Home > Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Tags:sensoren
Advertisement

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Dit is de laatste Instructable in de serie: Hoe maak en kalibreren een draagbare, nauwkeurige, lage kosten, Open Source Air Particle Counter. De eerste termijn, Hoe maak je een draagbare, nauwkeurige, lage kosten, Open Source Air Particle Counter Build, kan hier worden gevonden. De tweede tranche, Hoe maak je een testkamer Build for Air Particle sensoren, kan hier worden gevonden.

Dit is een project van Rundong Tian , Sarah Sterman, Chris Myers, en Eric Paulos , leden van de Hybrid Ecologies Lab op UC Berkeley.

Om de respons van een laser deeltjesteller karakteriseren, moeten we deeltjes met een bekende grootte te brengen in de testkamer. Door vergelijking van de spanningsrespons (verstrooide lichtintensiteit) van de sensor analoge schakelingen tussen deeltjes van verschillende bekende afmetingen, kunnen we voltage cutoffs halen ongeveer sorteren deeltjes gemeten in de praktijk op grootte. (Een beperking van optische deeltjes tellen is dat de hoeveelheid verstrooid licht hangt niet alleen af ​​van de grootte van het deeltje, maar op de samenstelling, vorm, kleur, en waarbij het deeltje treft de laserstraal. Dit geldt voor de MyPart sensor goed.)

Commercieel verstuivers kunnen produceren druppeltjes nauwkeurige en controleerbare grootten van verschillende vloeistoffen (olie, zout, etc.). Echter, deze instrumenten doorgaans duizenden dollars kosten.

Een goedkoper alternatief voor de grootte van de druppeltjes nauwkeurig regelen verstoven koopt kalibratie deeltjes die zijn vervaardigd volgens een bepaalde grootte. Goedkoper verstuivers kunnen dan gebruikt worden om druppeltjes van een grotere verdeling van grootte te genereren. Wanneer de druppeltjes drogen, zijn we met de kalibratie deeltjes in nominale diameter.

In ons systeem, verspreiden we polystyreen latex (PSL) kralen van 0.5um en 3.0um diameters met behulp van een off the shelf medische vernevelaar. Schone lucht wordt door perslucht passeert door een reeks filters. De vochtigheid van de kamer wordt geregeld met droogmiddel in de kamer.

De volgende instructies zijn voor onze bepaalde opstelling, maar kan gemakkelijk worden aangepast voor uw specifieke toepassing (extra kleppen, filters, deeltjes, etc).

De bouwtijd voor dit systeem, aangezien een bestaande testkamer is een weekend.

Stap 1: High level beschrijving

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

In ons systeem worden deeltjes met een bekende grootte gegenereerd door middel van de volgende stappen:

  1. Perslucht komt van een compressor.
  2. De lucht gaat door een tweetraps filter en regelaar. De lucht is nu schoon en vrij van ambient deeltjes van onbekende grootte.
  3. De test kamer wordt gespoeld met behulp van de schone lucht van stap 2.
  4. Zodra de kamer is schoon (sensoren lees ~ 0), de schone lucht wordt gebruikt om de vernevelaar een waterige oplossing die PSL kralen van een enkele maat vernevelen. De druppels die worden gegenereerd uit de verstuiver een mengsel van zuiver water en PSL kralen bedekt met water.
  5. De lucht / water / PSL kraal mengsel wordt geïnjecteerd in de kamer, waar het water verdampt in de lage vochtige omgeving.
  6. Wanneer het water verdampt, maar de gedroogde korrels PSL van de oorspronkelijke diameter te blijven.

Het is mogelijk dat andere deeltjes dan PSL beads de kamer zal treden. Potentiële bronnen van deze schurkenstaat deeltjes zouden kunnen zijn van onzuiverheden in de gedestilleerd water. Echter, zal de meerderheid van de deeltjes in de kamer worden uit de vernevelde PSL kralen.

Voor de plot hierboven, testten we onze vernevelaar ingesteld door het verstuiven van 2 ml van DI water, 2 ml 3.0um waterige PSL en 2 ml 0.5um waterige PSL. Voordat het verstuiven van elk 2 ml vloeistof, gezuiverd we de kamer met schone perslucht.

Stap 2: Bill of Materials

De volledige wetsvoorstel van de materialen kan worden gevonden hier (het tabblad verstuiven).

Materialen zijn onder meer diverse slangen, connectors, filters / toezichthouders, droogmiddel en medische vernevelaars. De meerderheid van deze delen werden gekocht bij McMaster-Carr, die vele van deze componenten in 10 verpakkingen verkocht. U zult extra's te hebben. Als u kiest voor soortgelijke componenten van elders bron, kunnen de totale kosten gemakkelijk lager zijn.

U vindt er ook een toevoer van perslucht (ofwel een luchtcompressor, of huis lucht), een soort van spuiten / pipetten om te werken met de waterige PSL kralen, en gedestilleerd water nodig hebben.

Gereedschap

  • Boormachine
  • Stap boor (of een ander hulpmiddel om een ​​~ 0,6 inch gat met een diameter voor het schot hulpstukken te maken)
  • Optioneel: CNC Router (voor het maken van een houten tribune voor de verneveling setup)
  • Optioneel: 3D-printer (om af te drukken een eenvoudig te monteren op de vernevelaar in zijn plaats te houden)
  • Optioneel: laser cutter (een tray voor droogmiddel op te bouwen)

bestanden

Alle bestanden op Github

De README.md bevat informatie over het doel van elk bestand.

Stap 3: Montage: De voorbereiding van de pneumatiek

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Sluit de perslucht filter en regelaar. De volgorde is:

(Push to prikkeldraad aan te sluiten) -> (2-traps filter) -> (pipe tepel) -> (drukregelaar) -> (1 / 4in ID prikkeldraad fitting)

1 / 4in NPT moet gaan in een maximum van 0,4 inch. ( Koppeling ) De getande fitting bij de uitgang zal schone lucht leveren hetzij rechtstreeks aan de kamer, of om de vernevelaar. Extra filters kunnen worden geplaatst tussen de drukregelaar en de 2 fasen filtersysteem.

Sluit slang aan de vernevelaar, zodat de verstoven druppeltjes in de kamer kan stromen. De volgorde is:

(Vernevelaar) -> (¾ in ID tube) -> (¾ in ID buis 1 / 2in ID buis prikkeldraad adapter) -> (½ in ID buis)

Een kleine pijpklem wordt gebruikt om de 3 / 4in ID buis hechten aan de vernevelaar. Ik vergat te bestellen de 3 / 4in tot 1 / 2in ID adapter, en bewerkt een snelle adapter van 3 / 4in Delrin dat is bevestigd met een andere pijp klem.

De enige reden waarom we van een 3 / 4in buis een 1 / 2in buis om een ​​flexibele buis die gemakkelijker kunnen worden geleid hebben. Als dit niet nodig is voor je setup, kun je direct vanuit de 3 / 4in buis om een ​​passende schot montage op de kamer. Als u aan de buis diameter nog verder te verlagen, pas op dat het water kan beginnen te condenseren (we aanvankelijk geprobeerd om naar beneden te reduceren tot een 1 / 4in tube en ervaren problemen met water condensatie en verstopping van de lijn).

Stap 4: Montage: Montage van het systeem

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Een soort van de berg is nuttig voor het houden van de pneumatiek. We snijden een houten tribune op een CNC router met een backplate en voeten. Dit bestand is ook opgenomen op de Github repo .

Boor gaten in de achterplaat van de verschillende pneumatische componenten monteren. Het gat locaties zijn niet in het CAD-bestand. We bemeten de achterplaat alle componenten passen, en de componenten geplaatst in de echte wereld om hun locaties voltooien.

Stap 5: Montage: Desiccant Tray

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

Een eenvoudige manier om overtollig vocht te behandelen is om droogmiddel rechtstreeks op te nemen in de kamer.

Droogmiddel werd geplaatst in luchtdoorlatend peulen, die direct onder onze fans werden geplaatst. We vonden dit een eenvoudige set-up werkte heel goed, in staat om luchtvochtigheid dalen van ~ 50% tot ~ 20% en houd het daar. Wanneer vernevelde water in de kamer, zonder droogmiddel de luchtvochtigheid stijgt snel op ~ 70%; met droogmiddel kunnen we het te houden consequent onder de 50%.

Een beperking van deze benadering is dat de PSL beladen lucht direct naar het droogmiddel dat de snelheid waarmee de deeltjesconcentratie vervalt via vasthouden aan het droogmiddel kan toenemen geblazen.

Een meer betrokken methode is om uw eigen diffusie droger te bouwen. We hebben een eerste prototype van een low cost diffusie droger; bestanden zijn opgenomen hier als je zou willen om te experimenteren met het. De eenvoudigere montage droogmiddel in de kamer werkte goed genoeg voor onze doeleinden, en is sneller en goedkoper te bouwen.

materialen:

  • Desiccant
  • 3mm plaatmateriaal (wij gebruikten 'econowood' en snijd het met behulp van een laser cutter)
  • draadstangen
  • noten
  • Elastische, doorlatend weefsel
  • 5 minuten epoxy

We zullen een dienblad met droogmiddel onder de ventilator-array te monteren, met vier afzonderlijke zakjes van droogmiddel, één onder elke fan:

  1. Laser gesneden een montageplaat identiek aan de ventilator montageplaat. Hierdoor wordt de basis van onze droogmiddel lade. Ook sneed de droogmiddel lade bestanden; gooi de interne kringen. Vind al deze bestanden hier , in desiccant_tray.ai.
  2. Zet het frame van het droogmiddel Inbouwbox bovenop de nieuwe ventilator montageplaat. Dit creëert een vak voor het droogmiddel zakjes te passen in.
  3. Met behulp van draadstangen en moeren op, zet de bak ongeveer twee duim onder de fans, de zak naar boven.
  4. Neem twee ellips uitsparingen en meet je elastische stof tegen hen (niet stretch stof). Snijd rechthoekige stukken stof groot genoeg om volledig te bedekken elke ellips. Lijm de stof neer met epoxy langs de rand van elke knipselcirkel en rondom de gehele rand van de ellips. Een goede manier om dit te doen is om de epoxy te mengen in een spuit en gebruik de spuit nauwkeurig doseren is. Laat volledig te genezen, dan weggesneden overtollige stof.
  5. Deze ellipsen past in de zakken van de montage lade. Giet droogmiddel op de stof; zal uitrekken, waardoor een zakje droogmiddel.
  6. Schuif de ellipsen voorzichtig in de zakken van het frame.

Het kan nodig zijn om uit te wijzigen het droogmiddel na elke test, afhankelijk van hoeveel water je gebruikt / hoe lang u de test uit te voeren. Als het begint te draaien groen, te vervangen door vers droogmiddel. U kunt dan bak de gebruikte droogmiddel om het water te verwijderen, volgens richtlijnen van de fabrikant, en opnieuw te gebruiken.

Stap 6: Montage: Het wijzigen van de kamer

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

We moeten inlaten op de kamer zodat de lucht (ofwel vernevelde PSL of schone lucht) te injecteren.

Ten eerste, boor twee gaten in de kamer, zo gelijmd dat het schot fittingen. Bevestig het schot armaturen aan de kamer met het prikkeldraad einde naar buiten gericht. We plaatsten de gaten in het midden van een lange zijde, onder de ventilatoren en droogmiddel papierlade, dat het niet direct blazen op een van onze sensoren. Orings van de geschikte diameter kan worden toegevoegd voor een betere afdichting.

Om deze schotten bedekken wanneer niet in gebruik, we stoppen door het snijden van een kleine lengte van de buis (~ 2 "lang) en vullen helft met siliconenkit. De siliconen niet bijzonder goed binden aan de buis, maar leek volstaan ​​met de lage drukniveaus in de kamer. Als alternatief, echte slangen pluggen kunnen worden gekocht.

Let op: de slang is heel moeilijk te verwijderen uit deze bijzondere schutbordconnector als te ver geduwd.

Stap 7: Hardlopen Tests: Voorbereiding

Hoe maak je een Monodisperse Particle generator te bouwen voor rond de $ 300

  1. Opgezet kamer. Volg de instructies in de "How to Build a testkamer voor Air Particle sensoren" Instructable het opzetten van de testkamer. We raden het testen ofwel onder een zuurkast of buiten. Sommige deeltjes kunnen ontsnappen, en je hoeft niet willen die ademen.
  2. Bereid droogmiddel. Voeg frisse droogmiddel aan het droogmiddel dienblad in de kamer.
  3. Bereid deeltjes. De PSL kralen zijn sterk geconcentreerd. Met behulp van een injectiespuit, verdunnen één druppel deeltjes in één liter schoon, gedestilleerd water, in een schone, deksel container (volg de instructies van de fabrikant, of kijk hier voor de richtlijnen van een andere vernevelaar). Voordat u naar vernevelaar, schud container krachtig om ervoor te zorgen deeltjes zijn goed gemengd.
  4. Verdeel deeltjes vernevelaar. Zet uw gewenste hoeveelheid deeltjes vloeistof of schoon water in de vernevelaar beker. De vernevelaars worden gespoeld tussen toepassingen, maar we ook nog elke maat van deeltje in een separate vernevelaar / spuit om besmetting te voorkomen.
  5. Hechten lucht systeem om testkamer. Als je begint met een perslucht purge, sluit de buis rechtstreeks van de regelaar op de kamer. Als u werkt met een test met de vernevelaar, bevestigt u de schone / gereguleerde output naar de vernevelaar, en bevestig de vernevelaar exit buis naar de kamer. Sluit de ongebruikte schot fitting.

Stap 8: Hardlopen Tests: Uitvoering

Volg de instructies in Hoe maak je een testkamer voor Air Particle Sensoren Instructable de geautomatiseerde test uit te voeren. Terwijl de test wordt uitgevoerd, kunt u de kamer met perslucht schoon te maken, te injecteren vernevelde water, of injecteren vernevelde deeltjes.

Onze basistest volgden dit patroon:

  1. Begin geautomatiseerd testen script.
  2. Purge kamer met behulp van gefilterde perslucht, totdat sensoren te lezen in de buurt van 0 deeltjes en te stabiliseren.
  3. Sluiten regulator; verwijderen tube van regulator naar kamer; Sluit de open schot fitting.
  4. Bevestig slang tussen regulator output en vernevelaar; hechten vernevelaar output naar schutbord fitting.
  5. Open regulator en lopen tot vernevelaar leeg is. 2 ml vloeibare duurt ongeveer 4 minuten te verwerken bij 10 PSI.
  6. Schakel de regelaar en laat de deeltjesconcentratie op natuurlijke verval in de kamer
  7. Bevestig de regelaar op de kamer; plug vernevelaar schot fitting.
  8. Run gefilterde perslucht, totdat de kamer is weer schoon.
  9. Einde geautomatiseerde test of herhalen 3-8 met een andere deeltjesgrootte.

Stap 9: toekomstige verbeteringen

De opstelling zoals hierboven beschreven werken, maar er zijn pijnpunten. Wij stellen voor een aantal kleine tweaks als je opbouwen vanuit het niets:

  • kleppen toe te voegen om te schakelen tussen schone lucht en PSL lucht.
    • Loskoppelen van slangen is een gedoe; Gebruik kleppen plaats.
    • Als er geen kleppen, verander alle stekkers voor push-to-connect stijl. Het nemen van slangen off van prikkeldraad connectors herhaaldelijk is een pijn en kan de kamer verdringen.
  • Alternatieve snelkoppeling voor slang inlaat.
    • De bijzondere snelkoppeling we gebruikten verbroken gemakkelijk wanneer gestoten. Overweeg het gebruik van een ander.
  • Extra filter.
    • Als je moeite hebt het bereiken van bijna 0 rekenen op uw referentie sensoren, overwegen een extra filter stroomafwaarts van de twee-traps filter om extra verontreinigingen te verwijderen.
    • Dit filtert omlaag naar 0.01um. Het is duur, echter.
  • Vergrendeling top voor droogmiddel montage.
    • Om droogmiddel morsen in de kamer te vermijden, zet de bovenste stuk van het droogmiddel zakken naar beneden.
  • De huidige drukregelaar is alleen nauwkeurig tot op +/- 3% psi. Een druk-regulator die bestemd zijn voor lagere drukken kan meer nauwkeurige metingen en fine-tuning dan de hier gebruikte bieden.

Als u een diffusie-droger uit onze specs op te bouwen, een aantal bekende problemen zijn onder meer:

  • Behoefte kleinere O-ring van de diameter.
    • O-ring moet kleiner zijn, zodat de eindkappen zijn makkelijker op te zetten / verwijderen.
  • Droger lekt lucht.
    • Deel daarvan is dat de moeren aan de achterzijde van de eindkappen niet verblijven.
  • Passende kabels lengte en de lengte van de leidingen is lastig.
    • Belangrijk om spanning op de bekabeling bij de montage houden.
Advertisement

Related Articles