Датчики плотности дистиллята для автоматизации

[POLE]

[b][member=Zapal][/b], кто может сказать ерундой или нет? Пока до конца не дойдешь по разным вариантам не оценишь, что лучше.

У меня нет такого опыта. Может схемку накидаешь. А я попробую подобрать цифровые комплектующие. Может чего и получится.

[Zapal]

Собери  по схеме с тремя транзисторами..  ( разумеется на современной электронной базе) .. 

http://www.diagram.com.ua/list/beginner/beginner285.shtml

 

там очень подробное и толковое описание, разберешься..

 

тебе понадобится в отличие от громоздкой рамки металлоискалеля (первого индуктивного контура) - сделать все катушки на маленьких ферритах..  это очень упрощает задачу.. 

 

Чувствительный элемент будет - конденсатор с изменяемой емкостью, в качестве датчика..  

 

Я собирал такую схему лет 30 назад,   находила гаечку на М6 - на глубине 10 см..

[POLE]

Опробовал на ВД с укреплением аналоговый датчик плотности (поплавки - http://forum.grainwine.info/index.php/topic/1196-datchiki-plotnosti-distilljata-dlja-avtomatizaci/?p=181515 )

Есть положительный и отрицательный моменты. Поплавки всплывают и четко отрабатывают по крепости (40 или 10 %) дистиллята если температура дистиллята 20 гр С. Как настраивал так и всплывают замыкая герконы. А дальше включаются реле и пр. что нужно для автоматизации.

Но к концу погона на моем аппарате (не термостабилизированном охлаждении конденсатора) температура дистиллята растет. И чем  быстрее гонишь (с малым флегмовым числом) тем больше рост температуры (с 20 до 24 гр С). Соответственно изменяется плотность дистиллята и поплавки всплывают с большой погрешностью.

[b][member=m16][/b],правильно говорил по термостабилизацию.

Вывод - если использовать данный датчик плотности, то необходимо четко стабилизировать температуру дистиллята на 20 гр С (+/- 1 гр). По видимому нужен дополнительный холодильник с автоматической регулировкой потока холодной воды. Конструкционно не сложно, но сдерживает один недостаток данного датчика - невозможность корректировки уставки по плотности для автоматического регулирования. Хотя на отработанном режиме и сырье этот датчик будет работать как часы.

Полагаю, что нужно попробовать другие конструкции датчиков плотности.

[POLE]

[b][member=makh][/b], посмотри плз своим опытным взглядом.

Кое что нарыл. https://ru.aliexpress.com/item/GY-MS5803-01BA-high-precision-fluid-liquid-gas-pressure-altitude-sensor-module-waterproof-type/32783899230.html?spm=2114.41010308.4.46.fqfezq
http://www.ebay.com/itm/MS5803-01BA-Liquid-Gas-Pressure-Sensor-Breakout-Module-Board-for-Arduino-I2C-SPI-/152294891138?hash=item23757b9e82:g:upUAAOSwn7JYEMvZ
http://www.mouser.com/ds/2/261/MS5803-01BA-471544.pdf
 

[makh]

[member=POLE], приветствую.
 
Не совсем понимаю, как предлагаешь им попользоваться?

[POLE]

Примерно так.

Только правильно ли я рассуждаю?

По даташит приемлемый рабочий диапазон от 700 до 1100 мбар. Получается, что нужно устанавливать датчик в герметичную камеру с мембраной при атм давлении. При вакуумировании в камере создается противодавление примерно в 900 мбар.(противодавление можно создать любое)
Высота столба дистиллята в 50 см дает рабочий диапазон давления на датчике 851(столб воды)-861(столб спирта 94%). Дельта в 10 мбар отрабатывает диапазон 0-94% плотности. Resolution RMS дает 0.027 мбар(на OSR 1024), т.е.  изменения во втором знаке после запятой. Значит можно получить стабильные данные по плотности с разрешением в 1% без учета влияния мембраны.

Можно по такой схеме подобрать другой датчик. Мне не совсем ясно с какой точностью (до какого знака) проценты плотности можно будет увидеть на экране компа исходя из данных цифровых датчиков.

[makh]

Я, наверное, присоединюсь к соображениям, высказнным m16 на ХД по этому поводу.

Мутный элемент мембрана, с полтыка ни разу не понятно как можно сделать красиво и правильно.

Вообще датчик хороший -- альтиметр с разрешением 10 см можно наваять, если правду пишут. В качестве барометрического самое то.

 

А с каким разрешением хочется получить объемные проценты на выходе? Надо ли оно более единицы?

[POLE]

А с каким разрешением хочется получить объемные проценты на выходе? Надо ли оно более единицы?

да мембрана как пример. Просто цифропопугаи непонятны. ИМХО нужно чтобы показывало на графике до второго знака после запятой. Ну или хот бы до первого знака (88,8%). Начитавшись про кондуметрический датчик Руди есть смутные догадки, что когда на ВД идут головы меняется их плотность. По опыту фракции голов и подголовников четко отходят. Даже лучше чем при атмосферной дистилляции. Увидеть  изменения плотности на стеклянном спиртометре не получится. Хотя может и заблуждаюсь.

Температурные кривые не информативны во время отбора голов (красная кривая на графике), потому что головы отбираю покапельно без укрепления.

[Bogdanov_Alexey]

привет всем тема может и не в тему           когда учился в в/у авиации     изучали высотомеры    там были мембраны из берилевой бронзы  может обратить внимание на принцип работы оноих         но и тогда они были на учете так как  не темнеют     пр как золото

[Bogdanov_Alexey]

makh       223й  крутанул твою идею на HD стр30  давольно не плохо получилось      мир дому     как бы все до реалий собрать

[POLE]

[b][member=Bogdanov_Alexey][/b], бериллиевая бронза вещь редкостная и токсичная.

[POLE]

Продолжаю пробовать разные методы для определения плотности дистиллята в потоке.

Сегодня собрал простую ячейку (рис) по типу психрометра Ассмана на дифференциальной термопаре (ХК) и измерил изменения температуры в двух точках: погружение в дистиллят и в зоне испарения дистиллята (на сетке частично погруженной в дистиллят).

Цель - изменение содержания спирта (по испаряемости) в дистилляте фиксируются прибором по показаниям дифференциальной термопары.

Пришлось повозиться с количеством нерж сетки, чтобы добиться стабильных показаний. Датчик очень чувствительный.

Результат по усредненным показаниям: дистиллят 94% - 21,9 гр С, 40% - 20.9 гр С, 10% 20,3 гр С.

Вывод: данный метод применим для непрерывного измерения плотности дистиллята в потоке. Необходимо сконструировать ячейку датчика в "проточном" исполнении и подключить дифтермопару (или пару далласовских датчиков) к Ардуино с выводом данных на экран компа.

Изменено 16 января, 2017 пользователем POLE

[makh]

94% - 21,9 гр С, 40% - 20.9 гр С, 10% 20,3 гр С.

Т.е. на диапазон 84% об. приходится 1.6 цельсия, т.е. ~0.02 цельсия на 1% об. Даллас разрешение ~0.06 цельсия. Грубоватый, но вполне себе показометр.

[POLE]

Т.е. на диапазон 84% об. приходится 1.6 цельсия, т.е. ~0.02 цельсия на 1% об. Даллас разрешение ~0.06 цельсия. Грубоватый, но вполне себе показометр.

Думаю даллас покажет лучше. У меня показывает на MP707 до 4 знака с шагом в 0,00125.  Подкупает простота, нет необходимости привязывать к температуре (используется разница температур) и "цифровая" проработанность. С ячейкой придется повозиться, чтобы стабильное испарение было.

[makh]

чтобы стабильное испарение было

Вентилятором подуть маааленьким?

[POLE]

[b][member=makh][/b], полагаю, что в вакууме не нужно откачивать. Само пойдет. В атмосферном давлении можно малый вентилятор от компа (40х40мм) прикрепить и стабильное питание подать..

[POLE]

Нашел на просторах интернета интересную платку для контроля уровня по емкости. Возможно этот вариант подойдет к опыту [member=Zapal] .

https://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ru&ie=UTF8&prev=_t&rurl=translate.google.ru&sl=en&sp=nmt4&tl=ru&u=https://www.protocentral.com/gasliquid/1082-fdc1004-capacitance-converter-breakout-board-0642078949616.html&usg=ALkJrhjQnKPwgV63iXpxgRk5esf2Trzz6A

[Bogdanov_Alexey]

по поводу датчиков температуры    давно где то читал на просторах HD что более точные ADT7410  на витой паре

[makh]

ADT7410

 

Ну как бы да, разрешение выше, в диапазоне 80-100 цельсиев ровно себя ведут. Но с ними не так просто, как с далласом -- только четыре штуки на одной шине, если в гильзу засовывать, то 6 мм внутренним диаметром. Ну и шум во втором-третьем знаке после точки ровнять.

 

[Rudy]

Ну вот, наконец сделал следующий шаг к денситометру. Первый - тут.

olegmak3 подкинул мне тонкостенные никелевые трубки диаметром 4 мм. Собрал почти старую конструкцию, но длину резонансной части увеличил до 120 мм - просто не стал резать трубки, поставил как есть. Конструкцию скину позже, изменения небольшие.
 
Для упрощения повторения, катушки взял от дохлых люминесцентных ламп. Их нужно разобрать или просто пропилить наружные щечки на нужный зазор. Они разбираются легко, простым нагревом феном с Т=200*С. Склеены только наружные щечки, внутри - зазор.  Наружные щечки следует немного укоротить для увеличения зазора. Получилось кривовато, но первый блин...

Катушки перемотал, на одной (датчик положения) намотал примерно1500 витков проводом 0.07, на второй (качалка) - примерно 300 витков проводом 0.12.
 
Со схемой провозился дольше. Сигнал с датчика оказался меньше, пришлось увеличить коэффициент усиления. Но при этом схема начала заводиться из-за связи между катушками. Немного раздвинул их - помогло, но проблему не решило. Развернул катушку качалки перпендикулярно катушке датчика - все заработало идеально.
 
Параметры первого варианта (магниты на трубках)
Полоса механического резонанса порядка 3.5 Гц
Частоты генерации:
1. Пустая трубка - 1373.4 Гц
2. Вода - 1135.6 Гц
3. Спирт 96%об - 1172.82 Гц
Разность частот спирт-вода = 36 Гц
 
Параметры этого варианта
Полоса механического резонанса порядка 2-2.5 Гц (лениво было аккуратно промерять)
Частоты генерации:
1. Пустая трубка - 1.5463 кГц
2. Вода - 1.1991 кГц
3. Спирт 96%об - 1.2449 кГц
Разность частот спирт-вода = 45.8 Гц
 
Стало заметно лучше, правда рассчитывал на большее. Балластная масса трубки резко снизилась, ширина резонанса упала весьма заметно + разность спирт-вода выросла. Т.е. результирующая точность должна возрасти в 1.5-2 раза.

 

Стабильность частоты неплохая, даже при издевательствах над конструкцией уход частоты порядка 0.5 Гц. Но потом соберу правильно, тогда, надеюсь уход не превисит 1-2 десятых. Но тут еще и температуру нужно смотреть.
 
Теперь буду навешивать датчики температуры, и искать и прогать какой-нибудь проц, чтобы читал DS18B20 и частоту точно и быстро измерял. А потом буду гонять по температуре - благо GrOV одолжил на время перистальтический насос. Методику уже продумал.

 

Но это займет изрядное время.

Изменено 12 февраля, 2017 пользователем Rudy

[POLE]

Отчитываюсь о первой пробе ячейки плотномера на датчике диф давления (аналоговом).

 

Сделал ячейку с тремя чашками испарителями, добавил Ардуину. Огромное спасибо коллеге [member=makh], за скетч для ардуино и соф, что пишет графики на компе.
Ячейка на видео в ней 4 далласовских термодатчика, что на компе выводят  графики температур и дельты температур между всеми дачиками. + датчик диф давления MPXV7002 (аналоговый) с которого данные выводятся на комп. Датчик диф давления измеряет разницу между столбом воды и столбом дистиллята (модельного спирт-водн раствора) в U-образнике.
В итоге все пишется. При изменении крепости раствора меняется показания давления (нелинейно ест-нно) и изменяется дельта температур (пики по разным датчикам).

На сухую показывает циферки такой разрядности - примерно 36,82. После заполнения ячейки показывало близко к нулю. Потом при заливке растворов с разной крепостью стало выдавать повышение давления (рисунки) аж за 1198,12 единиц по воде (как бы разница между отдельным столбом воды и столбом воды в U-образнике). Оно как бы показывает зависимость давления от крепости (нелинейную как и должно быть). И термодатчики отрабатывают дельты.  
Но пока рано говорить о нормальной работе. Нужно ячейку конструктивно доработать чуток для дальнейших экспериментов.
https://youtu.be/zOEHDqsFkRU

Изменено 13 февраля, 2017 пользователем POLE

[POLE]

Небольшое продолжение эксперимента. Суть измерял показания датчика диф давления.

Uобразная петля, по которой прокачивается модельный раствор с изменяемой крепостью и отдельный столб воды.

 Плюсовая камера подключена к столбу воды, минусовая камера подключена к нижней точке U-образной петли (давят два столба дистиллята, один нисходящий, второй восходящий. Столбы это ПВХ трубки ф6мм внутр длиной 57 см каждый.

Плюсовая камера показывает давление стационарного водного столба в 57 см.
Минусовая камера показывает давление двух столбов дистиллята в 57 см кажд (восходящего и нисходящего).
Результаты на картинках. 2,5 кПа "растянуты" до 2500 единиц (на графике).
Выводы

1. При сухом датчике (столбы не заполнены) "шуба" давления скачет в пределах +/- 2,5 единицы (что неплохо)
2.  Показания давления разнятся при включенной и выключенной подаче (перистальтический насос). Похоже что из-за снижения давления в восходящем столбе при движении раствора.
При изменении концентрации раствора почему-то уходим в минусовые показания. Вероятно из-за частичного заполнения подводящих трубок к датчику давления (в начале эксперимента они были пустые, после эксперимента обе заполнены на 1,5 см).

 

 

Разность частот спирт-вода = 45.8 Гц

а эту разницу возможно растянуть в 100,00 с приемлемой погрешностью?

Изменено 14 февраля, 2017 пользователем POLE

[Rudy]

а эту разницу возможно растянуть в 100,00 с приемлемой погрешностью?

Ессно можно. При этом точность измерения крепости будет, судя по всему, лучше 1%. Но нужно еще влияние температуры уточнить и, соответственно, скорректировать.

 

 

При изменении концентрации раствора почему-то уходим в минусовые показания. Вероятно из-за частичного заполнения подводящих трубок к датчику давления (в начале эксперимента они были пустые, после эксперимента обе заполнены на 1,5 см).

Именно. Для точного измерения датчик разности давлений нужно подключать к низу заполненных раствором трубок не допуская столба воды (т.е. строго горизонтально). Основная проблема - не хочется погружать датчик в жидкость, но и изолировать их сложно, а стандартные датчики без изоляции ставить страшновато.

Изменено 14 февраля, 2017 пользователем Rudy

[POLE]

 

 

Основная проблема - не хочется погружать датчик в жидкость, но и изолировать их сложно, а стандартные датчики без изоляции ставить страшновато

решить нужно эту проблему. Подумаем)))

[POLE]

Итоги экспериментов с датчиком дифференциального давления.

Пробовал разные схемы (U-образник и проточная с пережимом внизу).

Выводы:

Метод рабочий, те измерять плотность дистиллята в протоке с помощью датчика давления возможно.

Датчик давления может быть любым - абсолютным с максимально возможным разрешением, либо дифференциальный. Основное требование конструктивное исполнение, позволяющее столбу дистиллята давить напрямую на сенсор (без капилляров).

Столб дистиллята должен быть постоянным вне зависимости от расхода дистиллята.

Показания датчика давления должны корректироваться по температуре, а потом "спрямляться" (пересчетом) по полиному.

Из возможных технических (компонентных) решений связка в виде:

датчик давления MD-ps002-150kpa

электронный модуль hx711 (24 bit)

АрдуиноUNO R3 ATmega328P/CH340G

софт.

На эскизе примерная конструкция. Можно и по другому организовать стабильный уровень и подключать датчики.

Изменено 22 февраля, 2017 пользователем POLE