Débitmètre d'air résidentiel

Outils et machines nécessaires

Fer à souder (générique)

À propos de ce projet

Contexte

Nous avons été chargés de créer un débitmètre d'air qui pourrait être utilisé dans un cadre résidentiel. Malheureusement, dans l'industrie CVC d'aujourd'hui, les seuls dispositifs de détection de débit d'air sur le marché sont destinés aux systèmes conçus pour des applications industrielles. Les appareils actuellement utilisés pour calculer le débit d'air dans les registres de taille industrielle sont soit trop gros pour les registres résidentiels, soit ne sont pas en mesure de calculer le débit d'air en raison des sorties de débit d'air plus petites d'un système CVC résidentiel.

Comment ça marche

Pour générer un signal à partir du flux d'air, nous avons utilisé un anémomètre à coupelle pour capter l'air. Nous avons fabriqué des pales personnalisées imprimées en 3D à l'aide d'Autodesk Inventor pour optimiser les performances des pales de ventilateur en capturant l'air. Nous avons également imprimé en 3D un boîtier pour y placer l'anémomètre.

Pour lire le signal émis par l'anémomètre, un capteur de tension a été choisi. Le signal du capteur devait également être amplifié afin d'avoir une lecture plus précise sur le capteur de tension. L'amplificateur prend la tension de sortie de l'anémomètre et l'amplifie d'un facteur 10. Ce facteur peut être augmenté ou diminué entre 1,5 et 1000 fois en fonction de la tension d'entrée.

Un Arduino Uno a été utilisé pour lire le signal analogique du capteur de tension et contrôler ce qui était présenté sur l'écran LCD. Pour ce problème spécifique, nous voulions la vitesse du vent en CFM, nous l'avons donc affichée telle quelle à l'écran.

La construction

Électronique

La première étape de la construction consiste à commencer par l'anémomètre. Vous trouverez ci-dessous quelques photos de l'appareil.

Regardez l'image intitulée « Vue de dessus de l'anémomètre ». Le point où les lames se connectent à l'anémomètre est en forme de L et très mince. Cela ne résistera pas très bien aux vitesses élevées, c'est donc ici que nous avons conçu de nouvelles lames. Ce que nous voulions, c'est des lames plus épaisses et une conception de poignée plus robuste. Le but des pales plus grandes était de réduire l'entrefer en section transversale entre la pale et le boîtier (où le ventilateur s'asseoir), ce qui augmenterait à son tour la quantité d'air captée par la pelle et la tension produite par le moteur. Vous trouverez ci-dessous des photos de l'endroit où les lames se fixent à l'anémomètre.

Vous pensez peut-être, cela fera-t-il une grande différence? C'est une excellente question. Pour répondre à cela, nous avons effectué des tests d'analyse des contraintes dans Autodesk Inventor pour voir que la nouvelle conception est beaucoup plus robuste. L'image ci-dessous montre les résultats.

Nous pouvons voir que les nouvelles lames sont beaucoup plus efficaces à haute vitesse. Les fichiers STL pour les lames sont joints dans la section des fichiers. NE PAS FIXER ENCORE LES NOUVELLES LAMES.

Ensuite, nous devons placer l'anémomètre modifié dans l'unité de logement. Les fichiers STL du logement se trouvent dans la section fichiers. Sans lames dans l'anémomètre, faites glisser l'anémomètre vers le haut à travers le trou au bas du boîtier. Gorille au fond de l'anémomètre à deux minces cercles de bois (de Hobby Lobby). Percez 4 petits trous à travers les cercles et à travers le boîtier en plastique ABS. Un trou sera pour passer le fil à travers, les trois autres seront pour les vis. L'image ci-dessous montre à quoi cela ressemblera.

Ensuite, nous devons câbler l'anémomètre à l'amplificateur. Ci-dessous, une photo de l'amplificateur.

*Notez que tous les fils attachés à l'amplificateur sont mâle à mâle

Prenez deux fils mâle à mâle, les couleurs n'ont pas d'importance, mais je les appellerai par les couleurs que nous avons utilisées dans notre projet. Soudez un fil rouge au cercle +S à droite. Soudez l'autre extrémité au fil rouge venant de l'anémomètre. Soudez un fil noir au cercle -S à droite. Soudez l'autre extrémité au fil jaune venant de l'anémomètre. L'ajout de ruban isolant fonctionne également bien pour les maintenir en place.

Ensuite, nous devons câbler l'amplificateur à une alimentation par batterie. Soudez un fil jaune au GND sur le côté droit. Soudez l'autre extrémité au fil noir provenant d'un connecteur de batterie. Soudez un fil blanc au cercle Vln sur le côté droit. Soudez l'autre extrémité au fil rouge provenant d'un connecteur de batterie.

Ensuite, nous devons câbler l'amplificateur au capteur de tension. Soudez un fil bleu au GND sur l'amplificateur l'autre extrémité au VCC sur le capteur de tension. Soudez un fil vert au Vout sur l'amplificateur l'autre extrémité à GND sur le capteur de tension.

Nous allons maintenant câbler le capteur de tension à l'Arduino et terminer le câblage. Le schéma de câblage dans la section des schémas montre comment câbler cette partie.

Touches finales

Les parties les plus difficiles sont faites ! Maintenant que tout est câblé, nous pouvons régler l'électronique sur le débitmètre. Utilisez un morceau de panneau de mousse pour le plafond du haut du boîtier du ventilateur. Nous avons utilisé de la colle de gorille pour le maintenir en place. Vous pouvez ensuite placer l'électronique sur le panneau en mousse et utiliser plus de panneau en mousse pour enfermer l'électronique. Dans les images ci-dessous, vous pouvez voir comment la mousse a été utilisée pour enfermer l'électronique.

De plus, des trous ont été découpés dans la mousse pour permettre à l'Arduino et à l'amplificateur d'accéder à leurs sources d'alimentation respectives par batterie 9V. Cela peut être vu dans l'image ci-dessous.

Ensuite, nous allons construire l'entonnoir. Nous avons utilisé du PVC pour les planches de l'entonnoir. Il y avait 4 planches en forme de trapèze. Pour relier les planches les unes aux autres, nous avons utilisé de la colle de gorille et du calfeutrage. La même méthode a été utilisée pour connecter l'entonnoir au boîtier du ventilateur. À la grande extrémité de l'entonnoir, un coupe-froid a été placé autour du périmètre. Cela a été fait pour créer un joint lorsque l'entonnoir est pressé contre un évent. La section transversale de la grande extrémité de l'entonnoir est de 14'' sur 14''. L'image ci-dessous montre une vue de face de l'entonnoir.

Calibrage

Une fois tout construit, nous avons calibré notre débitmètre. Nous l'avons testé avec un appareil qui connaissait le débit d'air exact. Notre premier code affichait la tension lue par le capteur sur l'écran LCD. Nous avons ensuite utilisé ces données collectées pour créer des équations afin que l'écran LCD affiche CFM. Les données ci-dessous montrent comment nous l'avons calibré.

Sur le graphique, vous pouvez voir deux courbes, le débit d'air initial et le débit d'air réel. Ils sont différents car lorsque nous descendons l'air, la vitesse diminuera légèrement. Ici, nous utiliserons la meilleure équation d'ajustement pour le flux d'air réel,

y =1,1409x^2 + 44,958x, dans notre code arduino. Le code sera divisé en trois parties, les zones avec des vitesses de vent nulles, des vitesses de vent petites à moyennes et des vitesses de vent élevées. Vous pourriez utiliser l'équation la mieux adaptée ci-dessus pour modéliser toute la vitesse du vent de l'écoulement, mais nous avons trouvé une meilleure équation pour modéliser la plage petite à moyenne. Les plages seront représentées par les équations suivantes :

Grand CFM :

y =1,1409x^2 + 44,958x

CFM moyen à faible

y =40x +20

Zéro CFM :

y =0

Vous pouvez trouver le code dans la section suivante.

Une fois que vous avez téléchargé le code sur l'Arduino, vous avez terminé le débitmètre !

Calibrage ça Vous-même (Facultatif)

Supposons donc que vous vouliez le calibrer vous-même. Peut-être que vous voulez que votre débit d'air soit mesuré en m/s ou mph. Ici, nous allons vous guider à travers les étapes pour le calibrer.

Étape 1 :Trouvez d'abord un moyen de trouver le débit réel.

Le moyen le moins cher de le faire est d'acheter un anémomètre en magasin. En voici un qui fonctionnerait. Anémomètre

Étape 2 :placez l'anémomètre devant un ventilateur qui a différents réglages de vitesse. Le ventilateur pourrait être un comme celui montré dans l'image ci-dessous.

Étape 3 :Enregistrez la vitesse du vent de l'anémomètre à chaque réglage différent.

Étape 4 :Le débitmètre doit lire la tension de sortie du ventilateur. Pour ce faire, téléchargez le code intitulé « Code du capteur de tension » sur l'Arduino.

Étape 5 :Maintenant que vous avez la tension de lecture du débitmètre, enregistrez la tension à chaque réglage de vitesse de ventilateur différent.

Étape 6 :Utilisez Excel pour créer un nuage de points de « Vitesse du vent en fonction de la tension ».

Étape 7 :Utilisez la fonction de ligne de tendance pour trouver une équation qui modélise avec précision la « vitesse du vent par rapport à la tension ».

Étape 8 :Si vous pensez que votre ligne de tendance n'est pas très linéaire, vous pouvez trouver une équation distincte pour les parties inférieure et supérieure du graphique.

Étape 9 :Vous pouvez maintenant substituer vos équations à mes équations dans le « Code du débitmètre ». Une fois que vous avez téléchargé le code sur l'Arduino, vous êtes prêt !

Code

• Code du débitmètre
• Code du capteur de tension
• Code du capteur de tension

Code du débitmètreC/C++

Schémas