Esistono vari tipi di sensori utilizzati nelle automobili per controllare tutte le operazioni del veicolo e anche per proteggerlo da danni come; MAPPA, battito in testa del motore, posizione dell'acceleratore, posizione dell'albero a camme , flusso d'aria, velocità del motore, ossigeno, tensione e molto altro. Tra questi, un sensore del flusso d'aria è un tipo di sensore automobilistico. Il primo sensore del flusso d'aria di massa plug-in è stato inventato nel 1996 da DENSO. Pertanto i loro continui sviluppi nell'ambito delle tecnologie automobilistiche stanno guidando il metodo per i ricambi auto di alta gamma. Questo sensore rileva la quantità di aria aspirata nel motore del veicolo e trasmette un segnale all'ECU (unità di controllo del motore). In questo articolo viene illustrata una panoramica di an sensore del flusso d'aria o sensore MAF, il suo funzionamento e le sue applicazioni.
Cos'è un sensore del flusso d'aria?
Un sensore del flusso d'aria è un tipo di sensore automobilistico utilizzato per misurare la velocità del flusso d'aria in un sistema come HVAC, motori a combustione e anche processi industriali. Pertanto l'ECU (unità di controllo del motore) stima semplicemente la quantità di massa di carburante necessaria per mantenere l'aria e il carburante in equilibrio a seconda degli input in tempo reale. Un nome alternativo per un sensore del flusso d'aria è sensore MAF (flusso d'aria di massa), MAF o misuratore d'aria che modifica la quantità di aria che entra nel motore del veicolo in un segnale di tensione per misurarne il carico. Inoltre, la densità dell’aria può essere modificata da vari fattori come pressione, temperatura, umidità e molti altri.
Principio di funzionamento del sensore del flusso d'aria
Un sensore del flusso d'aria funziona semplicemente misurando la variazione all'interno della resistenza di un filo caldo, trasformandola in segnali elettrici e trasmettendola all'ECU (unità di controllo del motore). Questo segnale viene utilizzato per determinare la quantità di carburante da infondere nel motore.
Il sensore del flusso d'aria include due fili come riscaldati elettricamente e l'altro filo no. Ogni volta che un filo sottile di questo sensore viene riscaldato a una temperatura stabile e posizionato nel percorso del flusso d'aria, lo raffredda in modo proporzionale semplicemente alla velocità del flusso d'aria.
Ogni volta che la differenza di temperatura tra i fili del sensore varia, il sensore aumenta o diminuisce automaticamente il flusso di corrente attraverso il filo. Successivamente, la corrente viene trasmessa all'ECU e trasformata in tensione (o) frequenza per tradurla in flusso d'aria.
Schema elettrico del sensore del flusso d'aria
In generale, il rilevamento del flusso d'aria è molto utile in vari circuiti. Di seguito è mostrato quindi un semplice circuito del sensore del flusso d'aria che viene utilizzato per rilevare il flusso d'aria disponibile. Questo circuito del flusso d'aria non necessita di RTD (o) Diodo Zener ma questo circuito utilizza un semplice filamento della lampadina AC che include alcuni componenti per il rilevamento dell'aria. I componenti richiesti per realizzare questo circuito del sensore dell'aria includono principalmente; Circuito integrato LM358 , LM7805, Resistori Piace; Condensatore da 680ohm, 100ohm, 10K e 330ohm, 100uF, 50k resistore variabile ,LED,12V Alimentazione elettrica , lampadina a incandescenza, ponticello, pulsante e ventola CC. Collegare questo circuito secondo il circuito mostrato di seguito.
Lavorando
Di seguito è mostrato il circuito del sensore del flusso d'aria che viene utilizzato per rilevare il flusso d'aria. Questo circuito funziona con un'alimentazione a 12 V CC. Il componente principale utilizzato in questo circuito è il filamento della lampadina perché è responsabile della creazione di una differenza di tensione ogni volta che è presente aria. Il filamento della lampadina in questo circuito ha l'NTC (coefficiente di temperatura negativo), quindi il suo filamento resistenza cambierà inversamente alla temperatura. Una volta che la temperatura è più alta, la resistenza del filamento è bassa.
Ogni volta che non c'è aria per impostazione predefinita, il valore di resistenza del filamento della lampadina sarà basso a causa del calore al suo interno. Quando il flusso d'aria proviene da esso, la temperatura del filamento della lampadina diminuisce e la resistenza del filamento aumenta.
Pertanto, a causa di questo cambiamento all'interno della resistenza, viene prodotta una variazione di tensione attraverso il filamento della lampadina che viene catturata dall'IC LM358 e produce un segnale basso. Questo circuito integrato è collegato in modalità comparatore, quindi confronta la tensione di ingresso con la tensione di riferimento e fornisce l'uscita di conseguenza.
Un potenziometro in questo circuito viene utilizzato per calibrare il circuito, an GUIDATO è utile per indicare il flusso d'aria e sia il pulsante che una ventola CC vengono utilizzati per far circolare l'aria in tutto il filamento.
Tipi di sensore del flusso d'aria
Esistono diversi tipi di sensori del flusso d'aria che vengono discussi di seguito.
Sensore del flusso d'aria volumetrico
Il sensore del flusso d'aria volumetrico viene utilizzato per misurare il flusso volumetrico, il monitoraggio del filtro, la pressione differenziale e il rilevamento dei livelli di liquido. Questi tipi di sensori del flusso d'aria sono applicabili in ambienti medici, camere bianche e tecnologie di filtraggio all'interno di condotti di condizionamento dell'aria, ventilazione, cabine di verniciatura e cucine industriali principalmente per il monitoraggio di filtri e la misurazione del livello o per controllare i convertitori di frequenza.
Sensore MAF
Il sensore MAF è anche noto come sensore del flusso d'aria di massa che viene utilizzato nelle automobili per rilevare la portata massica dell'aria che passa attraverso il motore di un veicolo e la quantità di carburante iniettato.
Per l'unità di controllo del motore del veicolo, i dati sulla massa d'aria sono necessari per il bilanciamento e anche per fornire la massa precisa di carburante al motore. L'aria cambierà la sua densità attraverso la pressione e la temperatura. La densità dell'aria cambierà nelle applicazioni automobilistiche, con l'altitudine, la temperatura ambiente e l'utilizzo dell'induzione forzata, quindi questi sensori sono più adatti rispetto ai sensori di flusso volumetrico per decidere la quantità di aria aspirata in ogni cilindro.
Sensore del flusso d'aria di massa di tipo a palette
Il sensore dotato di un'aletta dosata posizionata lungo la direzione del flusso dell'aria è noto come un tipo di sensore del flusso d'aria di massa. Questo tipo di sensore del flusso d'aria viene utilizzato per misurare la quantità di aria che passa attraverso di essi.
L'aletta di questo sensore è collegata semplicemente ad una molla e disposta nella sua posizione di riposo. Ma ogni volta che l'aria inizia a fluire, la pala si riposiziona sotto la pressione della molla. Quindi questa deflessione può essere modificata nel segnale di tensione utilizzando un potenziometro. Successivamente, viene utilizzato per decidere la velocità del flusso d'aria.
Sensore di flusso d'aria a filo caldo
Questo tipo di sensore del flusso d'aria viene utilizzato in diversi veicoli moderni per misurare la massa d'aria che entra nel motore. Questo sensore svolge un ruolo chiave nella gestione e nell'ottimizzazione del motore fornendo semplicemente informazioni all'ECU (unità di controllo del motore) per regolare la miscela aria-carburante per una combustione molto efficiente.
La funzione principale di questo sensore è misurare il volume dell'aria in entrata e la densità. Quindi questo dato è significativo soprattutto per la centralina controllo motore per decidere quanto carburante infondere nelle camere di combustione per mantenere il giusto rapporto aria-carburante
La densità dell'aria dipende principalmente dall'altitudine, dalla temperatura e dall'applicazione di induzione forzata. Questi sensori sono più utili e adatti per decidere la quantità di aria aspirata in ciascuno dei cilindri rispetto ai sensori di flusso volumetrico.
Schema elettrico del sensore del flusso d'aria
Di seguito è mostrato lo schema elettrico del sensore del flusso d'aria (sensore del flusso d'aria di massa), progettato in base alla costruzione, all'anno, al tipo, alla domanda e al modello. Questi schemi elettrici sono disponibili in quattro forme: 3 fili, 4 fili e 5 fili. Quindi, qui stiamo collegando un sensore del flusso d'aria a 4 fili che è spiegato nella sezione seguente.
Lo schema elettrico del sensore del flusso d'aria a 4 fili ha un'alimentazione positiva da 12 V (cavo caldo), segnale IAT (segnale della temperatura dell'aria aspirata), segnale MAF e MAF GND.
Un alimentatore positivo da 12 V (filo caldo) è collegato a un fusibile e a un relè all'interno della scatola dei fusibili. Successivamente, il cavo del segnale del flusso d'aria di massa può essere collegato alla ECU del veicolo. Questo cavo di segnale trasmette semplicemente il segnale del sensore alla ECU. Il filo di terra del sensore MAF può essere utilizzato come connessione GND comune sia per la ECU che per il sensore del veicolo.
Il circuito di segnale del sensore del flusso d'aria può essere progettato nel sensore MAF per misurare la quantità di corrente che scorre attraverso il sensore e trasformare questa fornitura di corrente in tensione. Successivamente lo trasmette alla ECU del veicolo attraverso il cavo di segnale MAF. Quindi questo circuito di segnale è messo a terra separatamente. Inoltre, il sensore include un sensore IAT integrato, che fornisce il segnale IAT per rilevare il segnale della temperatura dell'aria aspirata.
Sensore del flusso d'aria interfacciato con Arduino
Il sensore del flusso d'aria (sensore anemometro) è un sensore a basso costo compatibile con Arduino. Questo sensore è anche chiamato sensore del vento Rev. p che ha una compensazione hardware principalmente per la temperatura ambiente e sta per termistori PTC. Questo sensore del flusso d'aria viene utilizzato per rilevare tempeste con forza di uragano escluse quelle saturanti, che vanno da 0 a 150 miglia orarie. Fornisce una tensione di rilevamento in uscita fino a 3,3 V che è la più appropriata per tutte le gamme di Schede di sviluppo Arduino e microcontrollori.
Questo sensore funziona semplicemente con il metodo basato sull'anemometro termico o con il metodo del filo caldo che fornisce il rilevamento attraverso il riscaldamento di un elemento, nonché la variazione di potenza necessaria per mantenere il calore sull'elemento riscaldante durante il flusso del vento. Ogni volta che il flusso d'aria aumenta, improvvisamente l'elemento riscaldante perde calore e necessita di più energia per mantenersi caldo. Quando non c'è vento l'elemento riscaldante rimane stabile. Pertanto misura e traccia anche la variazione tra la corrente e la potenza che fluiscono attraverso l'elemento riscaldante.
Le specifiche tecniche di questo sensore includono principalmente;
- La sua tensione di alimentazione varia da 4 a 5 volt.
- La sua corrente di alimentazione varia da 20 a 40 mA.
- La sua velocità del vento varia da 0 a 60mph.
Descrizione del perno:
IL configurazione dei pin del sensore del flusso d'aria (o) il sensore vento nella versione Rev. P è disponibile nella configurazione a 5 pin mostrata di seguito.
- Il pin GND viene utilizzato per la connessione GND comune del circuito.
- Il pin V+ è il pin della tensione di ingresso del sensore ed è collegato ad Arduino.
- Il pin OUT o Ao è il segnale analogico o/p del sensore dell'aria che viene utilizzato per determinare la somma della corrente che scorre attraverso il sensore dell'aria.
- Il pin TMP fornisce l'uscita della temperatura che è un semplice divisore di tensione attraverso un termistore e un resistore. L'uscita di questo pin è elevata a temperature più basse e diminuisce a temperature elevate.
- Il pin RV è la tensione di riferimento utilizzata per l'uscita calibrata. Questo pin non scende di tensione sotto 1,8 V anche a temperatura ambiente. Questa tensione non può essere influenzata dal potenziometro di calibrazione.
Le connessioni di questa interfaccia sono le seguenti;
- Collega il pin GND di questo sensore al pin GND di Arduino.
- Il pin V+ del sensore è collegato al pin Vin di Arduino.
- I pin OUT del sensore sono collegati al pin Ao di Arduino.
- Il pin TMP del sensore è collegato al pin A2 di Arduino.
- Il pin RV del sensore non è collegato.
Codice
Il codice Arduino richiesto per questa interfaccia include quanto segue.
const int PinOut = A0; // Pin analogico del sensore vento collegato al pin “OUT” del sensore Vento P
const int TempPin = A2; // Pin analogico del sensore temperatura collegato al pin “TMP” del sensore Vento P
impostazione nulla() {
Serial.begin(9600);
}
ciclo vuoto() {
// leggi il vento
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // stampa A/D grezzo per il debug
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// formula del vento derivata dai dati della galleria del vento, dall'anemometro e da alcune fantasiose regressioni Excel
//Questo ridimensionamento non contiene ancora alcuna correzione della temperatura
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Stampa.seriale(windMPH);
Serial.print(”MPH\t”);
// routine temporanea e stampa raw e temp C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // stampa A/D grezzo per il debug
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// converte in volt quindi utilizza la formula dalla scheda tecnica
// Vout = ( TempC * .0195 ) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC vedere la scheda tecnica MCP9701 per V0c e TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5.0) / 1024.0) – 0.400) / .0195;
Stampa.seriale(tempC);
Serial.println(” C”);
ritardo(750);
}
La scheda Arduino è alimentata a 9 V con una scheda di alimentazione esterna e il sensore è alimentato dal pin Vin della scheda Arduino. Carica il codice sopra in Arduino e monitora la tensione o/p analogica e le variazioni di temperatura sul pin OUT e sul pin TMP del sensore del flusso d'aria per rilevare la velocità del vento.
L'uscita del sensore analogico è logaritmica, quindi il sensore rileva e monitora un flusso d'aria estremamente ridotto a basse portate, anche se non si saturerà a potenza completa finché il flusso d'aria non raggiunge circa 60 miglia all'ora.
Il segnale di tensione ottenuto dal pin analogico (pin Ao) del sensore è direttamente proporzionale alla velocità del vento. Il principio fondamentale del sensore dell'aria è simile alla tradizionale tecnologia a filo caldo. Quindi questa tecnica è eccezionale per velocità del vento da basse a moderate e questo metodo è appropriato per misurare la direzione del flusso d'aria interno.
Vantaggi e svantaggi
IL vantaggi dei sensori del flusso d'aria include il seguente.
- Il sensore del flusso d'aria è molto semplice da installare.
- Questi non sono costosi.
- Questo sensore misura la pressione complessiva, la pressione statica del flusso d'aria e la velocità media dell'aria.
- Sono ottenibili ulteriori opzioni di progettazione.
- Questi sensori sono più semplici da manutenere grazie alla mancanza di parti mobili.
- Questo è il tipo più comune di sensore da utilizzare per misurare il flusso d'aria.
IL svantaggi dei sensori del flusso d'aria include il seguente.
- Questo sensore può essere influenzato da inclusioni di gas e sensibilità alle vibrazioni se installato in modo improprio.
- Questi sono costosi rispetto ad altri sensori.
- Ha una presa d'aria ridotta e anche prestazioni.
- Questi sensori necessitano di calibrazione.
- I sensori del flusso d'aria si contaminano facilmente, causando guasti e malfunzionamenti.
- Questo sensore causa vari problemi come perdita di potenza, esitazione da lieve a grave, non limitata al minimo irregolare, scarso risparmio di carburante, ecc.
- Un sensore del flusso d'aria difettoso fa sì che il tuo veicolo si trovi ad affrontare problemi di scarsa guidabilità come lo stallo del motore, l'esitazione o gli scatti in accelerazione.
Applicazioni/Utilizzi
Le applicazioni dei sensori del flusso d'aria includono quanto segue.
- Il sensore del flusso d'aria viene utilizzato per misurare e controllare anche la velocità del flusso d'aria all'interno della ventilazione e dei condizionatori d'aria.
- Questo sensore aiuta ad analizzare la velocità del flusso d'aria all'interno dei motori a combustione a iniezione di carburante.
- Viene utilizzato in applicazioni automobilistiche, industriali e commerciali.
- Questi sensori si trovano frequentemente nelle apparecchiature di chimica analitica.
- Il sensore del flusso d'aria viene utilizzato nella gascromatografia per identificare i composti che non sono identificati.
- Questi sensori vengono utilizzati in dispositivi medici, fabbriche chimiche, test e applicazioni analitiche.
- Questo sensore viene utilizzato per tracciare i dati sulla velocità del flusso sia della procedura di iniezione del campione nella macchina che delle velocità del flusso attraverso le colonne di separazione.
- L'applicazione di un sensore del flusso d'aria è l'analisi della velocità del flusso di massa dell'aria nei motori a combustione ad iniezione.
- Si applica ai dispositivi per l'analisi del gas, ai ventilatori, ai concentratori di ossigeno, ai dispositivi per il test della densità e ai dispositivi di misurazione del campionatore della qualità dell'aria.
- Un sensore MAF viene utilizzato nei motori delle automobili per aiutare a controllare l'efficienza della combustione.
- Il sensore comunica al computer del motore se l'auto si trova nel fondo dell'atmosfera o in alto sulla cima di una montagna (o nel mezzo) dove c'è meno ossigeno.
- Questo sensore consente un controllo efficiente e preciso dei sistemi HVAC.
- Questo sensore viene utilizzato nei sistemi di ventilazione per monitorare il ciclo respiratorio dei pazienti.
Quindi, questo è una panoramica del sensore del flusso d'aria , funzionamento, circuito, tipi, cablaggio, interfaccia e sue applicazioni. I sensori del flusso d'aria sono appropriati per la misurazione e il controllo delle forniture d'aria all'interno di sistemi di ventilazione e aria condizionata. Questi sensori sono molto facili da installare e misurano la pressione complessiva, la pressione del flusso d'aria stazionario e la velocità media dell'aria. Ecco una domanda per te: cos'è un sensore di flusso?
