طراحي و ساخت دستگاه سنجش حجم با استفاده از امواج صوتي و حذف اثر تغييرات دما در اندازه‏ گيري حجم

چكيده: در اين مقاله روشي آسان، كم‏هزينه و سريع براي اندازه­گيري حجم ارايه شده است. براي نيل به اين هدف، دستگاهي به نام حجم‏سنج اكوستيك طراحي و ساخته شده است. در اين دستگاه، اندازه­گيري حجم با استفاده از ايجاد تغييرات كوچك در حجم هوا و اندازه­گيري تغييرات فشار حاصل از آن انجام مي­شود. دياگرام بلوكي كل سيستم، دقت مبدل آنالوگ به ديجيتال، تعداد نمونه‏ها در يك دوره‏تناوب، مدت نمونه‏برداري، بررسي پاسخ فركانسي سيستم، دلايل حساس بودن سيستم به تغييرات دما و نحوه جبران آن و نمايش نمودارهاي لازم و نتيجه‏گيري مناسب موضوعاتي است كه اين مقاله به آنها پرداخته است. اين دستگاه از سه بخش كامپيوتر، كنترل كننده و محفظه مكانيكي تشكيل شده است. كامپيوتر وظيفه دريافت و پردازش اطلاعات، كنترل‏كننده وظيفه كنترل فركانس، دامنه و تقويت خروجي ميكروفون‏ها و دريافت اطلاعات از واحد مكانيكي و ارسال آنها به كامپيوتر را بر عهده دارد. محفظه مكانيكي ساختاري استوانه‏اي داشته كه جسم مورد نظر درون آن قرار ­مي‏گيرد با استفاده از يك بلندگو تغيير فشاري درون آن ايجاد و با دو عدد ميكروفون تغييرات فشار اندازه‏گيري مي‏شود. توسط الگوريتم‏هايي، اطلاعات لازم جمع‏آوري و پردازش‏هاي متفاوتي روي اطلاعات انجام مي‏شود و با استفاده از قوانين ترموديناميك، حجم جسم محاسبه مي­گردد. سرعت بالا در اندازه‏گيري، هزينه كم، سادگي و دقت قابل قبول، بارزترين ويژگي­هاي دستگاه ساخته شده است. اندازه‏گيري و تحليل‏هاي مكانيكي و الكترونيكي نشان مي‏دهد بهترين فركانس مورد استفاده 40 هرتز است كه در اين ميان محدوديت اصلي را محفظه مكانيكي ايجاد مي‏كند. دو راه براي مقابله با تغييرات دما وجود دارد يك راه كنترل دماي محيط و ديگري جبران آن است. بررسي‏هاي انجام شده نشان مي‏دهد مشكل اصلي در محفظه مكانيكي است. به اين خاطر، حسگر دما روي محفظه مكانيكي قرار گرفته و با تغييرات كند دماي محيط، اطلاعات لازم از ميكروفون‏ها و حسگر دما دريافت و ثبت شده است. اطلاعات جمع‏آوري شده پردازش شده و با استفاده از روش بهينه سازي PSO 1 تابعي استخراج شده است كه تركيب آن با سيگنال‏هاي اندازه‏گيري شده ميكروفون‏ها با دقت خوبي مي‏تواند اثر تغييرات دما را حذف نمايد به نحوي كه اندازه‏گيري مستقل از تغييرات دما داشته باشيم.