कम लागत वाला रियोमीटर: 11 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

इस निर्देश का उद्देश्य एक तरल पदार्थ की चिपचिपाहट को प्रयोगात्मक रूप से खोजने के लिए एक कम लागत वाला रियोमीटर बनाना है। यह प्रोजेक्ट ब्राउन यूनिवर्सिटी के अंडरग्रेजुएट और मैकेनिकल सिस्टम के क्लास वाइब्रेशन में स्नातक छात्रों की एक टीम द्वारा बनाया गया था।

एक रियोमीटर एक प्रयोगशाला उपकरण है जिसका उपयोग तरल पदार्थ की चिपचिपाहट को मापने के लिए किया जाता है (एक तरल पदार्थ कितना मोटा या चिपचिपा होता है - पानी बनाम शहद सोचें)। कुछ रियोमीटर हैं जो तरल पदार्थ में डूबे हुए कंपन प्रणाली की प्रतिक्रिया को मापकर तरल पदार्थों की चिपचिपाहट को माप सकते हैं। इस कम लागत वाली रियोमीटर परियोजना में, हमने विभिन्न आवृत्तियों पर प्रतिक्रिया को मापने के लिए एक स्पीकर से जुड़े एक क्षेत्र और वसंत से एक कंपन प्रणाली बनाई। इस प्रतिक्रिया वक्र से, आप द्रव की चिपचिपाहट पा सकते हैं।

आपूर्ति:

सामग्री की जरूरत:

हाउसिंग असेंबली:

• कण बोर्ड (11 '' डब्ल्यू x 9 '' एच) (यहां) $1.19
• 12 x 8-32 x 3/4 '' हेक्स हेड स्क्रू (यहां) $9.24 कुल
• 12 x 8-32 हेक्स नट (यहां) $8.39
• 4 x 6-32 x ½ '' हेक्स हेड स्क्रू (यहां) $9.95
• 4 x 6-32 हेक्स नट (यहां) $5.12
• 9/64'' एलन की (यहां) $5.37

इलेक्ट्रॉनिक्स:

• 12 वी बिजली की आपूर्ति (यहां) $6.99
• एम्पलीफायर (यहां) $10.99
• ऑक्स केबल (यहां) $7.54
• जम्पर वायर (नीचे देखें)
• मगरमच्छ क्लिप्स (यहां) $5.19
• अध्यक्ष (यहां) $4.25
• स्क्रू ड्राइवर (यहां) $5.99

स्प्रिंग एंड स्फीयर सेट अप:

• 3D प्रिंटर राल (चर)
• 2 एक्स एक्सेलेरोमीटर (हमने इनका इस्तेमाल किया) $29.90
• 10 x महिला-पुरुष इंद्रधनुष केबल (यहां) $4.67
• 12 x पुरुष-पुरुष इंद्रधनुष केबल (यहां) $3.95
• Arduino Uno (यहां) $23.00
• यूएसबी 2.0 केबल टाइप ए टू बी (यहां) $3.95
• ब्रेड बोर्ड (यहाँ) $2.55
• संपीड़न स्प्रिंग्स (हमने इनका इस्तेमाल किया) ??
• 2 एक्स कस्टम कनेक्टर (3 डी प्रिंटेड)
• 2 x ''-16 हेक्स नट (यहां) $1.18
• 4 x 8-32 सेट स्क्रू (यहां) $6.32
• 4 x ''-20 हेक्स नट (एल्यूमीनियम) (यहां) $0.64
• 2 x ''-20'' थ्रेडेड रॉड (एल्यूमीनियम) (यहां) $11.40
• 7/64 '' एलन की
• 5/64'' एलन की
• 4 x 5x2mm 3/16''x1/8'' स्क्रू (यहां) $8.69

अन्य

• प्लास्टिक कप (यहां) $6.99
• चिपचिपाहट का परीक्षण करने के लिए तरल (हमने करो सिरप, वनस्पति ग्लिसरीन, हर्षे के चॉकलेट सिरप का परीक्षण किया)

कुल लागत: $183.45*

*3D प्रिंटर राल या तरल शामिल नहीं है

उपकरण

• लेजर कटर
• थ्री डी प्रिण्टर

सॉफ्टवेयर की जरूरत

• मतलब
• अरुडिनो

फ़ाइलें और कोड:

• हाउसिंग असेंबली के लिए Adobe Illustrator फ़ाइल (Rheometer_Housing.ai)
• स्पीकर कंट्रोलर GUI (ENGN1735_2735_Vibrations_Lab_GUI_v2.mlapp)
• Arduino रियोमीटर फ़ाइल (rheometer_project.ino)
• क्षेत्र जाल फ़ाइलें (cor_0.9cmbody.stl और cor_1.5cmbody.stl)
• कस्टम कनेक्टर ASCII ज्यामिति फ़ाइल (Connector_File.step)
• MATLAB कोड 1 (ff_two_signal.m)
• MATLAB कोड 2 (accelprocessor_foruser.m)
• MATLAB कोड 3 (rheometer_foruser.m)

चरण 1: भाग 1: सेट अप

प्रायोगिक प्लेटफॉर्म कैसे सेटअप करें।

चरण 2: 3डी प्रिंट और लेजर कट सभी भागों (कस्टम कनेक्टर, क्षेत्रों और आवास)

चरण 3: इलेक्ट्रॉनिक्स को नीचे दिखाए अनुसार कनेक्ट करें

नोट करने के लिए महत्वपूर्ण: जब तक इस खंड के सभी चरण पूरे नहीं हो जाते, तब तक बिजली की आपूर्ति को आउटलेट में प्लग न करें! कोई भी परिवर्तन करते समय बिजली की आपूर्ति को हमेशा अनप्लग करें।

शुरू करने के लिए, सुनिश्चित करें कि एम्पलीफायर को दूर की ओर घुंडी के साथ रखा गया है। एलीगेटर क्लिप और जम्पर तारों को एम्पलीफायर के बाएँ-नीचे हाथ के टर्मिनलों से कनेक्ट करें। एम्पलीफायर पर पावर कॉर्ड और उसके जम्पर वायर को बाएं-ऊपरी हाथ के टर्मिनलों से संलग्न करें। वायर पिन को सुरक्षित करने के लिए टर्मिनल कनेक्शन के सिरों पर स्क्रू डाउन करें। सुनिश्चित करें कि सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनल amp पर टर्मिनलों के साथ ठीक से पंक्तिबद्ध हैं और स्पीकर को एलीगेटर क्लिप क्लिप करें। सुनिश्चित करें कि ये दोनों क्लिप संपर्क में न आएं।

चरण 4: जीयूआई सेट अप

अब जब इलेक्ट्रॉनिक्स सेट हो गए हैं, तो हम GUI का परीक्षण कर सकते हैं जो हमें स्पीकर को चलाने और हमारे तरल पदार्थ में डूबे हुए वाइब्रेटिंग सिस्टम बनाने की अनुमति देगा। स्पीकर को हमारे कंप्यूटर में ऑडियो आउटपुट सिस्टम द्वारा नियंत्रित किया जाएगा। MATLAB और ऊपर शामिल GUI कोड डाउनलोड करके प्रारंभ करें। नोट: एलईडी लाइट्स सेटिंग्स हैं जिनका उपयोग नहीं किया जाएगा और उन्हें अनदेखा किया जाना चाहिए।

एक बार जब आप MATLAB खोल लेते हैं, तो कमांड विंडो, "info = audiodevinfo" पर निम्नलिखित चलाएँ और 'आउटपुट' विकल्प पर डबल क्लिक करें। बाहरी हेडफ़ोन/स्पीकर विकल्प के लिए आईडी नंबर खोजें। यह आपकी मशीन के आधार पर "स्पीकर / हेडफ़ोन …" या "बाहरी …" या "अंतर्निहित आउटपुट …" जैसा कुछ होगा। इस आईडी नंबर पर "बाहरी स्पीकर आईडी" सेट करें।

अब परीक्षण करते हैं कि हमारा सिस्टम सही तरीके से स्थापित है। अपने कंप्यूटर का वॉल्यूम पूरी तरह से कम करें। अपने कंप्यूटर से ऑडियो केबल को अनप्लग करें और इसके बजाय हेडफ़ोन के एक सेट में प्लग करें हम GUI के लिए शेकर को सिग्नल भेजने के लिए कनेक्शन का परीक्षण करेंगे। पाठ क्षेत्र में ड्राइविंग आवृत्ति के रूप में 60 हर्ट्ज दर्ज करें जैसा कि नीचे दिखाया गया है। (यह फ़ील्ड 150 हर्ट्ज़ तक के मान स्वीकार करती है)। यह आपके सेट अप के लिए ज़बरदस्ती आवृत्ति है। फिर, ड्राइविंग आयाम को लगभग ०.०५ के मान तक स्लाइड करें । फिर, अपने हेडफ़ोन को सिग्नल भेजने के लिए "सिस्टम चालू करें" बटन दबाएं। यह आपके हेडफ़ोन के किसी एक चैनल (बाएं या दाएं) को ट्रिगर करेगा। अपने कंप्यूटर का वॉल्यूम तब तक बढ़ाएं जब तक कोई आवाज न सुनाई दे। एक बार श्रव्य स्वर सुनाई देने पर "टर्न ऑफ सिस्टम" को हिट करें और सुनिश्चित करें कि ध्वनि बजना बंद हो जाए। चलने के दौरान अपने सिस्टम की आवृत्ति या ड्राइविंग आयाम बदलने के लिए, "सेटिंग्स रीफ्रेश करें" बटन दबाएं।

चरण 5: वाइब्रेटिंग मास असेंबली बनाएं

अब हम वाइब्रेटिंग मास सिस्टम को इकट्ठा करना शुरू करेंगे जिसे हम अपने तरल पदार्थ में डुबो देंगे। इस चरण में एक्सेलेरोमीटर पर ध्यान न दें और गोले, कनेक्टर्स, हेक्स नट और स्प्रिंग को असेंबल करने पर ध्यान दें। प्रत्येक कस्टम कनेक्टर में सेट स्क्रू और 5/64 '' एलन की के साथ एक स्टील हेक्स नट सुरक्षित करें। इनमें से एक को एल्युमिनियम हेक्स नट और एल्युमिनियम थ्रेडेड रॉड के साथ गोले से कनेक्ट करें। ऊपर दिखाए अनुसार दोनों को मिलाएं। अंत में, दूसरे थ्रेडेड रॉड को शीर्ष कनेक्टर में स्क्रू करें और आंशिक रूप से एल्यूमीनियम हेक्स नट पर स्क्रू करें।

चरण 6: एक्सेलेरोमीटर और अरुडिनो जोड़ें

ऊपर दिए गए आरेख का उपयोग करते हुए, आर्डिनो को एक्सेलेरोमीटर से कनेक्ट करें। लंबी इंद्रधनुषी केबल बनाने के लिए, पुरुष-पुरुष तारों का उपयोग करें (आरेख में सफेद, ग्रे, बैंगनी, नीले और काले रंग में चित्रित) और उन्हें महिला-पुरुष तारों (लाल, पीले, नारंगी, हरे, और) से कनेक्ट करें। भूरा)। दूसरा सिरा एक्सेलेरोमीटर से कनेक्ट होगा। सुनिश्चित करें कि "GND" (ग्राउंड) और "VCC" (3.3 वोल्ट) एक्सेलेरोमीटर पोर्ट ब्रेडबोर्ड से मेल खाते हैं और "X" पोर्ट Arduino में A0 और A3 पोर्ट से मेल खाते हैं।

5x3mm 3/16'x1/8'' स्क्रू का उपयोग करके अंतिम एक्सेलेरोमीटर को वाइब्रेटिंग मास असेंबली में संलग्न करें। Arduino कोड के काम करने के लिए आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि TOP एक्सेलेरोमीटर A0 से जुड़ा है और BOTTOM एक्सेलेरोमीटर A3 से जुड़ा है।

Arduino को स्वयं सेट करने के लिए, पहले अपने कंप्यूटर पर arduino सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। USB 2.0 केबल का उपयोग करके Arduino को अपने कंप्यूटर में प्लग करें। प्रदान की गई फ़ाइल को खोलें या इसे एक नई फ़ाइल में कॉपी और पेस्ट करें। शीर्ष बार में टूल पर नेविगेट करें और Arduino Uno का चयन करने के लिए "बोर्ड:" पर होवर करें। एक नीचे, "पोर्ट" पर होवर करें और Arduino Uno चुनें।

चरण 7: अंतिम प्रणाली सेट करें

सेट-अप का अंतिम चरण -- सभी को एक साथ रखना! स्पीकर से एलीगेटर क्लिप को हटाकर शुरू करें और स्पीकर को 6-32 x ½ '' हेक्स हेड स्क्रू, 6-32 हेक्स नट और 9/64 '' एलन की के साथ हाउसिंग असेंबली के शीर्ष पर स्क्रू करें। इसके बाद, वाइब्रेटिंग मास असेंबली (एक्सेलेरोमीटर के साथ) को स्पीकर में स्क्रू करें। सर्वोत्तम परिणाम के लिए, हम एक्सेलेरोमीटर के तारों को उलझने से बचाने के लिए स्पीकर को मोड़ने की सलाह देते हैं। एल्यूमीनियम हेक्स नट के साथ स्पीकर को द्रव्यमान को कस लें।

अंत में, हाउसिंग असेंबली के तीन किनारों को शीर्ष पर रखें। 8-32 x 3/4 '' हेक्स हेड स्क्रू और 8-32 हेक्स नट्स का उपयोग करके हाउसिंग असेंबली को सुरक्षित करें। अंत में, घड़ियाल क्लिप को स्पीकर से दोबारा जोड़ें। आप परीक्षण शुरू करने के लिए तैयार हैं!

अपनी पसंद का तरल पदार्थ चुनें और अपने प्लास्टिक के कप को तब तक भरें जब तक कि गोला पूरी तरह से डूब न जाए। आप नहीं चाहते हैं कि गोला आंशिक रूप से जलमग्न हो, लेकिन यह भी सावधान रहें कि गोले को इतनी दूर तक न डुबोएं कि द्रव एल्यूमीनियम हेक्स नट को छू ले।

चरण 8: भाग 2: प्रयोग चलाना

अब जब हमने अपनी असेंबली पूरी कर ली है, तो हम अपना डेटा रिकॉर्ड कर सकते हैं। आप एक निर्धारित ड्राइविंग आयाम पर 15 - 75 हर्ट्ज के बीच आवृत्तियों के माध्यम से स्वीप करेंगे। हम 5 हर्ट्ज की वृद्धि की अनुशंसा करते हैं, लेकिन अधिक सटीक परिणामों के लिए इसे बदला जा सकता है। Arduino स्पीकर (टॉप एक्सेलेरोमीटर) और स्फेयर (बॉटम एक्सेलेरोमीटर) दोनों के त्वरण को रिकॉर्ड करेगा जिसे आप एक csv फ़ाइल में रिकॉर्ड करेंगे। प्रदान किया गया MATLAB कोड 1 और 2 अलग-अलग कॉलम के रूप में csv मानों में पढ़ा जाएगा, सिग्नल को डी-शोर करने के लिए दो-सिग्नल फूरियर ट्रांसफॉर्म करें, और ऊपर और नीचे एक्सेलेरोमीटर के परिणामी आयाम अनुपात का प्रिंट आउट लें। MATLAB कोड 3 इन आयाम अनुपातों और प्रारंभिक अनुमानित चिपचिपाहट को स्वीकार करेगा और प्रयोगात्मक और गणना अनुपात बनाम आवृत्तियों की साजिश करेगा। अपनी अनुमानित चिपचिपाहट को बदलकर और प्रयोगात्मक डेटा के साथ इस अनुमान की तुलना करके, आप अपने तरल पदार्थ की चिपचिपाहट निर्धारित करने में सक्षम होंगे।

MATLAB कोड की गहन व्याख्या के लिए, संलग्न तकनीकी दस्तावेज देखें।

चरण 9: CSV में डेटा रिकॉर्ड करना

डेटा रिकॉर्ड करना शुरू करने के लिए, पहले सुनिश्चित करें कि आपका सेटअप भाग 1 में वर्णित अनुसार पूरा हो गया है। सुनिश्चित करें कि एम्पलीफायर को पावर आउटलेट में प्लग किया गया है। ऊपरी दाएं कोने में "अपलोड करें" बटन पर क्लिक करके अपना Arduino कोड अपने डिवाइस पर अपलोड करें। एक बार यह सफलतापूर्वक अपलोड हो जाने के बाद, "टूल्स" पर नेविगेट करें और "सीरियल मॉनिटर" चुनें। सुनिश्चित करें कि जब आप सीरियल मॉनिटर या सीरियल प्लॉटर खोलते हैं तो बॉड नंबर कोड (115200) में बॉड नंबर के बराबर होता है। आप देखेंगे कि डेटा के दो कॉलम जेनरेट हो रहे हैं जो टॉप और बॉटम एक्सेलेरोमीटर रीडिंग हैं।

MATLAB GUI खोलें और अपने प्रयोग के लिए एक ड्राइविंग आयाम चुनें (हमने 0.08 एम्पीयर और 0.16 एम्पीयर का उपयोग किया)। आप 15 - 75 हर्ट्ज आवृत्तियों के माध्यम से स्वीप करेंगे, प्रत्येक 5 हर्ट्ज (डेटा के कुल 13 सेट) डेटा रिकॉर्ड करेंगे। ड्राइविंग आवृत्ति को 15 हर्ट्ज पर सेट करके प्रारंभ करें और "सिस्टम चालू करें" दबाकर सिस्टम चालू करें। यह आपके स्पीकर को चालू कर देगा, जिससे गोला ऊपर और नीचे कंपन करने के लिए सेट हो जाएगा। अपने Arduino सीरियल मॉनिटर पर वापस जाएं और ताजा डेटा एकत्र करना शुरू करने के लिए "क्लियर आउटपुट" दबाएं। इसे लगभग 6 सेकंड तक चलने दें, और फिर अपने कंप्यूटर से Arduino को अनप्लग करें। सीरियल मॉनिटर रिकॉर्डिंग बंद कर देगा, जिससे आप एक सीएसवी फ़ाइल में लगभग 4, 500-5, 000 डेटा प्रविष्टियों को मैन्युअल रूप से कॉपी और पेस्ट कर सकते हैं। डेटा के दो कॉलम को दो अलग-अलग कॉलम (कॉलम 1 और 2) में विभाजित करें। इस csv का नाम "15hz.csv" रखें।

अपने Arduino को वापस अपने कंप्यूटर में प्लग करें (पोर्ट को रीसेट करना सुनिश्चित करें) और 20 Hz, 25 Hz, … 75Hz आवृत्तियों के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ, CSV फ़ाइलों के लिए नामकरण परंपरा का पालन करना सुनिश्चित करें। MATLAB द्वारा इन फ़ाइलों को कैसे पढ़ा जाता है, इस बारे में अधिक जानकारी के लिए तकनीकी दस्तावेज़ देखें।

यदि आप फ़्रीक्वेंसी स्वीप पर आयाम अनुपात परिवर्तनों का निरीक्षण करना चाहते हैं, तो आप अतिरिक्त रूप से इस अंतर को देखने के लिए Arduino Serial Plotter का उपयोग कर सकते हैं।

चरण 10: अपने डेटा को MATLAB कोड के साथ संसाधित करें

एक बार सीएसवी फाइलों के रूप में प्रयोगात्मक डेटा प्राप्त हो जाने के बाद, अगला कदम डेटा को संसाधित करने के लिए हमारे प्रदत्त कोड का उपयोग करना है। कोड का उपयोग करने के बारे में विस्तृत निर्देशों के लिए और अंतर्निहित गणित की व्याख्या के लिए, हमारा तकनीकी दस्तावेज देखें। लक्ष्य शीर्ष और निचले एक्सेलेरोमीटर के लिए त्वरण के आयाम को प्राप्त करना है, फिर नीचे के आयाम के शीर्ष आयाम के अनुपात की गणना करना है। इस अनुपात की गणना प्रत्येक ड्राइविंग आवृत्ति के लिए की जाती है। अनुपात तब ड्राइविंग आवृत्ति के एक समारोह के रूप में प्लॉट किए जाते हैं।

एक बार जब यह प्लॉट प्राप्त हो जाता है, तो कोड का एक और सेट (तकनीकी दस्तावेज में फिर से विस्तृत) तरल चिपचिपाहट निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है। इस कोड के लिए उपयोगकर्ता को चिपचिपाहट के लिए प्रारंभिक अनुमान इनपुट करने की आवश्यकता होती है, और यह आवश्यक है कि यह प्रारंभिक अनुमान वास्तविक चिपचिपाहट से कम हो, इसलिए बहुत कम चिपचिपाहट का अनुमान लगाना सुनिश्चित करें अन्यथा कोड ठीक से काम नहीं करेगा। एक बार जब कोड को एक चिपचिपापन मिल जाता है जो प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाता है, तो यह नीचे दिखाए गए की तरह एक प्लॉट उत्पन्न करेगा और अंतिम चिपचिपाहट मान दिखाएगा। प्रयोग पूरा करने पर बधाई!

चरण 11: फ़ाइलें

वैकल्पिक रूप से:

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