Luftflödessensor: Krets, fungerande, typer, ledningar, gränssnitt och dess tillämpningar

Det finns olika typer av sensorer som används i bilar för att kontrollera alla fordonsoperationer och även för att skydda mot skador som; KARTA, motorknackning, gasspjällsläge, kamaxelläge , luftflöde, motorhastighet, syre, spänning och många fler. Bland dem är en luftflödessensor en typ av fordonssensor. Den första plug-in luftflödessensorn uppfanns 1996 av DENSO. Så deras kontinuerliga utveckling inom fordonsteknik leder metoden för högklassiga bildelar. Denna sensor känner av mängden luft som dras in i fordonsmotorn och vidarebefordrar en signal till ECU (motorstyrenhet). Den här artikeln diskuterar en översikt av en luftflödessensor eller MAF-sensor, dess funktion och dess tillämpningar.

Vad är en luftflödessensor?

En luftflödessensor är en typ av bilsensor som används för att mäta luftflödets hastighet i ett system som HVAC, förbränningsmotorer och även industriella processer. Så ECU (motorstyrenhet) uppskattar helt enkelt mängden bränslemassa som krävs för att hålla både luft och bränsle i balans beroende på realtidsinmatningarna. Ett alternativt namn för en luftflödessensor är MAF (Mass Air Flow) sensor, MAF eller luftmätare som ändrar mängden luft som kommer in i fordonets motor till en spänningssignal för att mäta dess belastning. Dessutom kan luftdensiteten ändras av olika faktorer som tryck, temperatur, luftfuktighet och många fler.

Luftflödessensor arbetsprincip

En luftflödessensor fungerar genom att helt enkelt mäta variationen inom motståndet hos en het tråd och ändra den till elektriska signaler och skicka den till ECU (motorstyrenhet). Denna signal används för att bestämma mängden bränsle som ska infunderas i motorn.

Luftflödessensorn inkluderar två ledningar som elektriskt uppvärmda och den andra ledningen inte. Närhelst en tunn tråd av denna sensor värms upp till en stabil temperatur och placeras i luftflödesbanan kyler den ner den på ett sätt som är proportionellt helt enkelt mot luftflödets hastighet.

Närhelst skillnaden i temperatur mellan givarledningarna varierar, ökar eller minskar sensorn automatiskt strömflödet genom kabeln. Därefter överförs strömmen till ECU:n och ändras till spänning (eller) frekvens för att översätta den till luftflöde.

Kretsdiagram för luftflödessensor

I allmänhet är luftflödesdetektion mycket användbar i olika kretsar. Så en enkel luftflödessensorkrets visas nedan som används för att detektera tillgängligt luftflöde. Denna luftflödeskrets behöver ingen RTD (eller) Zenerdiod men den här kretsen använder en enkel AC-glödtråd inklusive några komponenter för att detektera luften. De komponenter som krävs för att göra denna luftsensorkrets inkluderar huvudsakligen; LM358 IC , LM7805, Motstånd tycka om; 680ohm, 100ohm, 10K & 330ohm, 100uF kondensator, 50k variabelt motstånd , LED, 12V strömförsörjning , glödlampa, bygelkabel, tryckknapp och DC-fläkt. Anslut denna krets enligt nedanstående krets.

Arbetssätt

Denna luftflödessensorkrets visas nedan som används för att detektera luftflödet. Denna krets fungerar med en 12V DC-försörjning. Den betydande komponenten som används i denna krets är glödtråden eftersom den är ansvarig för att göra en skillnad i spänning när det finns luft. Glödtråden i denna krets har NTC (negativ temperaturkoefficient), så dess glödtråd motstånd kommer att ändras omvänt mot temperaturen. När temperaturen väl är högre, då är filamentresistansen låg.

När det inte finns någon luft som standard, kommer glödtrådens resistansvärde att vara lågt på grund av viss värme i den. När luftflödet tillförs från den sjunker temperaturen på glödtråden och glödtrådens motstånd kommer att öka.

Så på grund av denna förändring inom resistansen produceras en spänningsvariation över glödtråden som fångas upp av LM358 IC och producerar en låg signal. Denna IC är ansluten i komparatorläge så att den jämför ingångsspänningen genom referensspänningen och ger utgången på motsvarande sätt.
En potentialmätare i denna krets används för att kalibrera kretsen, en LED är användbart för att indikera luftflöde, och både tryckknappen och en DC-fläkt används för att strömma lufttillförseln genom glödtråden.

Typer av luftflödessensorer

Det finns olika typer av luftflödessensorer som diskuteras nedan.

Volymluftflödessensor

Volymluftflödessensor används för att mäta volymflöde, filterövervakning, differenstryck och vätskenivådetektering. Dessa typer av luftflödessensorer är applicerbara i ett medicinskt, renrum och filterteknik inom luftkonditioneringskanaler, ventilation, sprutboxar & industrikök främst för övervakning av filter & nivåmätning eller för att styra frekvensomformare.

MAF-sensor

MAF-sensor är också känd som en massluftflödessensor som används i bilar för att detektera massflödet av luft som går genom motorn på ett fordon samt mängden bränsleinsprutning.
För fordonets motorstyrenhet krävs luftmassadata för att balansera och även leverera den exakta bränslemassan mot motorn. Luften kommer att ändra sin densitet genom tryck såväl som temperatur. Luftdensiteten kommer att förändras inom fordonsapplikationer, med höjden, omgivningstemperaturen och utnyttjandet av forcerad induktion, så dessa sensorer är mer lämpade jämfört med volymetriska flödessensorer för att bestämma mängden insugningsluft i varje cylinder.

Vinkeltyp Luftmassemätare

Sensorn som har en uppmätt skovel som är placerad längs den strömmande luftriktningen är känd som en typ av massluftflödessensor. Denna typ av luftflödessensor används för att mäta mängden luft som passerar genom dem.

Vingen i denna sensor är helt enkelt ansluten till en fjäder och placerad i sitt viloläge. Men när luften börjar strömma, kommer vingen att flyttas under fjädertrycket. Så denna avböjning kan ändras till spänningssignalen med hjälp av en potentiometer. Därefter används den för att bestämma luftflödets hastighet.

Hot-Wire luftflödessensor

Denna typ av luftflödessensor används i flera moderna fordon för att mäta luftmassan som kommer in i motorn. Denna sensor spelar en nyckelroll i motorstyrning och optimering genom att helt enkelt tillhandahålla information till ECU (motorstyrenhet) för att justera blandningen av luft-bränsle för mycket effektiv förbränning.

Huvudfunktionen hos denna sensor är att mäta den inkommande luftvolymen samt densiteten. Så dessa data är huvudsakligen viktiga för motorstyrenheten för att bestämma hur mycket bränsle som ska infunderas i förbränningskamrarna för att bibehålla rätt luft-bränsleförhållande

Luftdensiteten beror huvudsakligen på höjd, temperatur och forcerad induktionsapplikation. Dessa sensorer är mer användbara och lämpliga för att bestämma mängden luftintag i var och en av cylindrarna jämfört med sensorer av volymflödestyp.

Kopplingsschema för luftflödessensor

Kopplingsschemat för luftflödesgivaren (luftmassagivare) visas nedan som är utformat utifrån konstruktion, år, typ, behov & modell. Dessa kopplingsscheman finns i fyra former 3-trådar, 4-trådar och 5-trådar. Så här kopplar vi en 4-tråds luftflödessensor som förklaras i avsnittet nedan.

Kopplingsschemat för 4-tråds luftflödessensorn har en 12V positiv strömförsörjning (hot-wire), IAT-signal (Intake Air Temperature Signal), MAF-signal och MAF GND.

En 12V positiv strömförsörjning (hot-wire) är ansluten till en säkring och ett relä i säkringsdosan. Därefter kan massluftflödessignalkabeln anslutas till fordonets ECU. Denna signaltråd överför helt enkelt sensorsignalen till ECU:n. MAF-sensorns jordledning kan användas som en gemensam GND-anslutning för både ECU och fordonets sensor.

Signalkretsen för luftflödessensorn kan utformas i MAF-sensorn för att mäta mängden strömmande ström genom sensorn och ändra denna strömtillförsel till spänning. Efter det överför den det till fordonets ECU genom MAF-signalkabeln. Så denna signalkrets är jordad separat. Dessutom inkluderar sensorn en integrerad IAT-sensor, som ger IAT-signalen för att upptäcka insugningsluftens temperatursignal.

Luftflödessensor gränssnitt med Arduino

Luftflödessensorn (Anemometer sensor) är en lågprissensor med Arduino-vänlig. Denna sensor kallas även vindsensor Rev. p som har hårdvarukompensation främst för omgivningstemperatur & står för PTC termistorer. Denna luftflödessensor används för att upptäcka orkankraftiga stormar exklusive mättande som sträcker sig från 0 – 150 Mph stormar. Den ger upp till 3,3V utmatningsspänning som är mest lämplig för alla områden av Arduino utvecklingskort & mikrokontroller.

Denna sensor fungerar helt enkelt med termisk vindmätarebaserad metod eller varmtrådsmetod som ger känsla genom att värma ett element samt den effektvariation som krävs för att upprätthålla värmen på värmeelementet under hela vindflödet. Närhelst luftflödet ökar tappar värmeelementet plötsligt värme och behöver mer kraft för att hålla värmen. När det inte blåser förblir värmeelementet stabilt. Således mäter och ritar den också variationen mellan strömmen och kraften som flyter genom värmeelementet.

De tekniska specifikationerna för denna sensor inkluderar huvudsakligen;

• Dess spänningsförsörjning sträcker sig från 4 till 5 volt.
• Strömförsörjningen sträcker sig från 20 till 40mA.
• Dess vindhastighet varierar från 0 till 60 mph.

Pin Beskrivning:

De stiftkonfiguration för luftflödessensorn (eller) vindsensor i Rev. P-versionen finns tillgänglig i en 5-stiftskonfiguration som visas nedan.

• GND-stiftet används för den gemensamma GND-anslutningen av kretsen.
• V+-stift är sensorns inspänningsstift och är anslutet till Arduino.
• OUT eller Ao-stift är den analoga o/p-signalen från luftsensorn som används för att bestämma summan av strömtillförseln genom luftsensorn.
• TMP-stiftet ger temperaturutgången som är en enkel spänningsdelare genom såväl en termistor som ett motstånd. Utsignalen från detta stift är hög vid lägre temperaturer och minskar vid höga temperaturer.
• RV-stiftet är referensspänningen som används för den kalibrerade utgången. Detta stift tappar inte spänning under 1,8V även vid rumstemperatur. Denna spänning kan inte påverkas av kalibreringspotentiometern.

Anslutningarna för detta gränssnitt följer som;

• Anslut denna sensors GND-stift till Arduinos GND-stift.
• Sensorns V+-stift är anslutet till Vin-stiftet på Arduino.
• Sensorns OUT-stift är anslutna till Ao-stiftet på Arduino.
• Sensorns TMP-stift är anslutet till A2-stiftet på Arduino.
• Sensorns RV-stift är inte anslutet.

Koda

Den obligatoriska Arduino-koden för detta gränssnitt inkluderar följande.

const int OutPin = A0; // vindsensor analogt stift anslutet till Wind P sensor “OUT” stift
const int TempPin = A2; // temp sensor analog stift ansluten till Wind P sensor “TMP” stift
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// läs vind
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // skriv ut rå A/D för felsökning
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// vindformel härledd från vindtunneldata, vindmätare och några snygga Excel-regressioner
//Denna skalning har ingen temperaturkorrigering ännu
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Serial.print(windMPH);
Serial.print(” MPH\t”);
// temp rutin och print raw och temp C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // skriv ut rå A/D för felsökning
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// konvertera till volt använd sedan formeln från databladet
// Vout = ( TempC * .0195 ) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC se MCP9701 datablad för V0c och TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5.0) / 1024.0) – 0.400) / .0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println(”C”);
fördröjning(750);
}

Arduino-kortet drivs med 9V med ett externt strömkort och sensorn drivs från Arduino-kortets Vin-stift. Ladda upp ovanstående kod till Arduino och övervaka den analoga o/p-spänningen och temperaturförändringarna på OUT-stiftet och TMP-stiftet på luftflödessensorn för att detektera vindhastigheten.
Utsignalen från den analoga sensorn är logaritmisk så sensorn tar upp och övervakar extremt lite luftflöde vid låga intervall även om den inte kommer att mättas med full effekt förrän luftflödet når cirka 60 mph.

Spänningssignalen som erhålls från sensorns analoga stift (Ao-stift) är proportionell direkt mot vindhastigheten. Den grundläggande principen för luftsensorn liknar konventionell hettrådsteknik. Så denna teknik är enastående för låg vind till måttliga vindhastigheter och denna metod är lämplig för att mäta riktningen för inomhusluftflödet.

Fördelar & nackdelar

De fördelarna med luftflödessensorer inkluderar följande.

• Luftflödessensorn är mycket enkel att installera.
• Dessa är inte dyra.
• Denna sensor mäter hela trycket och det statiska luftflödestrycket och den genomsnittliga lufthastigheten.
• Fler designalternativ är tillgängliga.
• Dessa sensorer är enklare att underhålla på grund av bristen på rörliga delar.
• Detta är den vanligaste typen av sensor att använda för att mäta luftflödet.

De nackdelar med luftflödessensorer inkluderar följande.

• Denna sensor kan påverkas av gasinneslutningar och vibrationskänslighet när de är felaktigt installerade.
• Dessa är dyra jämfört med andra sensorer.
• Den har reducerat luftintag och även prestanda.
• Dessa sensorer behöver kalibreras.
• Luftflödessensorer förorenas lätt, vilket leder till fel och funktionsfel.
• Denna sensor orsakar olika problem som effektförlust, mild till svår tvekan, inte begränsad till grov tomgång, dålig bränsleekonomi, etc.
• En dålig luftflödessensor gör att ditt fordon får problem med dålig körbarhet som att motorn stannar, tvekar eller rycker i accelerationen.

Applikationer/Användningar

Tillämpningarna av luftflödessensorer inkluderar följande.

• Luftflödessensor används för att mäta och även styra luftflödets hastighet inom ventilation och luftkonditionering.
• Denna sensor hjälper till att analysera luftflödeshastigheten i bränsleinsprutade förbränningsmotorer.
• Det används i fordons-, industri- och kommersiella tillämpningar.
• Dessa sensorer finns ofta i analytisk kemiutrustning.
• Luftflödessensor används i gaskromatografi för att identifiera föreningar som inte är identifierade.
• Dessa sensorer används i medicinsk utrustning, kemiska fabriker, testning och analytiska tillämpningar.
• Denna sensor används för att spåra flödeshastighetsdata för både injektionsproceduren för provet in i maskinen och flödeshastigheterna genom separationskolonnerna.
• Tillämpningen av en luftflödessensor är massflödeshastighetsanalysen för luft i bränsleinsprutade förbränningsmotorer.
• Det gäller gasanalysanordningar, ventilatorer, syrekoncentratorer, densitetstestanordningar och mätanordningar för luftkvalitetsprovtagare.
• En MAF-sensor används i bilmotorer för att hjälpa till att kontrollera förbränningseffektiviteten.
• Sensorn talar om för motordatorn om bilen är på botten av atmosfären eller högt uppe på en bergstopp (eller däremellan) där det finns mindre syre.
• Denna sensor möjliggör effektiv och exakt styrning av VVS-system.
• Denna sensor används i ventilationssystem för att övervaka patienternas andningscykel.

Detta är alltså en översikt över luftflödessensorn , arbete, krets, typer, ledningar, gränssnitt och dess tillämpningar. Luftflödessensorer är lämpliga för mätning och kontroll av lufttillförsel inom ventilation och AC. Dessa sensorer är mycket enkla att installera och mäter hela trycket, det stationära luftflödestrycket och den genomsnittliga lufthastigheten. Här är en fråga till dig, vad är en flödessensor?