Датчики для измерения давления своими руками

Самодельный датчик давления

Сегодня мы поговорим о том, как сделать датчик измерения давления своими руками. Принцип работы данного устройства будет состоять в том, что при надавливании двух пластин, о которых мы поговорим ниже, датчик будет изменять свое сопротивление и тем самым показывать или сигнализировать нам о повышенном давлении.

Для изготовления такого рода датчика нам понадобятся:

• паяльное устройство;
• жидкий клей или специальный пистолет, использующий клейкие пластины;
• обычный нож или режущие плоскогубцы;
• несколько кусков односторонней платы для печати;
• кусочек вспененного материала с малой плотностью и стойкостью к деформации;
• и два провода.

Из печатной платы вырезаем два кусочка одинаковых размеров в виде квадратов. Далее припаиваем к ним по одному проводу как показано на рисунке ниже.

После припаивания приклеиваем оба кусочка платы к вспененному материалу. Важно учесть, что клей нужно наносить исключительно по краям обоих пластин вырезанной печатной платы, это обеспечит более высокую точность и эффективность работы будущего датчика.

Проделав данный этап, мы получаем готовый датчик давления. Для проверки его работоспособности измеряем его показания омметром.

Если датчик будет показывать примерно 150-200 кОм в разжатом состоянии, то все шаги проделаны правильно и устройство готово к работе. При нажатии на датчик, омметр должен показать около 9-10 кОм.

В вашем случае омметр может показать относительно другие показания из-за другого типа вспененного материала или его толщины. Для того, чтобы уменьшить показания омметра нужно приклеить боле тонкий вспененный материал, это обеспечит поле низкое сопротивление.

Источник

Схема установки и сборки датчика давления своими руками

Сделать датчик давления своими руками удается, если в хозяйстве исполнителя найдется подходящий набор вспомогательных деталей. В его состав обязательно должен входить чувствительный элемент (резистор), при воздействии на который меняется его электрическая характеристика. Зафиксировать эти изменения в удобном для представления виде удается посредством специальных измерительных приборов (мультиметра или тестера).

Принцип работы и схема

Самостоятельно изготовить датчик сможет даже неспециалист, способный разобраться с принципом его работы и теми процессами, которые происходят во внутренней структуре прибора. Их суть заключается в том, что при надавливании на пластины преобразователя встроенный в него резистор будет менять свое сопротивление, а уже по величине последнего можно судить об измеряемом параметре.

В отсутствии внешней нагрузка резистивный сенсор представляет собой разомкнутую цепь (элемент с бесконечным сопротивлением). С увеличением давящего усилия на пластинку самодельного резистора его внутреннее сопротивление несколько уменьшается. При тестировании устройства можно снять показания величин сопротивлений, соответствующие определенному (условному) давлению. После оформления результатов измерения в виде графической схемы (по полученным точкам) обнаружится, что эта зависимость – нелинейная.

Если потребуется более точно зафиксировать изменение внутреннего сопротивления датчика (в зависимости от силы надавливания на пластину) – на нее нужно подать напряжение от любого источника постоянного тока через ограничивающий резистор. После этого показания с мультиметра следует снимать в режиме измерения вольтажа (на пределах «Вольты»).

Материалы и инструменты

Чтобы изготовить схему датчика давления своими руками потребуется запастись следующими деталями и инструментами:

• Паяльник подходящей мощности.
• Пластина стеклотекстолита с нарезанными на медной пленке дорожками (их примерный вид – на фото справа).
• Соединительные провода.
• Мультиметр (он необходим для тестирования датчика).

В отсутствии готовой пластины с медными дорожками (она обычно приобретается через Али Экспресс) такой элемент может быть изготовлен самостоятельно. Для этого следует достать кусок стеклотекстолита и вырезать его по форме указной на фото справа заготовки. После этого на ней лаком нужно нанести рисунок из спиралевидных дрожек, а затем протравить в растворе хлористого натрия. Получившийся аналог фирменного резистивного элемента вполне пригоден для заявленных целей.Также можно сделать датчик давления из резистора своими руками.

Подключение и проверка

Наиболее простой способом отстройки и тестирования резистивного датчика – использование типового мультиметра, включенного в режим «Измерение сопротивлений». Щупы прибора в этом случае подключаются к электрическим отводам чувствительного элемента, а сам он напрямую выдает показания в Омах. При расширенном диапазоне определяемых давлений на приборе выставляется автоматический режим измерений.

Обратите внимание! Резистивные элементы обычно не имеют полярности.

При измерении сопротивления их можно спокойно подключать, не боясь ошибиться, где у прибора плюс, а где минус.

В процессе тестирования к самодельному датчику давления преобразователю удобнее подсоединяться посредством специальных клипсов – крокодилов, надежно обжимающих точку контакта (фото слева). После каждого нажатия на пятачок из резистивной пленки необходимо отслеживать показания прибора, которые должны постепенно уменьшаться до определенного предельного значения.

Дополнительная информация! Специалисты советуют использовать для тестирования устаревший стрелочный прибор (его называют тестером).

Удобство этого измерителя заключается в том, что по поведению стрелки на шкале гораздо удобнее определять, как меняется давление на чувствительном резисторе.

Использование элементов набора «Arduino»

К числу допустимых способов, позволяющих изготовить систему измерения давления своими руками, относят и применение элементов распространенного среди любителей комплекса «Arduino». Благодаря схемным возможностям этого набора, один контакт сенсора подсоединяется к плюсу питанию, а второй (через ограничивающий резистор) – к земляной шине.

При этом точка между двумя резисторами (постоянным и переменным, выполняющим функцию датчика) подсоединяется к аналоговому входу встроенного в систему микроконтроллера. Схема включения датчика в измерительную цепь устройства изображена ниже.

В заключительной части обзора отметим, что при изготовлении датчика своими руками допустимы различные способы. Выбрать наиболее подходящий из них – это компетенция и личное предпочтение заинтересованного в этом пользователя.

Источник

Самодельный датчик давления

Доброго здоровья всем. В этой статье познакомимся с датчиком давления моего водопровода. Главное, что бы вам был понятен принцип работы датчика, а конструкцию его вы можете придумать сами и лучше, чем у меня.

Схематично конструкция датчика изображена на рисунке 1 и 2. На рисунке один изображен датчик, который делал я. Он был можно сказать экспериментальным, но как всегда, как и заведено у нас, так он и остался в системе водопровода наверное на веки вечные.

Для изготовления такого датчика потребуются два хомута 1, прижимная гайка 2, от старого соединительного водопроводного шланга, такая же, что и примененная в индикаторе давления, два штуцера 3 и кусок шланга 4. Шланг я специально взял прозрачный от молокопровода, купленного в магазине «Сельхозтехника».

Для экспериментов это было более наглядно. И еще потребуется верхняя часть корпуса от тиристора с остеклованными трубчатыми выводами. В эту верхнюю часть впаиваем два проволочных зонда (лучше, если это будет нержавейка)и припаиваем его к гайке(рис.1 и 2). В нижнем штуцере сверлим отверстие и вставляем в него кусок медной приволоки, что бы проволока не вытаскивалась, ее лучше закернить (рис.3). Потом этот кусок проволоки опаивается и формуется (рис.4). Далее все эти детали собираются в единое целое (рис.5). Все соединения производятся с использованием герметика. Все датчик готов (рис.6).

Теперь при помощи тройника присоединяем его к водопроводу. При работе насоса давление в системе увеличивается и уровень воды внутри датчика начинает подниматься, касаясь зондов, что в свою очередь отслеживается блоком автоматики.

На рисунке 2 изображена схема датчика, который мы сделали для моего знакомого, для его дачного водопровода. Датчик сварен из полипропиленовой трубы для холодного водоснабжения (труба для горячей воды внутри имеет металлизацию), заглушки и переходной муфты. Длина датчика – 40см. Диаметр трубы любой. В стенку трубы вплавлены два зонда – два куска нержавеющей проволоки, к которым припаиваются провода от блока автоматики. Местоположение зондов зависит от нужного давления воды в системе и от разницы между давлением включения насоса и давлением его выключения. Надеюсь все просто и понятно. Если все сделать качественно, то никаких проблем не будет. В следующей статье будет схема и описание блока автоматики, основой которого является контроллер PIC16F628A. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю.

Источник

STM32. Медицинское применение. Тонометр. Введение и аппаратная часть

Введение

Сегодня «золотым стандартом» измерения артериального давления принято считать метод «тонов Н.С. Короткова», признанный Всемирной Организацией Здравоохранения. Однако не следует забывать, что это косвенный метод измерения кровяного давления. Безусловно, измерение АД происходит с некоторой погрешностью, определяемой упругостью стенок артерии и мягких тканей, амплитудой и формой пульсовой волны и другими факторами, индивидуальными для каждого человека. Если отказаться от округлений и точно использовать цену деления манометра, то мы увидим разницу между соседними измерениями и при пользовании механическим прибором. Считывание показаний манометра на слух также выполняется с некоторой ошибкой, зависящей от индивидуальных особенностей человека — быстроты реакции, наличия навыков и т. д. В итоге погрешность ручных тонометров складывается из трёх составляющих: самого метода, точности манометра и ошибки определения момента считывания показаний. Реально её величина может составлять до 15 мм рт. ст.! На результаты измерений влияет также скорость нагнетания воздуха в манжету, скорость стравливания и величина давления, создаваемого в манжете. Если прибавить ещё и естественные колебания артериального давления, то разница между двумя соседними измерениями может быть ещё большей.

Электронный тонометр, в принципе, должен был быть лишен всех этих недостатков, т.к. измерение тонов происходит с помощью самой-же манжеты, а обработка осуществляется с помощью ряда запатентованных алгоритмов и методик. Однако, практика показывает, что в ряде случаев электронный тонометр дает устойчивое расхождение с показаниями ручного тонометра. Как следствие — на сегодняшний день у людей сложилось стойкое мнение — «электронные тонометры врут — лучше врача со ртутным измерителем давления никто не измерит!» Опыты показали, что большая погрешность измерения вызвана исключительно неумением рядового обывателя пользоваться данным прибором, а именно, правильно одевать манжету. Правильно одетая манжета — залог получения хорошей огибающей тонов Короткова и успешного нахождения характерных точек на огибающей.

Где копать

Литературы по методике нахождения АД по огибающей тонов в интернете достаточно много [1], [2], [3], [4], [5]. У Freescale есть даже хороший appnote, где популярно описано, как измерять тоны Короткова в манжете. Но! Как именно анализировать полученную огибающую — информации практически нигде нет. Каждый производитель тонометров лепит по-своему, хотя общая методика просматривается четко. Достаточно зайти на freepatentsonline.com и набрать в поиске non invasive blood pressure, и Вы получите достаточно информации чтобы написать заготовку тонометра. Но! Дальше-хуже. Экстрасистолы, артефакты, и другие страшные слова встают на пути к точным результатам осциллометрии…

Сборка измерительного стенда

Если желание собрать свой тонометр всё-же не отпало, то приступим.

… У нас было две манжеты, горстка операционных усилителей, несколько датчиков давления, пара клапанов и микроконтроллер. Единственное что вызывало у меня опасение — это MEMS датчики давления. Я знал, что рано или поздно мы перейдем и на эту дрянь.

Что потребуется для измерителя АД:
1) Плата с МК STM32F1xx (подойдёт STM32 VL Discovery с STM32F100RBT6 на борту);
2) Датчик давления MPXV5050GP (модель взята из Freescale BPM Application Note, в Вашем случае м.б. другая модель);
3) Интегральный ОУ LM358 (LM324) (лучше, конечно, взять рейл-ту-рейловый);
4) Какой-нибудь индикатор — на чем показывать давление (если нет индикатора — можно смотреть результаты в watch при отладке);
5) Помпа с моторчиком от китайского тонометра или груша от бабушкиного тонометра;
6) Если все-таки Вы взяли помпу с моторчиком из тонометра, Вам также понадобится клапан медленного стравливания из того же тонометра;
7) Аварийный клапан (по вкусу — нужен для быстрого стравливания остатков воздуха в манжете после проведения измерения);
8) Манжета тонометрическая;
9) SD карточка с картоприемником (или microSD с адаптером, к которому не жалко подпаяться).

Рисунок 1 — Схема пневмотракта для измерения АД

Давайте попытаемся разобраться в том, что мы сейчас только-что собрали. Пневмо-схема очень простая. Помпа служит для накачки манжеты, после чего воздух начинает медленно стравливаться нерегулируемым клапаном с очень маленьким отверстием. При этом следует учесть, что аварийный клапан должен быть закрыт — иначе Вы ничего не накачаете! По завершению измерения давления, можно открыть аварийный клапан и быстро стравить остаточное давление в манжете.

Далее необходимо собрать электрическую схему для управления нашим пневмотрактом. Схема состоит из узла выделения тонов Короткова, узла управления помпой и узла управления клапаном аварийного стравливания. Схемы управления помпой и клапаном очень простые и состоят, фактически из одного NPN транзистора (каждая), которые управляются логическим уровнем микроконтроллера (… любой GPIO). Остановимся поподробнее на схеме выделения тонов по Короткову. Схема реализована на ОУ общего применения LM358, и представляет собой усилитель с полосовым фильтром. Задача данного каскада изолировать постоянную составляющую и выделить т.н. тоны Короткова — пульсации крови в артерии при сокращении сердечной мышцы. Т.о. на аналоговые входы микроконтроллера подаются сигналы непосредственно с аналогового датчика давления и сигнал, выделенный ОУ. Подведём итог: сигнал с датчика давления состоит из «биений» и постоянной составляющей давления в манжете. Т.о. на первый канал АЦП МК мы подаем медленно стравливаемое давление в манжете, операционным усилителем вылавливаем переменную составляющую тонов Короткова и подаем их на другой канал АЦП МК.

Рисунок 2 — Электрическая принципиальная схема измерительной части и управления

На рисунках 3 и 4 приведены осциллограммы на выходах, непосредственно с датчика давления (Рис.3) и на выходе выделяющего ОУ (Рис.4). На рисунке 4 стрелочками показаны «характерные» точки на огибающей тонов Короткова. SBP — Systollic Blood Pressure — Систолическое АД (верхнее давление), MBP — Mean Blood Pressure — среднее давление в артерии, DBP — Dyastollic Blood Pressure — Диастоллическое АД (нижнее давление). О том, как найти эти точки, а значит, определить АД речь пойдёт позже.

Рисунок 3 — Напряжение на выходе датчика давления (цикл накачки воздуха, цикл стравливания)

Рисунок 4 — Напряжение на выходе ОУ. Выделенные тоны по Короткову

Подведём итог. Мы собрали пневмотракт, изготовили электронику для его обслуживания. В следующей части мы поговорим о том, как подключить к этому всему МК с дисплеем и SD картой и начать «слушать» предплечье. Результатом должны стать данные на SD карте, которые мы визуализируем в Excel и попытаемся обработать с помощью простейших алгоритмов расчёта АД.

Рисунок 5 — Данные с датчиков, записанные на SD карту в ходе измерения

На рисунке 5 видно:
— в данном варианте реализации, стравливание у меня ступенчатое;
— тоны Короткова (пулсации давления в манжете) записываюся полностью.
— на лету вычисляется максимальная амплитуда тонов Короткова.

Почему именно ступенчатое стравливание? Дело в том, что при ступенчатом стравливании мы получаем кучу бонусов по измерению. Например, мы можем измерять два тона за одну ступень значения давления в манжете, т.о. фильтруя экстра систолы. Либо, при проблемности полученной огибающей, докачать до интересующего нас участка и померить тоны на нем повторно. Это уже фитча кардиомониторов. Можно вообще реализовать измерение на восходящем участке давления в манжете (накачке):

1) Закрыть клапан;
2) Сделать донакачку на 50 единиц;
3) Померить тоны Короткова;
4) На пункт 2, пока не промеряем всю огибающую, иначе на пункт 5;
5) Произвести вычисления SBP, DBP, исходя из параметров огибающей
6) Вывести результат.

Рисунок 6 — Результат вычисления значений SBP и DBP

Пояснения к рисунку 6:
1) Ряд 1 — сигнал непосредственно с датчика давления — уровень давления в манжете (фаза медленного стравливания);
2) Ряд 2 — Рассчитанное Систолическое значение АД;
3) Ряд 3 — Рассчитанное Диастолическое значение АД;
4) Ряд 4 — Огибающая тонов Короткова ( не сами тоны, а значения амплитуд пиков).

В ходе многочисленных экспериментов (которые длятся и по сей день) выяснилось, что вычисление значения пика тона Короткова является ключевым во всём цикле измерения АД. Чем лучше измеришь огибающую — тем точнее узнаешь значение АД.

Приведу немного видеороликов, поясняющих весь процесс. На всех видео фигурирует прибор, к которому подключен разрабатываемый тонометр — «симулятор человека с заданным артериальным давлением». Давление можно выбирать из пресетов. Затем прибор имитирует сердцебиения (тоны Короткова), а тонометр измеряет огибающую. На втором видео (Part 2) я прогнал тонометр по всем основным режимам симулятора. При гипертонии алгоритм делает донакачку, всё как положено! На третьем видео (Part 3) представлен цикл измерения на реальном человеке (на мне).

Видео 1 — Симулятор пациента, тоны Короткова на осциллографе

Видео 2 — Прогон тонометра по всем пределам АД на симуляторе

Источник