Электронный уровень своими руками
Хотел посоветоваться…
Назрела мысль сделать электронный прибор (а-ля жидкостный “уровень”) с очень высокой чувствительностью.
Берется некая емкость (предположим цилиндр). В нем находится какая-либо текучая жидксть. Например антифриз. У цилиндра есть 2 штуцера. Через один штуцер в цилиндр может поступать дополнительное количество антифриза из большой емкости.
Задача отфиксировать изменение высоты столба жидкости с точностью до сотки.
Как реализовать?
Изначально думал на дно установить светочувствительный датчик, на другой конец - какой-либо световой излучатель. Т.е. пропускать свет через окрашенную жидкость.
При изменении высоты столба жидкости между излучателем и приемником количество света попадающее на приемник должно меняться…
Внимание вопрос: можно ли такое соорудить из легкодоступных бюджетных компонентов и получить точность замера столба в 0.01 мм?
Может взять напрокат брусковый уровень? Там на 200мм. точность 0,02мм.
нет, не представляет спортивного интереса и не отвечает целям поставленной задачи 😃
вопрос именно в том чтобы изготовить самому такой девайс.
можно ли отловить доступными электронными компонентами разницу в светопропускании столба жидкости при изменении этого столба на 0.01 мм?
Может проще акселерометр использовать.?
а как?
задача заключается в том чтобы точно замерить высоту столба. скорость изменения этой высоты нас вообще не интересует и более того она ничтожно мала (будем считать что это прилив/отлив).
мне ничего кроме использования рассеивания света в жидкости как основного механизма замера в голову не приходит.
По светопропусканию - очень сомнительно.
Прикинем:
- при столбе 1 мм приращение 0.01 мм - это 1% - наверное, это еще можно отследить
- при столбе 10 мм приращение 0.01 мм - это 0,1% - уже на уровне точных измерительных приборов
- при столбе 100 мм приращение 0.01 мм - это 0,01% - на коленке точно не сделать.
Видно, что нужно работать с маленькими уровнями столба, чтобы приращение было заметным.
Похожая задачка решается в дымовых оптико-электронных пожарных извещателях: вот так, напрямую, по светопропусканию ее решают только в линейных извещателях - с длинным
путем распространения луча, но там фиксируют % приращения оптической плотности среды…
Поверхность не будет идеально горизонтальной (поверхностное натяжение), и эти искривления будут больше заявленной точности.
ну возьмем цилиндр сечением скажем ф20мм. пропускать свет будем по центру… по краям где из-за поверхнстного натяжения жидкость будет “залезать” вверх на стенки обращать внимание не будем.
ATLab: а причем тут % от уровня столба? нам нужно зафиксировать абсолютное изменение в одну сотку безотносительно уровня столба. он наверное вряд ли будет выше 5 мм вообще.
Я так подозреваю, что такие точные измерения надо проводить лазером. На дне лазер, на поршне приемник или наоборот
хорошо, лазерные излучатели доступны? они бюджетные и компактные?
реально ли на них собрать?
ATLab: а причем тут % от уровня столба? нам нужно зафиксировать абсолютное изменение в одну сотку безотносительно уровня столба. он наверное вряд ли будет выше 5 мм вообще.
Как причем? Чем больше относительное изменение, тем проще его зафиксировать. Понятно, что измерить расстояние в 10 см с погрешностью ± 1 мм (1%) несложно. А если с такой же погрешностью нужно измерить расстояние в 10 или 100 м? Задачка уже сложнее.
Лазер штука хорошая, но, помимо собственно обеспечения требуемой точности измерения в приемнике, неизбежно встанет вопрос поддержания постоянной мощности излучения. И неважно, что это будет - лазер или светодиод. Раньше даже в простых лазерных диодах (излучателях) был встроенный светодиод, по которому можно было стабилизировать мощность излучения. Потом на них стали экономить…
Все не так просто, как кажется на первый взгляд.
Чего гадать, попробуйте сами померить. 😁
Лазерную указку питайте стабильным током, и померьте изменение сигнала с фотодиода, при изменении столба жидкости. Например, при изменении высоты столба с 4 до 5 мм (на 25%).
Лазер и фотодиод только не забудьте жестко зафиксировать относительно друг друга.
Анатолий, я вашу логику про относительное изменение понял. просто тут рассуждал с обратной стороны: если есть механизм отлова изменения с точностью в сотку на маленьких размерах (ну 10мм скажем) то тогда уже без разницы какая точность будет написана на таком приборе…
что касается стабилизации диодов - то я про такую проблему слышал. но беда в том что я с электроникой на “ВЫ” поэтому сейчас и хочется понять (а) возможность соорудить такой прибор и (б) понять как это делать.
Хороший акселерометр+платка с ардуино и за 20 минут у вас готовое решение. с жидкостью у вас будет проблема с поверхностным натяжением надо делать очень большие по площади столбы чтобы получить более менее приемлимую точность да и вообще не удобно с ними - проще взять гидроуровень тогда и залить керосином или спиртом.
Акселерометр по сути своей и показывает отклонение от вертикальной оси - от вектора силы притяжения.
акселерометр?.. эх не в ту вы тему… ладно, не хотел я сразу писать о конечной задаче прибора - хотел уже похвастаться готовым решением но видимо стоит озвучить прямо сейчас чтобы тема не уходила в другом направлении…
итак конечная задумка следующая:
имеем несколько одинаково откалиброванных цилиндров (пусть ф20.0х10мм) у каждого из которых на противоположных концах установлены соответственно “фотопередатчик” и “фотоприемник”. кроме этого снизу и сверху у цилиндров есть по одному штуцеру. верхний штуцер сообщается с атмосферой. нижние штуцеры через шланг сообщаются с отдельной емкостью с этой жидкостью. емкость расположена ниже всех цилиндров. таким образом имеем одну “бочку” и несколько цилиндров которые все сообщаются между собой.
думаю теперь все стало понятно: если можно определить высоту столба жидкости в каждом цилинде с точностью до сотки то можно выставить все цилиндры так чтобы они лежали в одной горизонтальной плоскости с точностью до +/- сотки.
где это может пригодиться?
например для выставления любых узлов/элементов (тех же направляющих) в одной горизонтальной плоскости независимо от расстояний между точками замеров (=любые габариты). причем в любом количестве (цилиндров можно сделать сколько угодно).
т.е. если можно такое соорудить достаточно бюджетно то можно существенно расширить возможности для проектирования и используемые материалы при постройке станка например.
* * *
например я собираюсь сварить огромную станину для станка. да, она после сварки будет вся кривая. а мне наплевать - я с помощью этих “цилиндров” выставлю сразу обе рельсы в одной плоскости и залью все каким-либо жидким/гелеобразным полимером который и сгладит все неровности. мне такая технология очень понравилась тк не требуется тащить станину на фрезеровку посадочных мест итд…и что самое приятное - мне не потребуется плясать с хитрыми приборами для выставления параллельности, перпендикулярности итд итп…
А взвешивать этот цилиндр нельзя?
нет, тогда придется вместе с ним взвешивать и его нижний шланг переменной длины… это не вариант вообще 😦
Блин ребята обычные толстые (50-60мм) гидроуровни, соединяем 4 штуки вместе, заливаем керосин, никакой емкости не надо. Мы так стапель под сборку больших станков выставляем уже хрен знает сколько времени потом лазерным уровнем промеряем, потом диагонали брусковым. - короче не вижу смысла делать такую штуку если честно - гидроуровень дает в пределах 1 десятки вполне, больше не даст поверхностное натяжение уже писал. попробуйте для начала поработать с гидроуровнем обычным строительным - 100 рублей на рынке стоит и вы все поймете. потом сделайте себе большой со шкалами как на штангеле и залейте спирт или керосин он более текучий. Ну и все. делов на пять минут. рама 2 на 3 метра в пару десяток выставляется легко. Большего на таком размере и не надо.
я не говорю что других способов нет.
просто хочется прибор/приспособление который решает эту проблему за один раз.
чтобы не нужно было кроме гидроуровней за 100 рублей еще искать лазерные уровни, а потом брусковый… брусковый кстати тоже денег стоит. и все это делать за 3 операции…
Ну я же написал что достаточно просто толстых гидроуровней. Остальное мы используем просто потому что оно у нас есть. И я еще раз говорю что думаю независимо от способа измерения точнее чем в 1 десятку вы жидкостью уровень не сможете измерить в принципе не зависимо от способа измерения высоты столба.
нужен тонкий капиляр в измерительной части гадроуровня, типа как в градусниках, он “растянет” шкалу. так же микроскоп поможет увидеть смещения на сотки, если уж действительно задаться целью “увидеть” сотки. имхо даже на прецизионных станках сотка это “шум”. постоянная борьба с этим шумом размеров позволяет делать всё красиво))), но это уж очень другой “уровень”, не бюджетный точно.
а как замерять высоту столба в капиляре? это уж точно нужен лазер + сложности в юстировке такого “градусника”.
Поплавок в баке к нему веревка через блок - потенциометр со шкивом с длиной окружности равной высоте хода измеряемой жидкости. Сопротивление анализировать.
Поплавок
Да, а если в измерительной части плавает поплавок с латунькой внутри. Плавает внутри витков наружней катушки, изменяя тем самым частоту генератора… где-то уже видел такую схему контроля уровня или перемещения…
примерно так, но это модерн, так сказать. а попроще было вроде в ВРЛ, только номер не помню
www.promautomatika.ru/cont/product/…/WIM_lin.pdf
Да, а если в измерительной части плавает поплавок с латунькой внутри. …
Измерение будет тем точнее, чем выше частота, соответственно в катушке будет не очень много витков. А там начнется:
- проблема с повторяемостью параметров катушек - очень больная тема, поэтому моточные изделия так не любят электронщики;
- проблема с температурной и временнОй стабильностью…
Как они очень скромно умолчали о точности 😃
Читаем между строк:
Отклонение от линейности ≤ 3% от конечной величины
Вот на эти 3 процента и надо ориентироваться, если не снимать индивидуальные характеристики датчиков.
Поплавок в баке к нему веревка через блок - потенциометр со шкивом с длиной окружности равной высоте хода измеряемой жидкости. Сопротивление анализировать.
Как то мне не попадались потенциометры, которые бы крутились от поплавка. Длинный Рычаг можно бы еще попробовать, но, боюсь, в требуемую точность не попадет.
Если уж с поплавками связываться, то, imho, к нему лучше приспосабливать зеркало, которое бы отклоняло тот же лазерный луч. Величину отклонения контролировать ПЗС или КМОП линейкой. Только сложно это все будет… И вибрации боится…
Другая мысль:
Что-то тут все задумки крутится у датчика следящего типа - который непрерывно выдает информацию о положении. А если отказаться от этого и информацию получать периодически или по требованию?
Заполняем цилиндр проводящей жидкостью, в цилиндр опускаем (поднимаем) щуп (проволочку). Получаем аналог щупа для измерения длины инструмента или толщины детали.
С какой точностью перемещаем щуп, с той и померим уровень жидкости. Только жидкость нужна с низким коэффициентом температурного расширения и щуп несмачиваемый - чтобы за ним не тянулась жидкость.
так или иначе, но… чтобы отслеживать такие сверхмалые перемещения сам измеритель, в любом из его воплощений, должен быть на порядок или по крайней мере в два раза точнее измеряемой величины. чтоб таки поймать “сотку” в динамической системе нужно иметь возможность плавно подходить и отходить от этой сотки к соседним соткам, т.е. тут уже пахнет тысячными долями.