4: GUI qurulması

İndi elektronika qurulduqda, dinamikin idarə olunmasına və mayemizə batmış titrəmə sistemi yaratmağımıza imkan verəcək GUI -ni sınaya bilərik. Dinamik kompüterimizdəki audio çıxış sistemi tərəfindən idarə olunacaq. MATLAB və yuxarıda göstərilən GUI kodunu yükləməklə başlayın. DİQQƏT: LED işığı parametrləri var ki, istifadə olunmayacaq və nəzərə alınmamalıdır.

MATLAB -ı açdıqdan sonra "info = audiodevinfo" əmr pəncərəsində aşağıdakıları işlədin və 'çıxış' seçimini iki dəfə vurun. Xarici qulaqlıq/dinamik seçimi üçün ID nömrəsini tapın. Maşınınızdan asılı olaraq "Dinamik / Qulaqlıqlar …" və ya "Xarici…" və ya "Daxili Çıxış …" kimi bir şey olacaq. "Xarici dinamik ID" ni bu ID nömrəsinə təyin edin.

İndi sistemimizin düzgün qurulduğunu yoxlayaq. BÜTÜN YOLUNDA BİLGİSAYAR SƏSİNİ YÜKLƏDİR. Audio kabelini kompüterinizdən ayırın və əvəzinə bir dəst qulaqlıq bağlayın GUI -nin çalkalayıcıya siqnal göndərməsi üçün əlaqəni sınayacağıq. Aşağıda göstərildiyi kimi mətn sahəsinə sürücülük tezliyi olaraq 60 Hz daxil edin. (Bu sahə 150 Hz -ə qədər olan dəyərləri qəbul edir). Bu, qurmaq üçün məcbur edilən tezlikdir. Sonra, sürücülük amplitüdünü təxminən 0.05 dəyərinə qədər sürüşdürün. Sonra qulaqlıqlara bir siqnal göndərmək üçün "Sistemi işə salın" düyməsini basın. Bu, qulaqlıqlarınızın kanallarından birini (sol və ya sağ) işə salacaq. Bir səs eşidilənə qədər kompüterinizin səsini artırın. Səsli bir səs eşidildikdən sonra "Sistemi söndür" düyməsini vurun və səsin çalmasını dayandırdığından əmin olun. Çalışarkən sisteminizin tezliyini və ya sürücülük amplitüdünü dəyişdirmək üçün "Parametrləri yeniləyin" düyməsini vurun.

Addım 5: Titrəyən kütləvi məclis yaradın

İndi mayemizə batıracağımız titrəyən kütlə sistemini yığmağa başlayacağıq. Bu addımdakı sürətölçənləri görməyin və kürənin, bağlayıcıların, altıbucaqlı qozların və yayın yığılmasına diqqət yetirin. Xüsusi bağlayıcıların hər birində vintlər və 5/64 düymlük Allen Key ilə bir polad altıbucaqlı qoz bağlayın. Alüminium altıbucaqlı qoz və alüminium dişli çubuqla bunlardan birini kürəyə bağlayın. Hər ikisini yuxarıda göstərildiyi kimi birləşdirin. Nəhayət, ikinci Yivli Çubuğu yuxarı Konnektora vidalayın və qismən alüminium altıbucaqlı qozu vidalayın.

Addım 6: Accelerometers & Arduino əlavə edin

Yuxarıdakı diaqramdan istifadə edərək arduino -nu akselerometrlərə qoşun. Uzun göy qurşağı kabelləri yaratmaq üçün kişi-kişi tellərindən istifadə edin (diaqramda ağ, boz, bənövşəyi, mavi və qara) və dişi-kişi tellərinə (qırmızı, sarı, narıncı, yaşıl və qəhvəyi). İkinci uc, akselerometrlərə qoşulacaq. "GND" (Ground) və "VCC" (3.3 Volt) sürətləndirici portlarının çörək taxtasına və "X" portunun Arduino -dakı A0 və A3 portlarına uyğun olduğundan əmin olun.

Son akselerometrləri 5x3mm 3/16'x1/8 '' vintlərdən istifadə edərək Titrəmə Kütləvi montajına bağlayın. Arduino kodunun işləməsi üçün TOP akselerometrin A0 və BOTTOM sürətləndiricinin A3 -ə qoşulduğundan əmin olmalısınız.

Arduinonun özünü qurmaq üçün əvvəlcə arduino proqramını kompüterinizə yükləyin. USB 2.0 kabelindən istifadə edərək Arduino'yu kompüterinizə qoşun. Verilən faylı açın və ya kopyalayıb yeni bir fayla yapışdırın. Üst çubuğdakı Alətə gedin və Arduino Uno'yu seçmək üçün "Board:" üzərinə gedin. Bir aşağı, "Liman" ın üzərinə gedin və Arduino Uno seçin.

Addım 7: Son Sistemi Qurun

Quraşdırmanın son addımı-hamısını bir araya gətirmək! Timsah kliplərini dinamikdən çıxarıb 6-32 x ½ '' altıbucaqlı başlı vintlər, 6-32 altıbucaqlı qoz və 9/64 düymlük Allen Açarı ilə hoparlörü korpusun üst hissəsinə vidalayaraq başlayın. Sonra, titrəyən kütlə yığımını (akselerometrlərlə birlikdə) dinamikə vidalayın. Ən yaxşı nəticə üçün, akselerometr tellərinin qarışmaması üçün dinamikin dönməsini məsləhət görürük. Alüminium altıbucaqlı qoz ilə kütləni dinamikə sıxın.

Nəhayət, korpusun üç tərəfini yuxarıya yuvarlayın. 8-32 x 3/4 düymlük altıbucaqlı vintlər və 8-32 altıbucaqlı qoz-fındıq istifadə edərək korpus qurğusunu bərkidin. Nəhayət, timsah kliplərini dinamikə yenidən bağlayın. Testə başlamağa hazırsınız!

İstədiyiniz mayeni seçin və kürə tamamilə batana qədər plastik qabınızı doldurun. Kürənin qismən su altında qalmasını istəmirsiniz, eyni zamanda mayenin alüminium altıbucaqlı qozuna toxunduğu yerə qədər batırmamaq üçün diqqətli olun.

Addım 8: 2 -ci hissə: Təcrübənin aparılması

İndi montajımızı bitirdikdən sonra məlumatlarımızı qeyd edə bilərik. Müəyyən bir sürücülük amplitüdündə 15 - 75 Hz arasındakı tezlikləri keçəcəksiniz. 5 Hz artımlarını tövsiyə edirik, ancaq daha dəqiq nəticələr üçün dəyişdirilə bilər. Arduino, həm dinamik üçün sürətləndirməni (üst akselerometr), həm də csv faylına yazacağınız sahəni (alt akselerometr) qeyd edəcək. Təqdim olunan MATLAB Kodu 1 və 2, csv dəyərlərində ayrı sütunlar olaraq oxunacaq, siqnalın səs-küyünü azaltmaq üçün iki siqnallı dördlü transformasiya edəcək və yuxarı və aşağı akselerometrin əmələ gələn amplitüd nisbətini çap edəcək. MATLAB Code 3, bu amplitüd nisbətlərini və ilkin təxmin edilən özlülüyü qəbul edəcək və tezliklərə qarşı təcrübi və hesablanmış nisbətləri quracaq. Təxmin etdiyiniz viskoziteyi dəyişərək və vizual olaraq bu təxmini eksperimental məlumatlarla müqayisə edərək, mayenizin viskozitesini təyin edə biləcəksiniz.

MATLAB kodunun ətraflı izahı üçün əlavə edilmiş texniki sənədlərə baxın.

Addım 9: Məlumatları CSV -də qeyd edin

Məlumat yazmağa başlamaq üçün əvvəlcə Quraşdırmanın 1 -ci hissədə göstərildiyi kimi tamamlandığından əmin olun. Gücləndiricinin elektrik prizinə qoşulduğundan əmin olun. Sağ üst küncdəki "Yüklə" düyməsini tıklayaraq Arduino kodunuzu cihazınıza yükləyin. Uğurla yükləndikdən sonra "Alətlər" ə gedin və "Serial Monitor" u seçin. Serial Monitoru və ya Serial Plotteri açdığınız zaman baudd nömrəsinin koddakı (115200) baudd nömrəsinə bərabər olduğundan əmin olun. Üst və alt akselerometr oxunuşları olan iki məlumat sütununun yaradıldığını görəcəksiniz.

MATLAB GUI -ni açın və təcrübəniz üçün sürücülük amplitüdünü seçin (0.08 amper və 0.16 amper istifadə etdik). Hər 5 Hz -də (13 məlumat cəmi) məlumat yazaraq 15 - 75 Hz tezlikləri keçəcəksiniz. Sürət tezliyini 15 Hz olaraq təyin edərək başlayın və "Sistemi işə salın" düyməsini basaraq sistemi açın. Bu, spikeri açacaq, kürəyə səbəb olacaq və yuxarı və aşağı titrəyəcək. Arduino Serial Monitorunuza qayıdın və yeni məlumat toplamağa başlamaq üçün "Çıxışı Sil" düyməsini basın. Bu qurulmanın təxminən 6 saniyə işləməsinə icazə verin və sonra Arduino'yu kompüterinizdən ayırın. Serial Monitor, csv faylına təxminən 4, 500-5000 məlumat girişini əl ilə kopyalayıb yapışdırmağa imkan verərək qeyd etməyi dayandıracaq. İki məlumat sütununu iki ayrı sütuna bölün (Sütunlar 1 və 2). Bu csv adını "15hz.csv" adlandırın.

Arduinonu yenidən kompüterinizə qoşun (Limanı sıfırladığınızdan əmin olun) və bu prosesi 20 Hz, 25 Hz,… 75Hz tezlikləri üçün təkrarlayın və CSV faylları üçün adlandırma konvensiyasına əməl edin. Bu faylların MATLAB tərəfindən necə oxunması ilə bağlı əlavə məlumat üçün texniki sənədə baxın.

Əgər tezlik sıçrayışında amplitüd nisbətinin dəyişməsini müşahidə etmək istəyirsinizsə, bu fərqi vizual olaraq müşahidə etmək üçün əlavə olaraq Arduino Serial Plotter istifadə edə bilərsiniz.

Addım 10: Məlumatlarınızı MATLAB Kodu ilə emal edin

Eksperimental məlumatlar CSV faylları şəklində əldə edildikdən sonra, növbəti addım məlumatları işləmək üçün təqdim etdiyimiz koddan istifadə etməkdir. Kodun istifadəsi ilə bağlı ətraflı təlimatlar və əsas riyaziyyatın izahı üçün texniki sənədimizə baxın. Məqsəd yuxarı və aşağı akselerometr üçün sürətlənmə amplitudasını əldə etmək, sonra alt amplitudun üst amplituda nisbətini hesablamaqdır. Bu nisbət hər sürücülük tezliyi üçün hesablanır. Nisbətlər daha sonra sürücülük tezliyinin bir funksiyası olaraq qurulur.

Bu sahə əldə edildikdən sonra, mayenin özlülüyünü təyin etmək üçün başqa bir kod dəsti (yenidən texniki sənəddə ətraflı şəkildə) istifadə olunur. Bu kod istifadəçidən özlülük üçün ilkin bir ehtimal daxil etməsini tələb edir və bu ilkin ehtimalın əsl özlülükdən aşağı olması vacibdir, buna görə də çox aşağı bir viskoziteyi təxmin etdiyinizə əmin olun, əks halda kod düzgün işləməyəcəkdir. Kod, eksperimental məlumatlara uyğun bir viskozite tapdıqda, aşağıda göstərildiyi kimi bir süjet yaradacaq və son özlülük dəyərini göstərəcəkdir. Təcrübəni tamamladığınız üçün təbrik edirik!

Addım 11: Fayllar

Alternativ olaraq:

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