2012年11月21日 星期三

[疑問]定流速


目前在開發流速計
用了一台機器做校正
他能推出我們設定的波形以及流速
結果如下

X軸單位為時間,Y軸單位為電壓。
藍線為感測器輸出的結果,可以看到他在所謂的定流速並不是很準,但是實際機器的感測器抓到的是方波,也就是說是感測器還是有什麼現象我不知道,目前能解釋的就是波形下降時的抖動,來自於我們將空氣瞬間由高流速下降到零時,流體畢竟還是有質量的,他還是存在慣性向前衝,發現後方已變真空,所以回流做對流直到穩定,造成下降後來回震盪,不過定流速上方在跳動及下降前產生的peak我就不知道怎麼解釋了。

想想之前做這個專案的台大電機博士,就會覺得說是電路做不好,使用大電容濾波,犧牲頻寬,可是實際需要快速反應時又沒辦法做到,又懷疑感測器的問題,到最後換到我才發現是流體力學的問題,可見產品開發的工程師需要機械、電機、訊號背景,甚至做到後面,韌體、軟體、生產難易度也要有所掌握。

紅線是什麼呢?

由他從0往上跳得知他不是被動的濾波器,這是alpha-beta濾波器,我寫了個簡單的函式拿來用,感覺他的性質有預估的味道在。

7 則留言:

  1. ㄎㄎ 可能得要看 流速管用的 直徑 才能判斷,
    因為這是被 雷諾數 所影響,看看 能不能儘量將
    Re 控制在 < 2100 以下,以接近理想的 Laminar Flow
    盡可能不讓 Turbulent Flow 發生 看看能不能改善。

    越接近 Laminar Flow (層流) 量出來的流速就越可信
    有 Turbulent Flow 出現就會有你描述的現象,因為
    上層與下層流體旋轉慣量還是存在,當你開始下降流速的時候,上層與下層的旋轉慣量就會"入侵"中間區域,你就會量到在流速下降瞬間產生一段先上升在下降的地方,上方的跳動也是一樣 紊流 在上層與下層偷偷干擾。

    0.0 雖然碩班是跟著計算流力老師,但是大部分也都
    忘光啦,流力的東西沒學幾招,只剩這個還有點印象。

    流體密度
    流體相對於物體的速度(物體應該就是指你的 sensor)
    管徑
    流體的動態黏滯係數

    前面三項相乘除掉最後面一項就是 Re

    alpha-beta filter 本身就是 Kalman filter 的一種,
    Schooler導出一種遞回演算法來最佳化 alpha 與 beta
    的選擇,結果顯示等同於 Kalman filer。

    這類預測式的 filter 共通的缺點就是邊界效應 因為
    邊界等同於一個跳切點 存在有無窮大的頻率,濾波器
    只好用比較圓滑的形式來逼近,畢竟 alpha-beta filter 一樣是基於 二次平方誤差。

    Characterizing Performance of alpha-beta-gamma filters 這篇是我看過最淺顯易懂的了解 這三項參數
    意義解釋的 Paper

    因為濾波器有穩定性問題,會穩定的範圍是
    0 < alpha < 2
    0 < beta < 4 - 2 alpha
    0 < gamma < (4 alpha beta)/(2 - alpha)

    發一篇 電流鏡 的分析文阿 我要看 waftwalker 推導版

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  2. 以前念碩士時,常常聽到老師講說 Re 是流體力學中最重要的無因次因子
    它的物理意義是

    Re = 慣性力 / 黏滯力

    黏滯力可以壓制流體上下層的旋轉力量 ; 流體本身物理特性很難調整,
    你可以調整的可能就是 量測不同 流速 可能要搭配 不同管徑

    反過來說可以用這個 sensor 反向偵測有沒有 Turbulent Flow 發生。

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  3. 我有些熱流的同學說
    紊流散熱程度與流速也有線性關係
    假設他說的事真的
    那就很難知道
    流過sensor的到底是紊流還是層流了

    到頭來問題變成 流體的加速度大小是否會影響流體是紊流或是層流的狀態?

    話說你要的電流鏡文
    這個文章可能會很長
    因為這東西只有類比IC在用 一般不太可能自己兜出來
    這禮拜六日寫寫看吧

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  4. 會有影響,但是熱的部分應該影響很小,因為 waft 用的流動體是空氣,液體的話可能才需要考慮這一點,空氣的 Heat Diffusion 相對於液體來說很慢,相對於直接用壓力讓空氣直接流動的速度,就更慢了,Re 應該還是占據絕大部分的影響因數。

    實驗數據看起來,waft 量測到的 結果其實蠻接近 Laminar Flow 的狀態了

    至於後半段準備要下降流速而先禿起一塊的地方比較像流速下降時
    ,流體自旋產生的 暫態 Turbulent Flow,流體本身會有自旋力,這個很討厭
    尤其是你的壓力源不夠力量持續推動流體時最明顯,自旋力就會出來搗亂。

    其實 Turbulent Flow 是無法避免的東西,任何流體都會存在,
    只是在流體中占的比例多與寡。

    加速度會影響這兩種力的值,Re 就會改變,所以是會有影響,
    Re 這個特徵值才會決定流體是絕大部分是紊流或是絕大部分是層流
    只是說 在實驗上發現 Re 不要超過某些值,那流體就會比較 近似層流

    所以 waft 可能要 google 看看 空氣的 Re 操作在近似層流的值 大約是多少囉~~
    把 實驗電壓換算成實際物理量 算算看你的 Re 是多少~~~

    0.0 其實這類實驗因素還挺多,因為有兩種擴散場在你的平台中,
    一個是摸得著的 流動體本身的擴散 另外一個是手摸不著的 依附在流動體上的熱擴散
    大部分都只有分析 不是穩態流上面的熱擴散 要不然就是講 一個管內空氣溫定大致恆定,
    給一個壓力源 看看怎麼流動,至於流體一邊流動,又得要考慮上面的熱擴散是很難的問題
    至今都只有 有限元素的數值模擬解,所以waft用的流體是空氣的話,溫度也許可以先忽略

    我傳一個以前我用 OpenGL 寫的流體模擬程式給你玩,在方塊裡面點一個壓力源
    就可以看到 流動場 在方塊裡面的流動情形~~

    你 PO 的那個流速計電路還真有趣,還有這種用帶走熱量測流速的方式阿~~~

    可以在討論看看... 話說大學長突然跑來說找我學MFC,說沒想到工作上碰到了

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  5. waft 有沒有想知道甚麼程式方面的東西,最近不太知道要發甚麼程式文,我在想要不要發幾篇指標應用的文章~~

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  6. 那個小程式我寄到你的 hotmail 信箱裡面,有空可以玩一玩

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  7. 德國那邊的工程師表示 流體經過感測器時
    just a spot of the cross section
    這點是我沒想到的
    only a spot 所以真的要層流了

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