केतली में पानी कहाँ गायब हो जाता है?

सभी को नमस्कार! हमारी कंपनी "क्लासिक" घरेलू उपकरणों को "स्मार्ट" में बदल देती है और फोन (ब्लूटूथ या वाईफाई के माध्यम से) से नियंत्रित होती है। अर्थात्, एक रेडियो चैनल वाला एक इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल इसमें बनाया गया है। यदि उपकरण के निर्माता उपकरण के मौजूदा मॉडल को अपग्रेड करना चाहते हैं, तो हम अपने नियंत्रण बोर्ड को लागू कर सकते हैं, जो एक विशेष मोबाइल एप्लिकेशन से जुड़ा है। और आप इसे खरोंच से भी विकसित कर सकते हैं या बोर्ड, एप्लिकेशन या पैकेज में अतिरिक्त बदलाव कर सकते हैं।

एक बार एक ग्राहक हमारे पास आया और केतली में पानी की मात्रा को मापने के लिए एक विधि (सेंसर) विकसित करने के लिए कहा, ताकि बाद में उपयोगकर्ता एक मोबाइल एप्लिकेशन में इन आंकड़ों को देख सके। केटल के किसी भी मॉडल के लिए सेंसर का डिज़ाइन सरल और उपयुक्त होना चाहिए। हमारे पास औपचारिक टीके नहीं थे: ग्राहक चाहते थे कि केतली यह निर्धारित कर सके कि उसमें कितना पानी डाला गया था।



इसके अतिरिक्त, निम्नलिखित आवश्यकताओं को आगे रखा गया था:

• माप की त्रुटि 40 मिलीलीटर से अधिक नहीं होनी चाहिए;
• 5 से 100 डिग्री सेल्सियस के पानी के तापमान पर त्रुटि नहीं बदलती है;
• माप विधि को केतली की लागत और उत्पादन की तकनीकी प्रक्रियाओं को बदलने की लागत को कम करना चाहिए।

केटल के फ्लास्क के अंदर पानी की मात्रा को मापने के तरीके को चुनने में ये आवश्यकताएं दिशा-निर्देश बन गई हैं। अंतिम बिंदु सबसे महत्वपूर्ण था, चूंकि घरेलू उपकरणों के क्षेत्र में, कीमत खरीदार की पसंद को बहुत प्रभावित करती है। हम महंगी और विदेशी ट्रिक्स का इस्तेमाल नहीं कर सकते थे।

माप विधि चयन

हमने तय किया कि स्ट्रेट गेज का उपयोग करके केतली में पानी को तौलना और डेटा को वॉल्यूम में तब्दील करने का सबसे आसान तरीका होगा। लेकिन माप के कई वैकल्पिक तरीकों का प्रस्ताव और परीक्षण करना आवश्यक था: कोई भी ग्राहक कई अलग-अलग विकल्पों का विकल्प पसंद करता है। वह पेशेवरों और विपक्षों का वजन करेगा और अंतिम निर्णय करेगा। तो अंतर्निहित भार के निर्माण के समानांतर, हमने अन्य तरीकों की जांच की और परीक्षण किया।

तुरंत फ्लोट और अल्ट्रासाउंड विधियों को छोड़ने का फैसला किया। फ्लोट निश्चित रूप से उत्पादन में नहीं जाएगा। इसके अलावा, एक फ्लोट के साथ एक केतली खरीदारों को डरा सकती है: जो पानी पीना चाहता है, जिसमें एक विदेशी वस्तु लगातार तैरती रहती है। और जल्द ही या बाद में पानी से विभिन्न अशुद्धियाँ फ्लोट पर बसना शुरू कर देंगी।

अल्ट्रासोनिक विधि को अस्वीकार कर दिया गया था क्योंकि यह उबलते पानी के दौरान काम नहीं करेगा: सेंसर गलत रीडिंग देगा।

कैपेसिटिव सेंसर

एक दिलचस्प विकल्प कैपेसिटिव विधि थी। आइए हम इस पर अधिक विस्तार से ध्यान दें।
सबसे पहले, डेवलपर्स ने संधारित्र के रूप में दो धातु प्लेटों का उपयोग करने का निर्णय लिया। हालांकि, यह रचनात्मक समाधान असफल हो गया: केतली को छूने वाला एक हाथ सिस्टम में अतिरिक्त क्षमता का परिचय देता है, और रीडिंग वास्तविक समय में "फ्लोट" करता है।

अगला, 8 और 4 मिमी के व्यास के साथ दो पीतल ट्यूबों का उपयोग किया गया था। प्रत्येक को वार्निश किया गया और फिर एक को दूसरे में डाला गया। ये ट्यूब प्लेटों का विकल्प बन गई हैं। उन्होंने एक कंडेनसर का कार्य किया, जिसकी क्षमता पानी में डूबने पर बदलनी चाहिए। इस मामले में, एक ट्यूब ने दूसरे को ढाल दिया, जो एक समाक्षीय केबल में हस्तक्षेप के खिलाफ संरक्षित था।



सेंसर स्थापित करने के लिए, केतली फ्लास्क के केंद्र में एक छेद ड्रिल किया गया था। मैं इसे किनारे के करीब रखना चाहूंगा, लेकिन केतली के नीचे की परिधि के आसपास एक हीटिंग तत्व (ट्यूबलर इलेक्ट्रिक हीटर) द्वारा इसे रोका गया था। एक 3 डी प्रिंटर पर एक ट्यूब कवर मुद्रित किया गया था। एक इंसुलेटिंग सिलिकॉन गैसकेट भी बनाया गया था, जो कि पानी के रिसाव से डिवाइस को बचाने वाला था।



जब ठंडे पानी के विभिन्न संस्करणों के साथ परीक्षण किया गया, तो सिस्टम ने ठीक से काम किया। हालांकि, जब गर्म पानी के साथ उबलते और परीक्षण किया गया, तो यह पाया गया कि वार्निश के साथ दरार हुई थी जिसके साथ पीतल की नलियां लेपित थीं। वार्निशिंग मूल रूप से एक अस्थायी समाधान था। इसके बजाय, सिलिकॉन का उपयोग करना बेहतर है। लेकिन सिलिकॉन को खाद्य उद्योग के लिए प्रमाणित करना होगा, और इससे तैयार केतली की लागत में उल्लेखनीय वृद्धि होगी। ग्राहक इसके लिए सहमत नहीं था। और हमने विधि को गैर-तकनीकी माना, क्योंकि सिलिकॉन परत को बहुत पतला बनाने की आवश्यकता है: एक मिलीमीटर के कुछ दसवें भाग, यानी वार्निश परत के बराबर। और अंत में, केतली के अंदर चिपके हुए पिन ने डिवाइस की उपस्थिति को बहुत खराब कर दिया। यह ग्लास मॉडल के अंदर विशेष रूप से भयावह लगेगा।

हमने पूरी तरह से गैर-संपर्क कैपेसिटिव विधि का भी परीक्षण किया: ग्लास बल्ब के बाहर इलेक्ट्रोड बनाए गए थे। एक अन्य कारक की खोज की गई थी जो कैपेसिटिव विधि का अंत करता है - भाप। उबलने के दौरान, प्लेटों के सामने या इलेक्ट्रोड के क्षेत्र में भाप का संघनन होता है, जिससे प्राप्त आंकड़ों की विकृति होती है। दूसरे शब्दों में, जैसे ही घनीभूत दिखाई दिया, हम तरल स्तर को मज़बूती से निर्धारित नहीं कर सकते थे।

इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी का सेंसर

दूसरा प्रयोग, यह एक सेंसर के साथ आयोजित करने का निर्णय लिया गया था जो इसकी विद्युत चालकता द्वारा पानी की मात्रा की गणना करेगा। इस तरह के सेंसर को स्थापित करने के लिए, हमने फ्लास्क की दीवार के साथ कई जोड़ी इलेक्ट्रोड के साथ एक प्लेट रखी।

ऑपरेशन का सिद्धांत काफी सरल है: पानी इलेक्ट्रोड के जोड़े में से एक में प्रवेश करता है, और उनके बीच एक विद्युत प्रवाह शुरू होता है। वर्तमान प्रवाह में किस विशेष जोड़ी के बीच का पता होने से, कोई आसानी से जल स्तर निर्धारित कर सकता है। और जितने अधिक इलेक्ट्रोड बल्ब के अंदर स्थित होंगे, वॉल्यूम माप उतना ही सटीक होगा।

नीचे दी गई तस्वीर में, एक नमूना चायदानी जिसमें एक ही बार में दो प्रकार के सेंसर होते हैं।





केतली में पानी की मात्रा को मापने के इलेक्ट्रोड विधि के मामले में, माप की सटीकता सीधे डिजाइन की लागत और जटिलता के लिए आनुपातिक है। जितना अधिक सटीकता हम प्राप्त करना चाहते हैं, उतना अधिक महंगा उत्पाद समाप्त होगा।

एक बहुत बड़ी समस्या फ्लास्क के अंदर संक्षेपण थी। वास्तविक जल स्तर के ऊपर बसे ड्रॉप और इलेक्ट्रोड को संचालित करते हैं - सेंसर ने गलत डेटा दिया। न तो हार्डवेयर और न ही सॉफ्टवेयर इस समस्या को हल कर सकता है। उसके ऊपर, एक इलेक्ट्रोड सेंसर को खाद्य उद्योग के लिए महंगे प्रमाणीकरण की आवश्यकता होगी।

तनाव नापने का यंत्र सेंसर

इसलिए, हमने एक बार में दो तरीकों को खारिज कर दिया, परीक्षणों के बाद दो और। हम वजन करने के लिए लौटते हैं: इस विधि की तुलना में कुछ सरल और अधिक सुविधाजनक के साथ आना मुश्किल है। इसलिए, हम स्ट्रेट गेज का उपयोग करके केतली को तराजू में बदल देते हैं।



टेंसोमेट्रिक पद्धति के साथ, कठिनाइयों की भी उम्मीद थी। सबसे पहले, केतली के हिस्से को सेंसरों में फिट किया जाना था, जिससे उत्पादन में नए नए साँचे में बदलाव होगा।
दूसरे, जब हमने 3 डी प्रिंटर पर सीटों के साथ शरीर के हिस्से को प्रिंट किया, सेंसर लगाए और केतली को इकट्ठा किया, तो यह स्पष्ट हो गया कि बेस स्टैंड सामान्य से अधिक कठिन प्लास्टिक से बना होना चाहिए। परीक्षणों के दौरान, सेंसर की रीडिंग थोड़ी तेज हो गई, क्योंकि केतली के लिए मानक स्टैंड थोड़ा मुड़ा हुआ था।

तीसरा, हीटिंग तत्वों द्वारा हीटिंग से सेंसर रीडिंग के बहाव की समस्या को हल करना आवश्यक था। चायदानी के शुरुआती डिज़ाइन ने चायदानी स्टैंड में सेंसर रखने की अनुमति नहीं दी, क्योंकि उन्नत मॉडल में इलेक्ट्रॉनिक्स शुरू में हैंडल में स्थित थे। तापमान के प्रभाव से, हम सफलतापूर्वक सामना करने में सक्षम थे। परीक्षणों के दौरान, सेंसर का तापमान एक पंक्ति में केतली के पांच पायलट शुरू होने के साथ अधिकतम स्वीकार्य से अधिक नहीं था।

प्रयोग के तकनीकी पक्ष से निपटने के बाद, हमने डेटा का विश्लेषण करना शुरू किया। नीचे तराजू के एडीसी की इकाइयों की समय निर्भरता का एक ग्राफ है।

1. प्रयोग की शुरुआत में, कुछ भी नहीं होता है, केतली को बंद कर दिया जाता है।
2. चोटी केतली बटन दबाने से मेल खाती है। यहां सब कुछ अधिक या कम तार्किक है: उंगली एक अल्पकालिक दबाव बनाती है, और सेंसर इसे पानी के द्रव्यमान में वृद्धि के रूप में पहचानता है।
3. हालांकि, दबाने के तुरंत बाद, रीडिंग अपने मूल स्तर पर वापस नहीं आती हैं और 1-2 ग्राम से थोड़ा बड़ा हो जाता है। हमें अभी तक इस आशय का स्पष्टीकरण नहीं मिला है। शायद टिप्पणियों में कोई अपनी स्वयं की परिकल्पना का सुझाव देगा।
4. धारा 3 पास करने के बाद, पानी का द्रव्यमान धीरे-धीरे कम हो जाता है और उबलने के समय तक यह मूल से कम हो जाता है। इस विफलता को उबलने के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है: यह माप के बाद पता चला था कि उबलते समय कम उबलते पानी को निर्धारित कार्यक्रम की तुलना में उबालने के दौरान वाष्पित हो गया था। सबसे पहले, हमें एक यांत्रिक डिजाइन दोष का संदेह था: खराब निश्चित सेंसर के कारण रीडिंग बदल सकती थी। हालांकि, सेंसर के साथ सब कुछ क्रम में था। हमने इसकी व्याख्या इस प्रकार की है: उबलते समय, पानी में घुलने वाली गैस बढ़ जाती है, माध्यम की निरंतरता टूट जाती है, यह संकुचित हो जाती है, जो अंततः सेंसर के रीडिंग को प्रभावित करती है।
5. धारा 4 और 5 के बीच बिंदु वह क्षण होता है जब हीटर बंद कर दिया जाता है और पानी ठंडा होने लगता है। ग्राफ की शुरुआत और अंत के बीच का अंतर बताता है कि पानी का हिस्सा उबल गया है। बाद के मापों से पता चला कि पांच उबलते चक्रों में, लगभग 50 ग्राम पानी वाष्पित हो गया, अर्थात। 10 ग्राम प्रति प्रारंभ।

परिणाम

यह उम्मीद की जाती है कि लोड कोशिकाओं के साथ विकल्प को ऑपरेशन में डाल दिया गया था। अब बड़े पैमाने पर उत्पादन में जाने के लिए प्रोटोटाइप को अंतिम रूप दिया जा रहा है।
लेकिन जब हम इस समस्या को हल कर रहे थे, तो कई और जमा हो गए। और वे न केवल बोर्ड, नियंत्रण कार्यक्रम और डिवाइस के डिजाइन की चिंता करते हैं, बल्कि एप्लिकेशन और सर्वर डिजाइन भी। पहले से ही दिलचस्प और गैर-मानक समाधानों के एक जोड़े हैं, लेकिन हम उनके बारे में दूसरी बार बात करेंगे।