Датчики плотности дистиллята для автоматизации

[Rudy 332]

Так вроде все уже сделал. Есть простая железка с элементарной схемой из которой торчат два термодатчика (можно один) и сигнал частоты. Конструкцию еще можно почистить, но это уже мелочи.

Ссылки

1. Начало

2. Продолжение

3. Результаты

4. Конструкция

5. Схема и фото

 

Все остальное делается в проце, а ардуинщиков тут хватает. Вот только частоту нужно измерять правильно, чтобы за секунду получать точность 0.01 Гц, но это делается несложно, могу подсказать если кто возьмется.

 

Я посмотрел на данные. Уже сейчас можно получить точность по крепости порядка процента просто прокалибровав прибор по воздуху, воде, и спирту примерно 5 концентраций в нужном диапазоне температур (порядка 5 точек) и далее работать по полученной таблице.

 

Но я пока не до конца разобрался с данными, еще покручу их. Возможно удастся упростить калибровку оставив только воздух и воду в паре температурных точек.

 

Т.е. прибор проходит начальную калибровку, а затем, периодически подстраивается по двум точкам - воздуху и воде (температура произвольная).

 

Что еще осталось непроверенным - влияние давления. Оно не слишком велико, но это нужно проверить. Т.е. прибор можно использовать и под вакуумом сделав небольшие коррекции, но не знаю насколько это нужно.

Изменено 27 февраля 2017 пользователем Rudy

[POLE 728]

 

 

прибор можно использовать и под вакуумом сделав небольшие коррекции, но не знаю насколько это нужно.

очень нужно для ВД с укреплением, если полностью автоматизировать процесс. В частности переключение емкостей на момент отсечения голов (40-70% в струе) и остановка процесса (10% в струе). С отсечением голов отдельный вопрос - ИМХО точнее кондуктометр или датчик проводимости.

Некоторые (скептики-теоретики) скажут, что можно переключать по температуре в кубе или по температуре паров в дефлегматоре. Не соглашусь, тк есть:

- рабочие режимы ВД со стабилизированной температурой в кубе http://forum.grainwine.info/index.php/topic/616-vakuumnaja-distilljacija/?p=223570;

- инерция системы между температурой паров и потоком дистиллята;

- эффект снижения температуры паров в дефлегматоре;

- высокая чувствительность процесса по отношению к колебаниям давления (резкое ускорение или остановка потока дистиллята).

 

Что касается

 

осталось непроверенным - влияние давления

, то тут может быть проблема усиления жесткости трубок в вакууме.

[Rudy 332]

Эта конструкция будет нормально работать и в вакууме. Т.е. ее можно поместить и прямо в вакуум, и отставить на воздухе пропуская жидкость из вакуумного объема. Просто возможно несколько изменится калибровка (нестрашно, подкорректируешь) и в подводящие трубки прийдется вставить пружинки.

[POLE 728]

ее можно поместить и прямо в вакуум

так будет работать.

 

 

отставить на воздухе пропуская жидкость из вакуумного объема

а так возможно придется что-то "подкручивать".

Только я в твоей конструкции мало что понимаю. Повторить точно не смогу (не электронщик).

Изменено 27 февраля 2017 пользователем POLE

[Rudy 332]

Нет, ничего "подкручивать" не нужно. Просто показания могут несколько отличаться от калибровочных. Например будет давать 38%об вместо 40. Просто запишешь на бумажке и будешь знать.

 

Единственное, что следует аккуратно обеспечить - это отутствие пузырей в жидкости, но это несложно.

 

В конструкции или в схеме? Схему тебе любой электронщик спаяет даже спросонок, вот с первым запуском возможно прийдется немного повозится - проверить, что схема работает вообще и, возможно, поменять местами выводы катушки возбуждения.

[Bogdanov_Alexey 4]

трубку d4мм заметил на своем кулинарном термометре   подставил к магниту магнитится  не известна толщина стенки

[fatt 116]

[b][member=Rudy][/b], Подозрения на лисапед нет? https://www.youtube.com/watch?v=G3omX_Xm1dk

[Rudy 332]

Не понял, что ты имел ввиду. Принцип стандартный, но это расходомер а не плотномер. Хотя и как плотномер мог бы использоваться тоже.

[fatt 116]

а не плотномер

Ну это и то и другое. Разница в частоте - плотность, фазовый сдвиг и плотность - расход. Принцип тот же . Решение с двумя трубками и шлангой ИМХО из конвы выбивается.

Изменено 2 марта 2017 пользователем fatt

[Rudy 332]

Неа, как раз все нормальные плотномеры именно двухтрубные, а не однотрубные (из трубчатых). Проблема в том, что фланцы однотрубного всегда колеблются и подключение сильно влияет на все параметры. А в двухтрубчатых колебания противофазны и колебания фланцев нет (ну почти), поэтому подключение влияет в разы меньше.

 

Я бы сделал однотрубный с массивным основанием и гибким подключением будь у меня возможность делать нормальное железо, но увы..

А система возбуждения будет работать в обоих вариантах.

[fatt 116]

Репу почесал - беру слова в зад. В натуре пох - если расход (фазу) не мерять и петля не очень актуальна, в большей степени - традиция, а так и ровные делают.

 

 

P/S/ вот так ниче ролик с разными вариантами

Изменено 2 марта 2017 пользователем fatt

[Rudy 332]

Ну вот, долго-долго думал и решил сделать маленький датчик полотности. Нашел жеванный обломок никелевой трубки 50 мм длиной и сделал из него датчик - вроде получилось неплохо. Резонансные свойства конечно намного хуже чем у длинного датчика (раз в 5), но, возможно, это связано с тем, что трубка жеваная и даже отожженная с одного конца.

 

Поигрался с сенсором колебаний. Самый простой вариант - стандартный электретный микрофон с усилителем. Работает отлично, но как-то мне не очень понравился. Сделал емкостной сенсор - ВЧ генератор на 1 транзисторе с выпрямителем и опер усилителя. Он мне понравился больше, выходной сигнал порядка 300 мВ. На нем и остановился.

 

Потом захотелось посмотреть точность, всякие уходы и т.п. Работать  с частотомером - неудобно, все приходится считать ручками. Нашел завалявшуюся отладочную плату TE-STM32F207, купил дисплейчик Nokia5110 (кстати понравился и стоит меньше 300 руб), спаял клаву из кнопок, подцепил термометр DS18B20 и получился вот такой пьяный ежик.

Набросал прогу, запихнув в нее все нужные куски из калькулятора самогонщика (плотность от крепости и температуры и всякие мелочи).

 

В целом получилось неплохо. Погрешность определения плотности болтается в районе 0.2%, соответственно погрешность крепости - порядка 1%. Точнее посмотреть не могу, у меня ареометр 1%.

По температуре не гонял, но, с учетом наличия термометра (ставится на корпус датчика) сильно она не ухудшится в разумном диапазоне температур.

 

Дальше нужно делать хорошую механику корпуса (тут есть вопросы), искать трубку (диаметр 2 мм, длина 50-60 мм, толшина стенки <0.1 мм, никель (лучше) или нержа), отработать способ ее закрепления. Думаю, что это повысит точность в 2-3 раза. Но не знаю дойдут ли руки до этого. Поэтому выкладываю промежуточный результат, а там видно будет.

 

 

 

[capsolo 658]

[member=Rudy], Олег коробочку могу тебе распечатать на 3д принтере если моделку 3д сваяешь или чертежи накидаешь, а к устройству схемку бы...загадкой для меня являются две платки в нижнем левом углу.

[Rudy 332]

Тут до коробочки еще далековато.

 

Под корпусом я подразумевал корпус самого датчика - а это прямоугольник с отверстиями из стали-3. В зависимости от возможностей механики трубка в него просто впаивается или ставится с дополнительным натяжением.

 

Ну а потом нужно будет подобрать комплектуху, развести и спаять платы, и только потом настанет очередь корпуса.

 

Да и еще подумать над аккумулятором, и его зарядкой.

 

Самая левая - это и есть датчик плотности (колеблющаяся трубка), а на нем закреплена плата емкостного датчика колебаний. ВЧ генератор на 1 транзисторе, электрод рядом с трубкой, сигнал выпрямляется и через опер усилителя идет на другую плату. При изменении расстояния между трубкой и электродом меняется коэффициент передачи ВЧ и, после выпрямления, получаем сигнал пропорциональный отклонению трубки. Этот сигнал усиливается опером и идет на плату электроники. Там он усиливается и подается на трансформатор возбуждения (в корпусе датчика плотности) который и раскачивает трубку.

 

Вторая плата - это электроника датчика, два сдвоенных опера и транзистор. Это просто усилитель, потом усилитель-ограничитель и транзистор для формирования логического сигнала для частотомера проца. Сигнал возбуждения на датчик подается прямо с выхода второго опера через маленький транс (стоит в корпусе датчика).

Изменено 27 июня 2017 пользователем Rudy

[capsolo 658]

Понятно....

[Rudy 332]

Собственно датчик устроен примерно так - DensSens.pdf

 

Вторичной обмоткой транса является трубка датчика. Соответственно в трубке возбуждается ток в 100 раз (число витков первички транса) больший выходного тока опера. Этот ток и качает трубку в поле магнитов.

Изменено 27 июня 2017 пользователем Rudy

[capsolo 658]

[member=Rudy], соответственно вхолостую она качается с одной частотой, а в водно-спиртовой смеси частота уменьшается пропорционально плотности?

[Rudy 332]

Не совсем пропорционально, там квадратичная зависимость, но да.

 

Пустая трубка имеет резонанс на частоте 8.45 кГц, заполненная водой - на 6.8 кГц (примерно). Водноспиртовая смесь - в промежутке.

Изменено 28 июня 2017 пользователем Rudy

[Rudy 332]

Срисовал схемы. Платы паялись "на лету", так что схемы примерные.

 

Это датчик колебаний

 

А это вся остальная электроника (на 2-ой плате)

Изменено 29 июня 2017 пользователем Rudy

[Rudy 332]

Сподобился прогнать плотномер по температуре и ввести соответствующую коррекцию в проце. В результате в диапазоне 15...35*С погрешность стала намного меньше - порядка 0.1 % по плотности. За пределами этой зоны (смотрел 0...45*С) погрешность растет в 2-3 раза. Можно и ее скорректировать, но там заметная нелинейность и для точного измерения нужен нормальный термостат.

Изменено 3 июля 2017 пользователем Rudy

[olegmak3 67]

Олег, привет!

Планируешь использовать только STM32F207 ?

Под мелкую ардуинку возможен вариант?

Уж больно у STM32F207 ценник не гуманный...

И еще...

Для датчика пойдет такая же трубка ,как я тебе передавал?

[Rudy 332]

Привет!

 

Да нет, просто нашел платку завалявшуюся, потому и взял.

 

В принципе годится почти любой проц, нужно-то немного - стандартный дисплей (SPI или I2C), клава (просто 6 ног, можно обойтись и 4-мя), UART (для датчика температуры) и пара таймеров, один из которых умеет считать частоту сигнала на ноге проца.

 

Но вот насчет именно ардуинки - немного сомнительно, при ее тупом подходе трудно правильно запрограммировать таймеры, тут нужно аккуратно, с прерываниями и приоритетами, а стандартные либы ардуинки такого не позволяют.

 

Но на выбор проца это не влияет - ардуинка это же просто программные кубики, никто не мешает написать нормальную прогу на тот же проц.

 

А вот трубка нужна другая - не 4, а 2 мм (стенка <0.1), иначе не сделать компактно. Зато можно даже сталь, нержу, латунь и т.п.

Никель лучше из-за его магнитности - поле магнитов усиливает и проще раскачать. И еще одно соображение - температурные коэффициенты расширения трубки и корпуса (сталь3 - должен быть хорошо магнитным) должны быть как можно ближе. Поэтому неплохо подходит пара никель-сталь3. И еще жесткость никеля выше чем у стали и температурная зависимость жесткости (модуля Юнга) меньше.

 

Но я возможно знаю где найти еще кусок такой же трубки, вот только когда туда выберусь непонятно.

 

А на счет негуманности ценника - тоже вопрос. Подобная компактная игрушка у буржуев стоит не менее тонны баксов (+накрутка), наша настольная - порядка 200 тыр деревянных. У китайцев подобной не нашел - только погружные. Я пока потратил на все про все меньше одного тыра  (не считая времени и стоимости имеющегося старого хлама) и в рассыпухе работает и кажет нормальный результаты. И собрать это в нормальную (пусть и не слишком компактную) коробку и запитать от USB или пары батареек проблемы не составит.

 

А если запускать в производство, то ориентировочная себестоимость будет порядка 30 тыр. Но это очень грубая оценка, зависит от многого.

Изменено 8 июля 2017 пользователем Rudy

[fatt 116]

 

 

А если запускать в производство

ИМХО неблагодарное занятие. Процедура калибровки (увы, регулярное занятие) юзерам не понравится

[capsolo 658]

[member=Rudy], новички с деньгами и за 30 и за 40 купят. У меня есть попугай от Уссатой Твари Валяется уже много лет. Нет надобности. По Т в квалификационных участках в зависимости от техпроцесса все ясно. Изменено 19 июля 2017 пользователем capsolo

[Rudy 332]

ИМХО неблагодарное занятие. Процедура калибровки (увы, регулярное занятие) юзерам не понравится

Неблагодарное это точно.

 

Как раз сейчас и занимаюсь тем, что гоняю и смотрю насколько плывут калибровки. Правда это сильно зависит от механики, а она у меня на винтиках собрана, а не из цельного куска. Но пока результаты обнадеживаюшие, не буду пока их приводить - после прогонки выложу.

 

А вот калибровка по воде меня удивила, не знал, что из моего крана течет такое - разница между дистиллятом и кипяченой водой - более 1%.

Изменено 21 июля 2017 пользователем Rudy