Датчики плотности дистиллята для автоматизации

[POLE]

Возможно это в потрохах датчика давления DP 101 https://ru.aliexpress.com/item/Pressure-sensor-MD-PS002-150KPaA-vacuum-sensor-absolute-pressure-sensor-height/1550280360.html
http://www.icstation.com/ps002-150kpaa-vacuum-sensor-absolute-pressure-sensor-p-7069.html?language=en
Дата шит и мануал датчика DP 101 с сайта производителя.

 

Всем добрых дел!
Тема создается для поиска и разработки решений по аналоговым и цифровым датчикам плотности дистиллята с целью автоматизации процесса.
Первая порция сообщений пересена из темы Вакуумная дистилляция http://forum.grainwine.info/index.php/topic/616-vakuumnaja-distilljacija/

 

Начало идеи:
m16, скажу спасибо. Твоя версия по показаниям датчика подтолкнули меня на использование цифрового дифференциального датчика давления для определения плотности дистиллята. Набросал эскиз.
Суть - по мере повышения плотности дистиллята поплавок понижает объем камеры. Датчик изменяет показания.
Пока думаю про подводные камни и воплощение.

ds_63120_2801_en_dp100.pdf

mn_63120_2801_en_dp100.pdf

[makh]

Набросал эскиз

 

А не вышло бы померять давление создаваемое столбом воды/спирта известной высоты в тонкой трубке минимального объема?

 

[POLE]

[b][member=makh][/b], может быть, но какова должна быть длина трубки? Дистиллят изменяет плотность на 0,2 г/куб см (от 0,798 до 0,998). При диаметре трубки меньше 3 мм возрастает влияние капиллярного эффекта. Он будет мешать измерениям.

[makh]

Если гугел не врет, 1 метр плотностью 0,798 будет давить 7.82838 КПа, плотностью 0,998 -- 9.79038 КПа. Два КПа диапазон на метре трубки. Не, наверное не оно.

[POLE]

[member=makh], где-то так. Великолепная идея и легко проверяема. Спасибо.

Прикинул такую конструкцию (рисунок). За счет капилляра можно повысить давление в датчике. Пробовать нужно. Подумаем)

[makh]

Посмотрел на сенсоры в диапазоне <1 КПа -- есть такого добра, на самом деле.

Удобно в большой куче можно поковыряться на маусере.

Самый бюджетный MPXV7002DP от NXP за десяточку евро теоретически прокатил бы, в качестве показометра.

Некую реальную цифирь получить подороже железко брать придется.

Изменено 10 декабря, 2016 пользователем makh

[POLE]

[b][member=makh][/b], есть такой. Покупал на Али https://ru.aliexpress.com/item/1-pcs-lot-New-MPXV7002DP-Airspeed-Meter-Breakout-Board-Transducer-APM2-5-Pressure-Sensor/1912971949.html?spm=2114.13010608.0.0.mVbYEp

Проверял шприцем. Отрабатывает вольты как написано. Он уже на платке  и с проводками идет. Если получится, то к нему нужно приделать АЦП и интерфесные причендалы к компу. В этом не силен вообще)))

С ячейкой буду возиться, но наверное только на новогодних отдыхах)

Занимает вопрос  - насколько нужно изменить свободный объем, чтобы от - 90 кПа стало - 88 кПа? Вроде остаточное давление в 11 кПа и остатки воздуха должны сжиматься дистиллятом поднимающимся по капилляру до 13 кПа. Дельта в 2 кПа то что может померить датчик.

[makh]

На платке, судя по всему, обвеска в соответствии с картинкой нумер 2 из AN1646.

Для проверки работоспособности идеи будет достаточно написать для ардуины полтора десятка строчек, типа прочитать АЦП, наверное посчитать некое скользящее среднее по полдесятку сэмплов, и вывести его в серийную линию для увидеть на компе. Будут вопросы -- сделаем, это быстро.

Насчет капилляра, ИМХО, лишнее. Столб жидкости есть, значит и разница в давлении будет. Что в атмосфере, что в откачанной системе. Только надо чтоб один порт имел связь с атмосферой или откачанной системой.

[POLE]

По схемке похоже на то, что это для "стабилизации" питания и сигнала. Могу заблуждаться.

По "подделке" АЦП не скажу. Не мой профиль))

А за капилляр стоит подумать, тк. трубка со столбом выдавливающей жидкости может уравновесится как в сообщающихся сосудах, а сдавить остатки воздуха не сможет, чтобы получить 2кПа и пару вольт с датчика.

Мы же уже договорились, что один порт(минусовый) связан с вакуумом или атмосферой).

[POLE]

После некоторых расчетов и проб получается такая схема.

 

[POLE]

[member=makh], посмотри плз на цифровой датчик диф давления. http://www.mouser.com/ds/2/261/MS4525DO-539991.pdf

и еще http://80.93.56.75/pdf/0/5/8/4/7/05847728.pdf

Очень интересно можно ли как попроще их приспособить на цифровой плотномер.

Изменено 13 декабря, 2016 пользователем POLE

[makh]

[member=POLE], приветствую.

 

Никаких сложностей с подключением упомянутых сенсоров с полтыка не вижу.

На выходе цифра, четырьмя проводками в ардуинку (I2C), на десяток строчек чтение показаний, если готовой библиотеки не найдется.

Второй можно и аналогом попользовать, но некоторое количество обвески требует.

 

Через пару часов почитаю внимательней.

[makh]

По первому рассуждаю вслух.

1PSI = 6.895КПа = 70 cм воды.

АЦП 14 бит выдаст число в диапазоне до 16383.

На самом деле в два раза меньше, ибо дифференциальная версия сенсора будет показывать середину диапазона (8191) при одинаковом давлении на портах.

Отклонения от 8191 в большую или меньшую сторону будет разница между портами.

Т.е. имеем 8191 попугая (13 бит) для работы с водно-спиртовым столбом, цена попугая -- 0.842 Па.

Допустим, высота столба 50 см, 3.91 КПа спирт, 4.9 КПа вода. Интересующая нас разница между спиртом и водой 0.99 Па.

Т.е. можно гордо показать на большом красивом семисегментном индикаторе цифру %об с десятыми.

ИМХО очень даже правильный выбор.

 

По второму в даташите очень мало собственно данных, сопутствующие док-ты поискать да полистать не успел (

[POLE]

[member=makh], спасибо.

Получается, что вполне можно использовать разные датчики давления. Теперь следует точнее определиться с диапазоном изменения давления в зависимости от изменения плотности. Хочу понять как сконструировать ячейку, что бы получить искомый диапазон давлений. И можно ли использовать штатные попугаи, чтобы подключиться капилляром (трубкой с датчиком) к нижней (или еще какой) точке.

Имеем плотность спирта 96,8% (0,798 г/л) 0% (0,998г/л), изменение плотности в 0,2 г/мл.

К примеру для датчика:

1.  MPXV7002DP (ценник - 800 руб на Али) нужно получить дельту давлений от 0 до 2 кПа. По расчетам это около 1 метра высоты столба (без учета капиллярного эффекта).

2. MS 4525 DO -DS5AI001DP (ценник - 2800 руб на Али) нужно получить дельту давлений от 0 до 6,89 кПа. По расчетам получается 3,5 м высоты столба (без учета капиллярного эффекта).

3. SM 5852 003  с нержовыми патрубками (ценник - 2074 руб. на Али) нужно получить дельту давлений от 0 до 2 кПа. По расчетам это около 1 метра высоты столба (без учета капиллярного эффекта).

Если все верно, то мне больше нравится вариант 1 и 3.

Вывод, что если верить расчетам, то штатный попугай использовать не получится. Высота в 1 м вполне приемлема для цифрового плотномера.

Посмотри плз критически на мои выкладки и данные дата шитов. Доберусь до мастерской попробую проделать эксперимент в натуре)))

 

 

 

[member=Uklon], приветствую. Схему установки представляешь? И какие возможности - отдельное помещение или "кухня", наличие холодной воды (ниже 12 гр С)?

Из доп оборудования:

- вак.насос, если нет много "халявной" воды с большим напором (можно использовать дешевый водоструйник);

- дополнительный ресивер;

- мощный холодильник (мин в 2 раза мощнее чем для атмосферной перегонке);

- емкость приема дистиллята (под вакуум);

- вакуумный спиртометр и шлюз (если собираешься отбирать головы);

- обратный клапан;

- электронный датчик вакуума (для управления вкл/выкл насосом).

 

Куб должен быть крепким (не квадратный) как скороварка или кег.

Изменено 14 декабря, 2016 пользователем POLE

[m16]

 

 

По расчетам это около 1 метра высоты столба

и ещё весь столбик термостатировать нужно

[POLE]

и ещё весь столбик термостатировать нужно

Нетрудно обмотать теплоизоляцией. Температура дистиллята больше зависит от температуры воды на охлаждение, чем от температуры воздуха. Примерно 20 гр С держать на ВД можно. Ну и в помещении следует держать около 20 г гр С и ниже, чтобы крепкий дистиллят в трубках не кипел.

Погрешность "заметная" при колебаниях температуры дистиллята от 3-4 гр С. Ниже колебания "терпимы".

[m16]

хотя  спиртуозность S при известной температуре T  легко пересчитывается в приведённую к 20°С полиномом

 

S_{20   =}   S - (0,158850330 + 0,011048403*S - 0,000137384*S^2 + 0,000000303*S^3) * (T - 20)

 

[POLE]

[member=m16], согласен, но не ко мне. Не спец в программных пересчетах  показаний датчиков в зависимости от температуры. От того и к [member=makh] обращаюсь.

Если "просто" работать, то можно табличкой посмотреть.  Понятно что все работают как работают, а готовое цифровое  изделие должно выдавать значение в % с учетом температуры. Но на первом этапе лучше без термокомпенсации разобраться. А на втором можно и ее учесть. Как-то так вырисовывается)

В датчиках давления учитывается термокомпенсация показаний. Можно ли от туда данные вытянуть и использовать мне не ведано(((

Изменено 14 декабря, 2016 пользователем POLE

[makh]

Да, в такой девайс правильно было бы сразу градусник засунуть, температуру водно-спиртового столба мерять и пересчитывать.

 

2. MS 4525 DO -DS5AI001DP ..... По расчетам получается 3,5 м высоты столба (без учета капиллярного эффекта).

 

Э.. ошибочка в расчетах где-то. У него по мануалу измеряемый диапазон 1PSI, т.е. 6.895КПа, т.е. 70 cм воды.

Т.е. в идеале надо бы под него делать девайс какой-то такой высоты, чуть меньше.

 

70 см воды = 6.895  КПа, 70 см спирта = 5.48  КПа, разница = 1.415 КПа.

Разрешение АЦП 13 бит, т.е. 8191 единиц, из которых на интересующий нас диапазон в 1415 Па приходится 1680 попугаев.

60 см воды = 5.874 КПа, 60 см спирта = 4.697 КПа, разница 1.177 КПа, 1398 АЦП-попугаев.

50 см воды = 4.895 КПа, 50 см спирта = 3.914 КПа, разница 0.981 КПа, 1165 попугаев.

 

ИМХО вполне себе разрешение. ИМХО с этим сенсором надо делать 60 см, вколдыривать туда градусник, и выводить цифру %об с десятыми. По идее должно взлететь.

 

[member=POLE], дай знать если соберешься покупать сенсор, тоже куплю.

Изменено 14 декабря, 2016 пользователем makh

[POLE]

[b][member=makh][/b], правильно считаешь.

Я немного не так к расчетам подошел от того и разночтения.

Исходил из того, что если датчик измеряет от 0 до 6,895 кПа, то желательно чтобы перепад обеспечивал этот диапазон.

 

ОК по твоему подходу.

К примеру сначала идет дистиллят 96% (0,798 кг/л). При высоте в 70 см получается давление в 5,48кПа. Потом плотность доходит до 0%(0,998 кг/л) и при высоте в 70 см имеем давление в 6,85кПА. Т.е. показания датчика изменятся на 1,37кПА. Если пишешь, что в АЦП попугаях достаточно будет, то ОК.

 

Есть у меня аналоговый MPXV7002DP с дельтой в 2 кПа. Пока на нем не проверю цифровой брать не буду. Только чем измерять вольты -  тестер пойдет? Врать не будет? По идее должен, но ток мизерный на выходе. Те вольтметры (0-30В), что есть у меня загораются только свыше 9-10 В.

[makh]

[member=POLE], тестер должен померять от нуля до пяти вольт, по идее. Вполне себе бытовой диапазон на самом деле, батарейки и т.д. На попробовать должно получиться.

MPXV7002DP с одинаковым давлением на портах будет показывать 2.5 вольта. При 2 КПа на одном из портов -- что-то вроде 0.25 или 4.75, в зависимости от подключенного порта. В идеале, так сказать.

 

Ардуинка в хозяйстве не водится?

[bigson]

 

 

Только чем измерять вольты -  тестер пойдет?

В этом применении самое то будет...

[POLE]

Продолжение в тему автоматизации.

Для реализации алгоритма нужен спиртометр с двухпоплавковым уровнемером. Поплавки должны быть настроены на всплытие при крепости дистиллята 40 и 10%. Пока девайс в работе.

Сегодня опробовал в "натуре" на модельных растворах работу поплавкового уровнемера, а именно всплытие поплавков, настроенных на плотность 40% и 10%.

Для этого поместил двухпоплавковый уровнемер в цилиндрический диоптр (ячейка).

Когда в ячейке 94% спиртово-водный раствор оба поплавка находятся в нижнем положении, герконы разомкнуты.

В 40% растворе всплыл верхний поплавок и замкнул верхний геркон.

в 10% растворе всплыл нижний поплавок и замкнул нижний геркон. Верхний поплавок остался в верхнем положении.

 

Ячейку можно подключать и апробировать на установке.

Изменено 16 декабря, 2016 пользователем POLE

[POLE]

[member=makh], сделал ячейку - простой U-образник из ПВХ трубки 8х10мм высотой в 70 см как на картинке и подключил датчик MPXV7002DP.

Подал питание в 4,7В и насосиком заливал растворы 94%, 40% и 10%.

Получается, что при пустой ячейке сразу есть напряжение в 2,41 В.

При 94% растворе напряжение дошло до предела в 4,7В на высоте в 31 см. Значит заполненных два колена в сумме 62 см дают максимальное давление для этого датчика (верхний предел).

При 40% растворе напряжение дошло до предела в 4,7В уже на высоте в 27,5 см.

При 10% растворе напряжение дошло до предела в 4,7В уже на высоте в 26,5 см.

Получается что максимальная высота U-образника для этого датчика  - 25 см.

Прикинул, что изменение напряжения в зависимости от крепости (по опытным данным) получается: 4,25В (94%), 4,49В (40%), 4,59В (10%). Получается дельта в 0,35В.

 

Попробуй плз прикинуть, что получится в АЦП попугаях для цифрового датчика MS 4525 DO -DS5AI001DP.

Изменено 16 декабря, 2016 пользователем POLE

[POLE]

Продолжение эксперимента с прототипом ячейки цифрового плотномера.

Собрал ячейку высотой в 25 см на силиконовых трубках с ф5 мм внутренний. Подача спиртоводной смеси перистальтическим насосом. Крепость менялась от 94% до 0%. Датчик дифференциального давления MPXV7002DP установлен внизу U-образной трубки. Порт + давления  подключен к нижней точке U-образной трубки через тройник. К датчику идет спираль в один виток силиконовой трубки 3,2х2,5. Минусовой порт открыт (атмосферное давление). На датчик подается напряжение от трех 1,5В батареек.

При пустой ячейке напряжение на датчике 2,18 В. При полной ячейке со спиртом 94% раствором датчик показывает 4,2 В. При полной ячейке с водой 0% датчик показывает 4,6 В. Получается дельта в 0,4 В при понижении плотности (крепости) с 94 до 0%.

Вывод: изменение плотности с 94 до 0% приводит значимое давления в нижней точке U-образной трубки. Для измерений показаний изменений можно использовать аналоговые и цифровые датчики дифференциального давления.

Изменено 17 декабря, 2016 пользователем POLE