Load cell adoption in an electronic drag force flowmeter

ABSTRACT

This research introduces the development of an electronic flowmeter based on the drag force that a body experiences when immersed in a fluid stream. Its main goal was the development of an Electronic Drag Force Flowmeter (EDFF) using a load cell, as well as the evaluation of its performance parameters. The developed flowmeter should not require specialized labor, equipments, computers or any sophisticated and complex method, providing an easy and accurate way of flow estimation. This research was carried out in the following stages (i) EDFF mechanical structure development; (ii) data acquisition system and embedded software design; and (iii) evaluation of EDFF performance parameters. EDFF has routines for instantaneous flow rate measurement, interactive calibration, and also several flow meter parameter adjustments, allowing data transmission via a RS232 protocol. The real-time flow measurement task updates values of instantaneous flow rate each seven seconds, enabling unit selection. The interactive calibration routine guides users during all calibration process showing instructions on EDFF's display. A data digital filtering procedure was implemented in an embedded software using the Grubbs' Test in order to identify and to remove outliers from the acquired data. The Method of Least Squares was also implemented in the embedded software in order to calculate the fitting model coefficients on the calibration procedure. This flowmeter is able to work from 1.94 to 7.78 dm³ s-1 with an uncertainty of ± 5.7%. The coefficient of local head loss (K) was close to 0.55 for Reynolds number values higher than 10(5). The developed EDFF is a low-cost and stand-alone system with potential for agricultural applications.

RESUMO

Este estudo apresenta o desenvolvimento de um medidor de vazão baseado na força de arraste que atua em um corpo imerso em uma corrente líquida. O principal objetivo foi o desenvolvimento de um Medidor de Vazão Eletrônico tipo Força (MVEF) utilizando célula de carga, bem como a avaliação do desempenho do equipamento. Esta pesquisa foi executada nas seguintes etapas (i) desenvolvimento da estrutura mecânica do MVEF; (ii) desenvolvimento do sistema de aquisição de dados e do software embarcado; e (iii) avaliação dos parâmetros de desempenho do MVEF. O medidor de vazão desenvolvido possibilita a transmissão de dados via serial (RS-232) e possui rotinas para medição de vazão instantânea, calibração interativa e opções para ajuste de alguns parâmetros de funcionamento. O Teste de Grubbs foi utilizado no software embarcado com a finalidade de identificar e remover dados inconsistentes do conjunto amostral, sendo, portanto, um procedimento de filtragem digital de dados. A rotina de calibração do medidor de vazão consta de um algoritmo que utiliza o Método dos Mínimos Quadrados para determinação dos coeficientes de ajuste do modelo adotado. O medidor de vazão desenvolvido opera na faixa de 1,94 a 7,78 dm³ s-1 com incerteza de ± 5,7%. O coeficiente de perda de carga localizada característico do medidor de vazão foi de aproximadamente 0,55 para condições com Número de Reynolds superior a 10(5). O medidor de vazão desenvolvido apresenta baixo custo, sendo viável para utilização em aplicações agrícolas.