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化学反応式CO2発生装置、圧力計を追加

 圧力センサー(MPS20N0040D)の使い方が確認出来たので、いよいよCO2ガス発生装置(添加装置)に組み込んで、タンクのガス圧力を表示出来るようにします。

 ちなみに、全体はこんな物です。

▼水槽とCO2ガス発生装置
水槽と反応式CO2ガス供給装置
 左の小さな水槽に右の箱からCO2ガスを添加しています。(水槽の色が赤いのは、照明が夕日モードになっていたためです。)

 実はこの写真は圧力計を組み込んだ後に撮影しています。圧力の値は液晶画面に表示するので、外観的にはこれまでとほとんど変わっていません。

▼配管系統図
系統図
 重曹タンクの出口の配管を分岐して圧力センサーに接続しました。配管を一旦下げた後で上に上げているのは、圧力センサーに薬品が入ってしまうことを防止するためです。例え閉管の先でも、微妙な温度差で物質の移動・堆積が起こることがあるので、出来ることはやっておいた方が良いと思います。

▼回路図(図をクリックで別窓に拡大)
CO2供給装置回路図
 ちょっとずつ機能を追加していたら、こんなに大きな回路になってしまいました。今回追加したのは、下の方の圧力センサーの回路で、圧力のアナログ値をArduinoのアナログポート(A0)に入力しています。

▼圧力センサー基板
圧力センサー基板
 センサーとアンプを同じ基板に実装しました。ノイズの影響を受け易いので、後ろのプラケースで作ったシールドケースに入れて使います。なお、シールドは銅箔テープを貼って、はんだ付けで作りました。またこの銅箔は基板のグラウンドと接続しています(緑色の線です)。センサーへのコンタミ防止のため、この基板はケースの中の出来るだけ高い位置に置くようにします。

▼基板裏面
圧力センサー基板
 いきあたりばったりで配線していったのですが、うまく入りました。

 圧力の表示はソフト改造で行いましたが、その結果は以下の通りです。なお、元の表示の内容は、化学反応式CO2発生装置、ソフト解説編をご覧ください。

▼圧力の表示
通常表示(2行目に圧力表示)
 1行目はこれまでと同じで、次のショットまでの残り時間。2行目にはmmAq単位の圧力を表示させています。これはリークチェックをやっている時の写真なので高い圧力になっていますが、通常の使用状態では800~700mmAq程度です。

▼ポンプ時間と運転間隔
decボタンで2行目にポンプの動作時間と間隔
 dec (-) ボタンを押すと、ポンプの運転時間(ショット時間)と運転間隔を表示するようにしました。

 これまでは2行目にポンプの運転間隔を表示させていたのを、圧力表示に変えたので、ポンプ運転間隔が見れなくなってしまいました。この値は、Selectボタンを押してプログラムの内容を見れば判るのですが、ちょっと面倒です。そんなことで、ワンタッチで確認出来るようにするために、この機能を付けました。
 ちなみに、通常運転状態では(ー)ボタンには何の機能も割り当てていなくて、寂しかったのですが、これでメニューのバランスが良くなりました。

◆プログラムはこちら→CO2供給装置のプログラムV2.0 (Shift-JISでエンコードしています)

 これまでの記事のプログラムを合体しただけなので細かい説明は省略しますが、

 圧力計のテストの時点ではパラレルインタフェイスの液晶だったのを、I2Cインターフェイスに変更しました。このためのプログラムの変更は宣言部を修正しただけで、本体部分はそのまま使えたのは助かりました。

 readPress() の関数でADコンバーターの値を何度も読んで平均化していますが、ここの読み取り回数が892回と半端な値になっています。これは、この回数で実行時間が100msになり、電源波形の整数倍の時間になるので電源ノイズの影響を減らすことが出来る(はず)という狙いです(50Hzなら5サイクル、60Hzなら6サイクルに相当)。なお、コンパイラのバージョンによっては処理時間が変わるかも知れません。ちなみに、Arduino IDE 1.8.1 でコンパイルしました。

◆まとめ
 圧力計があると、運転状態を定量的に把握出来て便利です。特にストーンの違いやリークの有無が簡単に判ります。また、マイナスの圧力も測定出来るので、夜間にタンクが負圧になる様子も確認出来ました。

 圧力の表示の分解能を1mmAqとかなり細かくました。こんなに分解能を上げると、最小桁の値がふらつくのですが、それでも微妙な圧力の変化がすぐに判るので、これで正解でした。

 今回作った装置は、ガスの圧力をそのままストーンに供給しているので、圧力計の測定範囲の上限は約0.4kg/cm2にしています。もっと高い圧力、例えば1kg/cm2までタンクの圧力を上げ、そこからスピコンで絞ってガスを供給するのも面白そうです。でもそうすると、ホースを耐圧の物に変えないといけないし、安全弁も必要になるのでいろいろと厄介です。

 今回作った反応式CO2ガス発生装置(添加装置)の運転やメンテナンス方法については、ノウハウのような話がいろいろあるので、時期を見てまた記事にしたいと思います。
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