Snímač průtoku vzduchu: obvod, funkce, typy, zapojení, rozhraní a jeho aplikace

Existují různé typy senzorů, které se používají v automobilech k řízení všech operací vozidla a také k ochraně před poškozením, jako je; MAP, klepání motoru, poloha škrticí klapky, poloha vačkového hřídele , průtok vzduchu, otáčky motoru, kyslík, napětí a mnoho dalších. Mezi nimi je senzor proudění vzduchu jedním typem automobilového senzoru. První zásuvný snímač hmotnostního průtoku vzduchu byl vynalezen v roce 1996 společností DENSO. Jejich neustálý vývoj v oblasti automobilových technologií tedy vede k metodě pro automobilové díly vysoké třídy. Tento snímač detekuje množství vzduchu nasávaného do motoru vozidla a předává signál do ECU (řídící jednotka motoru). Tento článek pojednává o přehledu an senzor proudění vzduchu nebo MAF senzor, jeho fungování a jeho aplikace.

Co je snímač průtoku vzduchu?

Senzor proudění vzduchu je typ automobilového senzoru, který se používá k měření rychlosti proudění vzduchu v systému, jako je HVAC, spalovací motory a také průmyslové procesy. ECU (řídící jednotka motoru) tedy jednoduše odhadne množství paliva potřebné k udržení rovnováhy vzduchu i paliva v závislosti na vstupech v reálném čase. Alternativní název pro senzor proudění vzduchu je senzor MAF (Mass Air Flow), MAF nebo vzduchoměr, který mění množství vzduchu vstupujícího do motoru vozidla na napěťový signál pro měření jeho zatížení. Hustotu vzduchu lze navíc měnit různými faktory, jako je tlak, teplota, vlhkost a mnoho dalších.

Princip činnosti snímače průtoku vzduchu

Snímač průtoku vzduchu funguje tak, že jednoduše měří změnu odporu horkého drátu a mění jej na elektrické signály a předává je ECU (řídicí jednotce motoru). Tento signál se používá k určení množství paliva, které má být vpuštěno do motoru.

Snímač průtoku vzduchu obsahuje dva vodiče jako elektricky vyhřívaný a druhý vodič není. Kdykoli se tenký drát tohoto senzoru zahřeje na stabilní teplotu a nachází se v dráze proudění vzduchu, ochladí jej způsobem, který je jednoduše úměrný rychlosti proudění vzduchu.

Kdykoli se rozdíl teplot mezi vodiči čidla změní, čidlo automaticky zvýší nebo sníží tok proudu skrz vodič. Poté se proud přenese do ECU a změní se na napětí (nebo) frekvenci, aby se převedl na proudění vzduchu.

Schéma obvodu snímače průtoku vzduchu

Obecně je detekce proudění vzduchu velmi užitečná v různých okruzích. Níže je tedy uveden jednoduchý obvod snímače průtoku vzduchu, který se používá k detekci dostupného průtoku vzduchu. Tento okruh proudění vzduchu nepotřebuje žádné RTD (nebo) Zenerova dioda ale tento obvod používá jednoduché vlákno žárovky střídavého proudu včetně některých součástek pro detekci vzduchu. Požadované součásti pro vytvoření tohoto obvodu vzduchového senzoru zahrnují zejména; LM358 IC , LM7805, Rezistory jako; 680ohm, 100ohm, 10K a 330ohm, kondenzátor 100uF, 50k proměnný odpor , LED, 12V zdroj napájení , žárovka, propojovací kabel, tlačítko a DC ventilátor. Připojte tento obvod podle níže uvedeného obvodu.

Pracovní

Tento obvod snímače průtoku vzduchu je zobrazen níže, který se používá k detekci průtoku vzduchu. Tento obvod pracuje s 12V DC napájením. Významnou složkou používanou v tomto obvodu je vlákno žárovky, protože je odpovědné za vytváření rozdílu v napětí, kdykoli je přítomnost vzduchu. Žárovka v tomto obvodu má NTC (záporný teplotní koeficient), tedy své vlákno odpor se bude měnit nepřímo k teplotě. Jakmile je teplota vyšší, odpor vlákna je nízký.

Kdykoli ve výchozím nastavení není vzduch, hodnota odporu vlákna žárovky bude nízká kvůli určitému teplu v něm. Když z něj proudí vzduch, teplota vlákna žárovky se sníží a odpor vlákna se zvýší.

Takže v důsledku této změny v odporu se na vláknu žárovky vytvoří kolísání napětí, které je zachyceno LM358 IC a vytváří nízký signál. Tento IC je připojen v režimu komparátoru, takže porovnává vstupní napětí s referenčním napětím a odpovídajícím způsobem poskytuje výstup.
Potenciometr v tomto obvodu se používá ke kalibraci obvodu, an VEDENÝ je užitečná při indikaci proudění vzduchu a jak tlačítko, tak DC ventilátor se používají k proudění vzduchu skrz vlákno.

Typy snímačů průtoku vzduchu

Existují různé typy senzorů proudění vzduchu, které jsou popsány níže.

Objemový snímač průtoku vzduchu

Snímač objemového průtoku vzduchu se používá k měření objemového průtoku, monitorování filtru, diferenčního tlaku a detekce hladiny kapaliny. Tyto typy snímačů proudění vzduchu jsou použitelné v lékařských, čistých prostorech a filtrační technologii v klimatizačních kanálech, ventilaci, stříkacích kabinách a průmyslových kuchyních především pro monitorování filtrů a měření hladiny nebo pro řízení frekvenčních měničů.

Senzor MAF

Snímač MAF je také známý jako snímač hmotnostního průtoku vzduchu, který se používá v automobilech pro detekci hmotnostního průtoku vzduchu, který prochází motorem vozidla, a také množství vstřikovaného paliva.
Pro řídicí jednotku motoru vozidla jsou údaje o hmotnosti vzduchu vyžadovány pro vyvážení a také dodání přesné hmotnosti paliva směrem k motoru. Vzduch mění svou hustotu tlakem i teplotou. Hustota vzduchu se bude v automobilových aplikacích měnit s nadmořskou výškou, okolní teplotou a využitím nucené indukce, takže tyto senzory jsou vhodnější než senzory objemového průtoku pro rozhodování o množství nasávaného vzduchu v každém válci.

Lamelový typ snímače hmotnostního průtoku vzduchu

Snímač, který má odměřovací lopatku, která je umístěna podél směru proudícího vzduchu, je známý jako typ snímače hmotnostního průtoku vzduchu. Tento typ snímače průtoku vzduchu se používá k měření množství vzduchu, který jimi prochází.

Lopatka v tomto snímači je jednoduše připojena k pružině a umístěna ve své klidové poloze. Ale kdykoli začne proudit vzduch, lopatka se pod tlakem pružiny přemístí. Tuto výchylku lze tedy potenciometrem změnit na napěťový signál. Poté se používá k rozhodování o rychlosti proudění vzduchu.

Snímač průtoku vzduchu s horkým drátem

Tento typ snímače průtoku vzduchu se používá v několika moderních vozidlech pro měření hmotnosti vzduchu vstupujícího do motoru. Tento snímač hraje klíčovou roli v řízení a optimalizaci motoru tím, že jednoduše poskytuje informace ECU (řídící jednotce motoru) pro úpravu směsi vzduchu a paliva pro velmi účinné spalování.

Hlavní funkcí tohoto senzoru je měřit objem přiváděného vzduchu a také hustotu. Tento údaj je tedy významný hlavně pro řídící jednotku motoru, která rozhoduje o tom, kolik paliva nalít do spalovacích komor, aby byl zachován správný poměr vzduch-palivo.

Hustota vzduchu závisí hlavně na nadmořské výšce, teplotě a aplikaci nucené indukce. Tyto senzory jsou užitečnější a vhodnější pro rozhodování o množství nasávaného vzduchu v každém z válců ve srovnání s objemovými senzory průtokového typu.

Schéma zapojení snímače průtoku vzduchu

Níže je uvedeno schéma zapojení snímače průtoku vzduchu (snímač hmotnostního průtoku vzduchu), který je navržen na základě konstrukce, roku, typu, poptávky a modelu. Tato schémata zapojení jsou k dispozici ve čtyřech formách 3-vodičový, 4-vodičový a 5-vodičový. Zde tedy zapojujeme 4vodičový snímač průtoku vzduchu, který je vysvětlen v níže uvedené části.

Schéma zapojení 4vodičového snímače průtoku vzduchu má 12V kladné napájení (horký vodič), signál IAT (signál teploty nasávaného vzduchu), signál MAF a MAF GND.

12V kladný napájecí zdroj (hot-wire) je připojen k pojistce a relé v pojistkové skříni. Dále je možné připojit vodič signálu hmotnostního průtoku vzduchu k ECU vozidla. Tento signální vodič jednoduše přenáší signál snímače do ECU. Zemnící vodič snímače MAF lze použít jako společné připojení GND pro ECU i snímač vozidla.

Signální obvod snímače průtoku vzduchu může být navržen do snímače MAF pro měření velikosti proudu protékajícího snímačem a změnu tohoto přívodu proudu na napětí. Poté jej přenese do ECU vozidla přes signálový kabel MAF. Takže tento signální obvod je uzemněn samostatně. Snímač navíc obsahuje integrovaný snímač IAT, který poskytuje signál IAT k zaznamenání signálu teploty nasávaného vzduchu.

Propojení snímače průtoku vzduchu s Arduino

Senzor průtoku vzduchu (Anemometer sensor) je levný senzor s Arduino friendly. Toto čidlo se také nazývá větrné čidlo Rev. p, které má hardwarovou kompenzaci hlavně pro okolní teplotu a znamená PTC termistory. Tento senzor proudění vzduchu se používá k detekci bouří o síle hurikánu bez saturace, která se pohybuje v rozmezí 0 – 150 mph. Poskytuje výstupní snímané napětí až 3,3 V, které je nejvhodnější pro všechny rozsahy vývojové desky Arduino a mikrokontroléry.

Tento senzor funguje jednoduše metodou založenou na tepelném anemometru nebo metodou horkého drátu, která poskytuje smysl prostřednictvím ohřevu prvku a také kolísání výkonu potřebného k udržení tepla na topném prvku během proudění větru. Kdykoli se zvýší průtok vzduchu, pak náhle topné těleso ztrácí teplo a potřebuje více energie, aby se udrželo teplo. Při bezvětří zůstává topné těleso stabilní. Měří a také kreslí změny mezi proudem a výkonem protékajícím topným tělesem.

Technické specifikace tohoto snímače zahrnují zejména;

• Jeho napájecí napětí se pohybuje od 4 do 5 voltů.
• Jeho proudové napájení se pohybuje od 20 do 40 mA.
• Jeho rychlost větru se pohybuje od 0 do 60 mph.

Popis pinu:

The konfigurace pinů snímače průtoku vzduchu (nebo) větrný senzor ve verzi Rev. P je k dispozici v 5kolíkové konfiguraci, která je zobrazena níže.

• Pin GND se používá pro společné připojení GND obvodu.
• V+ pin je pin vstupního napětí senzoru a je připojen k Arduinu.
• OUT nebo Ao pin je analogový o/p signál vzduchového senzoru, který se používá pro stanovení součtu protékajícího proudu dodávaného vzduchovým senzorem.
• Pin TMP poskytuje výstup teploty, což je jednoduchý dělič napětí přes termistor a odpor. Výstup tohoto kolíku je vysoký při nižších teplotách a klesá při vysokých teplotách.
• Pin RV je referenční napětí používané pro kalibrovaný výstup. Tento pin neklesá napětí pod 1,8V ani při pokojové teplotě. Toto napětí nelze ovlivnit kalibračním potenciometrem.

Spojení tohoto rozhraní následují takto;

• Připojte GND pin tohoto senzoru k GND pinu Arduina.
• Pin V+ senzoru je připojen k pinu Vin Arduina.
• OUT piny senzoru jsou připojeny k Ao pinu Arduina.
• Pin TMP senzoru je připojen k pinu A2 Arduina.
• RV kolík snímače není připojen.

Kód

Požadovaný kód Arduino pro toto rozhraní zahrnuje následující.

const int OutPin = A0; // analogový kolík snímače větru připojený ke kolíku „OUT“ snímače větru P
const int TempPin = A2; // analogový kolík snímače teploty připojený ke kolíku „TMP“ snímače větru P
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// čtení větru
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // tisk raw A/D pro ladění
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// vzorec větru odvozený z dat aerodynamického tunelu, anemometru a některých efektních Excelových regresí
//Toto měřítko v sobě zatím nemá žádnou korekci teploty
plovoucí vítrMPH = pow((((float)windADunits – 264,0) / 85,6814), 3,36814);
Serial.print(windMPH);
Serial.print(” MPH\t”);
// temp rutina a tisk raw a temp C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // tisk raw A/D pro ladění
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// převést na volty a poté použít vzorec z datového listu
// Vout = ( TempC * 0,0195 ) + 0,400
// tempC = (Vout – V0c) / TC viz katalogový list MCP9701 pro V0c a TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5,0) / 1024,0) – 0,400) / 0,0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println(”C”);
zpoždění(750);
}

Deska Arduino je napájena 9V s externí napájecí deskou a senzor je napájen z pinu Vin desky Arduino. Nahrajte výše uvedený kód do Arduina a sledujte analogové o/p napětí a změny teploty na kolíku OUT a kolíku TMP senzoru proudění vzduchu pro detekci rychlosti větru.
Výstup analogového senzoru je logaritmický, takže senzor snímá a monitoruje extrémně malý proud vzduchu v nízkých rozsazích, i když se nenasytí při plném výkonu, dokud proud vzduchu nedosáhne přibližně 60 mph.

Napěťový signál získaný z analogového pinu (Ao pin) snímače je přímo úměrný rychlosti větru. Základní princip vzduchového senzoru je podobný konvenční technologii horkého drátu. Tato technika je tedy vynikající pro slabý vítr až střední rychlosti větru a tato metoda je vhodná pro měření směru proudění vzduchu v interiéru.

Výhody nevýhody

The výhody senzorů proudění vzduchu zahrnout následující.

• Instalace senzoru proudění vzduchu je velmi jednoduchá.
• Ty nejsou drahé.
• Tento senzor měří celkový tlak a statický tlak proudění vzduchu a průměrnou rychlost vzduchu.
• Je možné získat více možností designu.
• Údržba těchto senzorů je jednodušší kvůli nedostatku pohyblivých částí.
• Jedná se o nejběžnější typ senzoru pro měření průtoku vzduchu.

The nevýhody senzorů proudění vzduchu zahrnout následující.

• Tento snímač může být ovlivněn plynovými inkluzemi a citlivostí na vibrace, kdykoli jsou nesprávně instalovány.
• Jsou drahé ve srovnání s jinými senzory.
• Má snížený přívod vzduchu a také výkon.
• Tyto senzory potřebují kalibraci.
• Snímače průtoku vzduchu se snadno kontaminují, což vede k selhání a nesprávné funkci.
• Tento snímač způsobuje různé problémy, jako je ztráta výkonu, mírné až silné zaváhání, neomezené na hrubý volnoběh, nízká spotřeba paliva atd.
• Špatný snímač průtoku vzduchu způsobuje, že se vaše vozidlo potýká se špatnými jízdními problémy, jako je zhasínání motoru, váhání nebo trhání při zrychlování.

Aplikace/Použití

Aplikace senzorů proudění vzduchu zahrnují následující.

• Snímač průtoku vzduchu se používá pro měření a také řízení rychlosti proudění vzduchu ve ventilaci a klimatizacích.
• Tento snímač pomáhá při analýze rychlosti proudění vzduchu ve spalovacích motorech se vstřikováním paliva.
• Používá se v automobilovém, průmyslovém a komerčním průmyslu.
• Tyto senzory se často nacházejí v zařízeních analytické chemie.
• Senzor průtoku vzduchu se používá v plynové chromatografii k identifikaci sloučenin, které nejsou identifikovány.
• Tyto senzory se používají v lékařských zařízeních, chemických továrnách, testování a analytických aplikacích.
• Tento senzor se používá ke sledování údajů o rychlosti toku jak v procesu vstřikování vzorku do stroje, tak rychlosti toku v separačních kolonách.
• Aplikace snímače průtoku vzduchu je analýza rychlosti hmotnostního průtoku vzduchu ve spalovacích motorech se vstřikováním paliva.
• Vztahuje se na zařízení na analýzu plynů, ventilátory, koncentrátory kyslíku, zařízení na testování hustoty a měřicí zařízení pro měření kvality vzduchu.
• Senzor MAF se používá v motorech automobilů, aby pomohl při řízení účinnosti spalování.
• Senzor informuje počítač motoru, zda je auto na dně atmosféry nebo vysoko na vrcholu hory (nebo mezi nimi), kde je méně kyslíku.
• Tento senzor umožňuje efektivní a přesné řízení systémů HVAC.
• Tento senzor se používá ve ventilačních systémech pro monitorování dýchacího cyklu pacientů.

Tedy, toto je přehled snímače průtoku vzduchu , práce, obvod, typy, zapojení, rozhraní a jeho aplikace. Snímače průtoku vzduchu jsou vhodné pro měření a řízení přívodu vzduchu v rámci ventilace a klimatizace. Tyto senzory se velmi snadno instalují a měří celkový tlak, stacionární tlak proudění vzduchu a průměrnou rychlost vzduchu. Zde je pro vás otázka, co je průtokový senzor?