3D-printed Venturi Flow Meter

Zero-Pressure Compensated Airflow Meter & Calibration Rig

This project provides an open-source, high-precision solution for measuring air flow in ventilation systems (such as HRV/MVHR units). For approximately €100, you can build an instrument that rivals the accuracy of professional meters costing thousands of euros.

1. Project Overview

The system consists of two configurations running on the same ESP32 architecture:

The Flow Meter (DUT): Uses an active compensation fan to eliminate its own flow resistance (zero-pressure measurement).

The Test Rig (Reference): A modular 125mm wind tunnel featuring a calibrated Venturi section for reference measurements.

---

Nuldruk-gecompenseerde Luchtdebietmeter & Testbank

Dit project biedt een open-source, high-precision oplossing voor het meten van luchtdebiet in ventilatiesystemen (zoals WTW-units). Voor circa €100,- bouwt u een instrument dat qua nauwkeurigheid concurreert met professionele meters van duizenden euro's.

1. Project Overzicht

Het systeem bestaat uit twee delen die op dezelfde ESP32-basis draaien:

• De Debietmeter: Gebruikt een actieve compensatie-ventilator om de eigen weerstand te elimineren (nuldruk-meting).
• De Testbank: Een modulaire 125mm windtunnel met een gekalibreerde Venturi-sectie voor referentiemetingen.

---

2. Hardware Architectuur (ESP32-WROOM)

De schakeling gebruikt twee gescheiden I2C-bussen om adres-conflicten tussen de identieke SDP800 sensoren te voorkomen.

Pinbezetting (Pinout)

Component	Functie	ESP32 GPIO	Opmerking
I2C Bus 0	SDA / SCL	21 / 22	BME280, OLED, SDP800 #1 (Referentie)
I2C Bus 1	SDA / SCL	25 / 26	SDP800 #2 (Nuldruk sensor)
Encoder	CLK / DT / SW	2, 4, 15	Bediening menu en kalibratie
PWM Fan	Control	27	25kHz PWM signaal naar Arctic Fan

graph LR
    subgraph Controller
    ESP[ESP32-WROOM]
    end
    subgraph Bus_0
    ESP --- BME[BME280]
    ESP --- OLED[OLED]
    ESP --- SDP1[SDP800 #1]
    end
    subgraph Bus_1
    ESP --- SDP2[SDP800 #2]
    end
    subgraph Output
    ESP ---|PWM| Fan[Arctic Fan]
    end

Loading

---

3. Mechanische Opbouw (3D-Print)

De Testbank (Referentie)

De testbank is opgebouwd uit modulaire 125mm secties:

1. Inlaat: 500x500mm paneel met Ø125mm ventiel-interface.
2. Conditionering: Dubbele honingraat-gelijkrichters voor een laminair flowprofiel.
3. Meetkern: Venturi-buis (, ).
4. Aandrijving: Arctic S12038-8K server-ventilator (12V).

---

4. Rekenmethodiek & Compensatie

De nauwkeurigheid van dit systeem komt voort uit real-time compensatie van de luchtdichtheid ($$\rho$$). We gebruiken de Magnus-Tetens benadering voor de invloed van luchtvochtigheid.

Luchtdichtheid ($$\rho$$)

De dichtheid wordt berekend door de partiële drukken van droge lucht en waterdamp op te tellen:

$$\rho = \frac{p_{dry}}{R_d \cdot T} + \frac{p_{vapor}}{R_v \cdot T}$$

Volumestroom ($$Q$$)

Het debiet door de Venturi wordt berekend via:

$$Q = 3600 \cdot C_d \cdot A_{throat} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho \cdot (1 - \beta^4)}}$$

Waarin Beta ($$\beta$$) gelijk is aan:

$$\beta = \frac{D_{throat}}{D_{inlet}}$$

---

5. Installatie & Gebruik

Software Configuratie

Zorg dat de Wire bussen correct worden geïnitialiseerd in de Arduino IDE:

TwoWire I2C_0 = TwoWire(0);
TwoWire I2C_1 = TwoWire(1);

void setup() {
  I2C_0.begin(21, 22); // Hoofdbus
  I2C_1.begin(25, 26); // Secundaire bus voor nuldruk
}

Voeding

• Debietmeter: 12V 2A adapter.
• Testbank: 12V 5A adapter (vanwege de krachtige S12038 ventilator).
• Gebruik een kwalitatieve 12V->5V step-down converter voor de ESP32.

---

6. Kalibratie

1. Luchtdichtheid: Controleer of de BME280 de juiste omgevingswaarden geeft.
2. Nul-meting: Kalibreer de SDP800 sensoren bij stilstaande lucht.
3. K-factor: Gebruik de testbank om de Discharge Coefficient ($$C_d$$) van uw specifieke 3D-print te bepalen (startwaarde: 0.975).

---

Licentie

Dit project is gelicenseerd onder de MIT-licentie. Voel u vrij om het te verbeteren en te delen!

---