So erstellen Sie einen genauen Luftstromsensor mit Arduino für weniger als 20 € COVID-19-Beatmungsgerät - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

In diesem Bericht finden Sie das neueste Design dieses Düsendurchflusssensors:

Diese Anleitung zeigt, wie man einen Luftdurchflusssensor mit einem kostengünstigen Differenzdrucksensor und leicht verfügbaren Materialien baut. Das Design ist für einen Durchflusssensor vom Düsentyp vorgesehen, die Düse (in unserem Fall eine Unterlegscheibe) stellt eine Einschränkung dar und wir können den Durchfluss berechnen, indem wir die Druckdifferenz über die Düse messen.

Ursprünglich haben wir diesen Sensor für unser Projekt namens OpenVent-Bristol entwickelt und gebaut, bei dem es sich um ein Open-Source-Design eines schnell hergestellten Beatmungsgeräts zur Behandlung von COVID-19 handelt. Dieser Sensor kann jedoch in nahezu jeder Anwendung zur Erfassung des Luftstroms verwendet werden.

Diese erste Version unseres Designs wird vollständig aus handelsüblichen Teilen hergestellt, es ist kein 3D-Druck oder Laserschneiden erforderlich.

Die beigefügte Zeichnung zeigt eine Querschnittszeichnung der Konstruktion. Es besteht ganz einfach aus 2 Rohrlängen mit einer dazwischen geklebten Unterlegscheibe, die den Differenzdruck über der Öffnung misst, um die Durchflussmenge zu berechnen.

Genießen!! und geben Sie uns einen Kommentar, wenn Sie Ihre eigenen machen.

Schritt 1: Teile kaufen

Dies sind die Teile, die Sie benötigen:

• 2x 15 cm lange PVC-Sanitärrohre mit 22 mm Außendurchmesser
• 1x Metallscheibe ID 5.5mm AD ca. 20mm (zwischen 19.5-22mm ist in Ordnung)

• Ein Differenzdrucksensor (ca. £ 10). Wir haben einen MPX5010DP verwendet, aber Sie können einen anderen auswählen, der den Drücken in Ihrem System entspricht. Einige Beispielgeschäfte, die diese Sensoren verkaufen, sind unten aufgeführt:

  • uk.rs-online.com/web/p/druck-sensors/71…
  • www.digikey.co.uk/product-detail/en/nxp-us…
  • www.mouser.co.uk/ProductDetail/NXP-Semicon…
• Auf eine Länge von ca. 20 mm geschnittener Druckhahnschlauch: Jeder starre Schlauch mit 2 mm Außendurchmesser sollte geeignet sein, z. B. ein Messingschlauch. Aus Verzweiflung habe ich die Sprühdüse aus einer WD-40 Dose benutzt, es hat funktioniert aber der Sekundenkleber hat nicht so toll geklebt
• Sekundenkleber
• Silikon-/PVC-Schlauch zum Anschluss an die Druckanschlüsse des Drucksensors. 2-3 mm ID sollten in Ordnung sein. Möglicherweise benötigen Sie einen kleinen Kabelbinder, wenn Ihr Schlauch überdimensioniert ist.

Möglicherweise möchten Sie 1 oder 2 Sanitäranschlüsse kaufen, wenn Sie die Durchflusssensor-Rohrleitung auf ein anderes 22-mm-Rohr montieren möchten:

Hinweis: Die gewählten Materialien entsprechen nicht den Vorschriften für Medizinprodukte, insbesondere PVC.

Schritt 2: Rohrleitungsrohr schneiden

Schneiden Sie 2 Längen vom Sanitärrohr ab. Wir haben eine Länge von 15 cm verwendet, aber es kann auch etwas kürzer funktionieren. Ich habe die Schnitte mit einer Gehrungssäge gemacht, da es wichtig ist, einen schönen quadratischen Schnitt zu erhalten. Verwenden Sie Sandpapier, um alle Grate zu glätten

Schritt 3: Sanitärrohre montieren

• Kleben Sie Ihre Unterlegscheibe mit Sekundenkleber auf das Ende einer Tube, stellen Sie sicher, dass die Unterlegscheibe konzentrisch mit der Tube ist, und stellen Sie sicher, dass eine durchgehende Klebstoffraupe um den Umfang der Unterlegscheibe herum aufgetragen wird, um sicherzustellen, dass kein Luftdruck austritt.
• Dann das andere Rohrstück mit Sekundenkleber auf die andere Seite der Unterlegscheibe kleben. Achten Sie auch hier darauf, dass Sie rundherum kleben, damit keine Luft austritt

Schritt 4: Druckhähne hinzufügen

1. Bohren Sie 2 Löcher in den Abständen von der Unterlegscheibe gemäß dem beigefügten Bild
2. Schieben Sie die 2 mm OD-Stäbe in die Löcher und stellen Sie sicher, dass sie fest sitzen (mein Rohr war 2,2 OD, aber mein Bohrer war 2 mm, also wackelte ich nur ein wenig mit dem Bohrer, bis das Rohr fest passte)
3. Kleben Sie das Rohr mit Sekundenkleber in das Loch und stellen Sie sicher, dass es rundum versiegelt ist
4. Wickeln Sie Isolierband um Ihren Druckhahn, bis der Silikonschlauch schön fest sitzt

Schritt 5: Testen und kalibrieren

Verbinden Sie den Drucksensor mit Ihrem Arduino und verbinden Sie die Druckanschlüsse mit den Anschlüssen des Drucksensors. Stellen Sie sicher, dass der physische analoge Pin des Sensors mit dem Pin der Software übereinstimmt.

Testen Sie es mit dem beigefügten Code. Beachten Sie, dass die folgenden Bibliotheken benötigt werden:

• Wire.h
• und Sensirion_SFM3000_arduino (diese Bibliothek ist für einen anderen Sensor, aber ich habe einige Änderungen in meinem Code vorgenommen, um dies zu berücksichtigen)

Idealerweise möchten Sie Ihren Sensor kalibrieren, wir haben einen Sensirion SFM3300 verwendet, der in Reihe mit dem selbstgebauten Sensor geschaltet ist. Anschlüsse für das SFM3300 sind:

• Vcc - 5V
• Masse - Masse
• SDA - A4
• SCL - A5

Idealerweise sollte Ihre Luftquelle für den Kalibrierungstest einen konstanten Durchfluss liefern und regelbar sein, um einen kontrollierten Durchfluss von Durchflussraten zu erzielen. Wir verwendeten eine Luftbettpumpe, die gehackt wurde, um über einen elektronischen gebürsteten DC-Geschwindigkeitsregler angetrieben zu werden, der mit einem Potentiometer gesteuert wird. Wenn Sie ein DC-Netzteil haben, funktioniert das auch gut.

Der Code kann nicht nur den Druck und den Durchfluss von unserem Sensor lesen, sondern auch vom Sensirion SFM3300 über i2c lesen, den Sensor, den wir für die Kalibrierung verwendet haben. Sie müssen den Code entsprechend anpassen, wenn Sie einen anderen haben Kalibrierungssensor. (Ziemlich erstaunlicherweise lieferte der DIY-Sensor stabilere und konsistentere Messwerte als der SFM3300)

Die erste Version des Codes verwendet eine kalibrierte Nachschlagetabelle, um Durchflussmesswerte auszugeben. Wir haben das gemacht von

• Protokollierung des Drucks über einen vollständigen Sweep von unserer Luftquelle (als.csv-Datei)
• Übernahme der Daten in Excel
• Durchlaufen einer Gleichung, um die Durchflussmenge zu berechnen
• Erstellen Sie dann eine durch Kommas getrennte Nachschlagetabelle, die in ein Arduino-Integer-Array kopiert / eingefügt wurde

Das Excel-Dokument mit Gleichung wird gespeichert…

Die zweite Version des Codes verwendet aus folgenden Gründen eine Gleichung im Code:

• um die Temperatur zu berücksichtigen (die sich auf die Durchflusswerte auswirkt)
• um eine Änderung der Downstream-Verengung zu berücksichtigen, wird dies mit einem separaten Downstream-Drucksensor erfasst

Schritt 6: Richtige Option für die Janky-Kalibrierungsmethode

Wenn Sie keinen handelsüblichen Durchflusssensor haben, um ihn mit einem Sensirion SFM3300 zu kalibrieren, dann ist dies eine Möglichkeit, eine SUPER grobe Vorstellung von der Durchflussleistung zu erhalten. Dies funktioniert jedoch nur mit einer Hochdruck-Flowquelle (sogar die Luftbettpumpe kann Schwierigkeiten haben, einen Ballon aufzublasen) und funktioniert nur, wenn Sie Ihre Luftzufuhr wiederholt ein- und ausschalten können

• Bringen Sie einen Ballon am Ausgang des Systems an und messen Sie den Durchmesser, auf den er bei jedem Aufblasen aufgepumpt wird
• Füllen Sie einen Messbecher mit Wasser (vielleicht etwa zur Hälfte)
• Füllen Sie Ihren Ballon auf denselben Durchmesser auf, tauchen Sie ihn dann vollständig in Ihren Wasserkrug und zeichnen Sie den Unterschied im Wasserstand vor und nach dem Einführen des Ballons auf
• Als nächstes müssen Sie das Volumen pro Ballonaufblasen in Ihrem Code messen. Dies geschieht durch Integration des Flusses über die Zeit. Ich kann Ihnen dafür keinen genauen Code geben, da er je nach Ihrer Flow-Quelle und wie Ihr Code einen Start und Stopp des Flows erkennt, unterschiedlich sein muss, aber ich habe eine Funktion in einer Textdatei angehängt, die ausgibt Volumen, Sie müssen ihm nur mitteilen, wann die Berechnung des Volumens beginnen und stoppen soll (dh für unseren Test war dies zu Beginn und zum Ende jedes Atemzugs), dies wird der Funktion über die boolesche Variable namens "breathStatus" angezeigt. Denken Sie daran, die Flussrate in ml/s an diese Funktion zu übergeben, wenn Sie sie aufrufen.

Schritt 7: In Ihr System integrieren

Schließen Sie es an Ihr Setup an, was auch immer es sein mag, und genießen Sie die Messung der Durchflussrate für unter £ 15:)

Anbei ein Beispielbild einiger Flows, Drücke und Volumina aus unserer Beatmungsanwendung.

Gerade Verbindungsstücke für Rohrleitungen eignen sich hervorragend, um diesen Sensor mit einem anderen 22-mm-OD-Rohr zu verbinden.