Er worden in auto's verschillende soorten sensoren gebruikt om alle voertuigoperaties te controleren en ook om te beschermen tegen schade zoals; MAP, motorklop, gasklepstand, nokkenas positie , luchtstroom, motortoerental, zuurstof, spanning en nog veel meer. Onder hen is een luchtstroomsensor een type autosensor. De eerste plug-in luchtmassameter werd in 1996 uitgevonden door DENSO. Hun voortdurende ontwikkelingen op het gebied van autotechnologieën zijn dus toonaangevend op het gebied van hoogwaardige auto-onderdelen. Deze sensor detecteert de hoeveelheid lucht die in de voertuigmotor wordt gezogen en geeft een signaal door aan de ECU (motorregeleenheid). Dit artikel bespreekt een overzicht van een luchtstroom sensor of MAF-sensor, de werking ervan en de toepassingen ervan.
Wat is een luchtstroomsensor?
Een luchtstroomsensor is een type autosensor die wordt gebruikt om de snelheid van de luchtstroom door een systeem zoals HVAC, verbrandingsmotoren en ook industriële processen te meten. De ECU (motorregeleenheid) schat dus eenvoudigweg de hoeveelheid brandstofmassa die nodig is om zowel de lucht als de brandstof in balans te houden, afhankelijk van de realtime input. Een alternatieve naam voor een luchtstroomsensor is de MAF-sensor (Mass Air Flow), MAF of luchtmeter, die de hoeveelheid lucht die de motor van het voertuig binnenkomt, verandert in een spanningssignaal om de belasting te meten. Bovendien kan de luchtdichtheid worden veranderd door verschillende factoren, zoals druk, temperatuur, vochtigheid en nog veel meer.
Werkingsprincipe luchtstroomsensor
Een luchtstroomsensor werkt door simpelweg de variatie binnen de weerstand van een hete draad te meten en deze in elektrische signalen om te zetten en door te geven aan de ECU (motorregeleenheid). Dit signaal wordt gebruikt om de hoeveelheid brandstof te bepalen die in de motor moet worden geïnjecteerd.
De luchtstroomsensor bevat twee draden, zoals elektrisch verwarmd, en de andere draad niet. Telkens wanneer een dunne draad van deze sensor wordt verwarmd tot een stabiele temperatuur en zich in het luchtstroompad bevindt, koelt deze deze af op een manier die eenvoudigweg evenredig is aan de snelheid van de luchtstroom.
Telkens wanneer het temperatuurverschil tussen de sensordraden varieert, verhoogt of verlaagt de sensor automatisch de stroomstroom door de draad. Daarna wordt de stroom naar de ECU verzonden en omgezet in spanning (of) frequentie om deze in luchtstroom te vertalen.
Schakelschema luchtstroomsensor
Over het algemeen is luchtstroomdetectie zeer nuttig in verschillende circuits. Hieronder wordt dus een eenvoudig luchtstroomsensorcircuit weergegeven dat wordt gebruikt om de beschikbare luchtstroom te detecteren. Dit luchtstroomcircuit heeft geen RTD nodig (of) Zener diode maar dit circuit maakt gebruik van een eenvoudige AC-gloeidraad, inclusief enkele componenten voor het detecteren van de lucht. De benodigde componenten om dit luchtsensorcircuit te maken omvatten voornamelijk; LM358 IC , LM7805, Weerstanden leuk vinden; 680ohm, 100ohm, 10K & 330ohm, 100uF condensator, 50k variabele weerstand , LED, 12V stroomvoorziening , gloeilamp, verbindingsdraad, drukknop en DC-ventilator. Sluit dit circuit aan volgens het hieronder weergegeven circuit.
Werken
Hieronder wordt dit luchtstroomsensorcircuit weergegeven dat wordt gebruikt om de luchtstroom te detecteren. Dit circuit werkt met een 12V DC-voeding. Het belangrijkste onderdeel dat in dit circuit wordt gebruikt, is de gloeilampgloeidraad, omdat deze verantwoordelijk is voor het maken van een verschil in spanning wanneer er lucht aanwezig is. De gloeilampgloeidraad in dit circuit heeft de NTC (negatieve temperatuurcoëfficiënt), dus de gloeidraad weerstand zal omgekeerd veranderen in de richting van de temperatuur. Zodra de temperatuur hoger is, is de weerstand van de gloeidraad laag.
Wanneer er standaard geen lucht is, zal de weerstandswaarde van de gloeilamp laag zijn vanwege de warmte die erin zit. Wanneer er luchtstroom uit stroomt, neemt de temperatuur van de gloeidraad van de lamp af en zal de weerstand van de gloeidraad toenemen.
Door deze verandering binnen de weerstand ontstaat er dus een spanningsvariatie over de gloeidraad van de lamp, die wordt opgevangen door het LM358 IC en een laag signaal produceert. Dit IC is aangesloten in de comparatormodus, zodat het de ingangsspanning vergelijkt met de referentiespanning en de output dienovereenkomstig levert.
Een potentiometer in dit circuit wordt gebruikt om het circuit te kalibreren, een LED is handig om de luchtstroom aan te geven, en zowel de drukknop als een DC-ventilator worden gebruikt om de luchttoevoer door het filament te laten stromen.
Soorten luchtstroomsensoren
Er zijn verschillende soorten luchtstroomsensoren die hieronder worden besproken.
Volume luchtstroomsensor
De volumeluchtstroomsensor wordt gebruikt voor het meten van de volumestroom, filterbewaking, verschildruk en detectie van vloeistofniveaus. Dit soort luchtstroomsensoren zijn toepasbaar in medische, cleanroom- en filtertechnologie in airconditioningkanalen, ventilatie, spuitcabines en industriële keukens, voornamelijk voor het bewaken van filters en niveaumeting of voor het besturen van frequentieomvormers.
MAF-sensor
MAF-sensor is ook bekend als massale luchtstroomsensor die in auto's wordt gebruikt voor het detecteren van de massastroomsnelheid van lucht die door de motor van een voertuig gaat, evenals de hoeveelheid brandstofinjectie.
Voor de motorregeleenheid van het voertuig zijn de luchtmassagegevens vereist voor het balanceren en ook voor het leveren van de nauwkeurige brandstofmassa naar de motor. Lucht zal zijn dichtheid veranderen door zowel druk als temperatuur. De luchtdichtheid zal veranderen binnen automobieltoepassingen, afhankelijk van de hoogte, de omgevingstemperatuur en het gebruik van geforceerde inductie, dus deze sensoren zijn geschikter in vergelijking met luchtvolumesensoren om de hoeveelheid inlaatlucht in elke cilinder te bepalen.
Vane-type luchtmassameter
De sensor met een gemeten schoep die zich in de richting van de stromende lucht bevindt, staat bekend als een type massale luchtstroomsensor. Dit type luchtstroomsensor wordt gebruikt om de hoeveelheid lucht te meten die er doorheen gaat.
De vaan in deze sensor is eenvoudig verbonden met een veer en in de rustpositie geplaatst. Maar zodra de lucht begint te stromen, wordt de schoep onder de veerdruk verplaatst. Deze afbuiging kan dus met behulp van een potentiometer in het spanningssignaal worden omgezet. Daarna wordt het gebruikt om de snelheid van de luchtstroom te bepalen.
Hot-Wire luchtstroomsensor
Dit type luchtstroomsensor wordt in verschillende moderne voertuigen gebruikt voor het meten van de luchtmassa die de motor binnenkomt. Deze sensor speelt een sleutelrol bij het motormanagement en de optimalisatie door eenvoudigweg informatie te verstrekken aan de ECU (motorregeleenheid) om het mengsel van lucht-brandstof aan te passen voor een zeer efficiënte verbranding.
De belangrijkste functie van deze sensor is het meten van het binnenkomende luchtvolume en de dichtheid. Deze gegevens zijn dus vooral van belang voor de motorregeleenheid om te beslissen hoeveel brandstof er in de verbrandingskamers moet worden geïnjecteerd om de juiste lucht-brandstofverhouding te behouden.
De luchtdichtheid hangt voornamelijk af van de hoogte, de temperatuur en de toepassing van geforceerde inductie. Deze sensoren zijn nuttiger en geschikter voor het bepalen van de luchtinlaathoeveelheid in elk van de cilinders in vergelijking met volumetrische stromingssensoren.
Bedradingsschema luchtstroomsensor
Hieronder ziet u het bedradingsschema van de luchtstroomsensor (massaluchtstroomsensor) die is ontworpen op basis van constructie, bouwjaar, type, vraag en model. Deze bedradingsschema's zijn verkrijgbaar in vier vormen: 3-draads, 4-draads en 5-draads. Hier zijn we dus een 4-draads luchtstroomsensor aan het bedraden, die in het onderstaande gedeelte wordt uitgelegd.
Het bedradingsschema van de 4-draads luchtstroomsensor heeft een 12V positieve voeding (hot-wire), IAT-signaal (inlaatluchttemperatuursignaal), MAF-signaal en MAF GND.
Een positieve voeding van 12 V (hete draad) is aangesloten op een zekering en een relais in de zekeringkast. Vervolgens kan de massale luchtstroomsignaaldraad worden aangesloten op de ECU van het voertuig. Deze signaaldraad verzendt eenvoudigweg het sensorsignaal naar de ECU. De aardedraad van de MAF-sensor kan worden gebruikt als een gemeenschappelijke GND-aansluiting voor zowel de ECU als de sensor van het voertuig.
Het signaalcircuit van de luchtstroomsensor kan in de MAF-sensor worden ingebouwd om de hoeveelheid stroom die door de sensor stroomt te meten en deze stroomtoevoer om te zetten in spanning. Daarna verzendt het het via de MAF-signaalkabel naar de ECU van het voertuig. Dit signaalcircuit is dus afzonderlijk geaard. Bovendien bevat de sensor een geïntegreerde IAT-sensor, die het IAT-signaal levert om het signaal van de inlaatluchttemperatuur op te merken.
Luchtstroomsensor-interface met Arduino
De luchtstroomsensor (anemometersensor) is een goedkope sensor met Arduino-vriendelijk. Deze sensor wordt ook wel windsensor Rev. p genoemd, die hardwarecompensatie heeft, voornamelijk voor de omgevingstemperatuur en staat voor PTC-thermistors. Deze luchtstroomsensor wordt gebruikt om stormen met orkaankracht te detecteren, exclusief verzadiging, variërend van 0 tot 240 km per uur. Het biedt een detectiespanning van maximaal 3,3 V, wat het meest geschikt is voor alle bereiken Arduino-ontwikkelborden & microcontrollers.
Deze sensor werkt eenvoudigweg via een op thermische anemometer gebaseerde methode of hete draadmethode, die zorgt voor detectie door het verwarmen van een element, evenals de vermogensvariatie die nodig is om de warmte op het verwarmingselement te houden tijdens de windstroming. Wanneer de luchtstroom toeneemt, verliest het verwarmingselement plotseling warmte en heeft het meer kracht nodig om warm te blijven. Als er geen wind is, blijft het verwarmingselement stabiel. Zo meet en registreert het ook de variatie tussen de stroom en het vermogen dat door het verwarmingselement stroomt.
De technische specificaties van deze sensor omvatten voornamelijk;
- De voedingsspanning varieert van 4 tot 5 volt.
- De stroomtoevoer varieert van 20 tot 40 mA.
- De windsnelheid varieert van 0 tot 60 mph.
Pinbeschrijving:
De pinconfiguratie van de luchtstroomsensor (of) windsensor in Rev. P-versie is verkrijgbaar in een 5-pins configuratie, zoals hieronder weergegeven.
- De GND-pin wordt gebruikt voor de gemeenschappelijke GND-aansluiting van het circuit.
- V+ pin is de ingangsspanningspin van de sensor en is verbonden met de Arduino.
- OUT of Ao pin is het analoge o/p-signaal van de luchtsensor dat wordt gebruikt voor het bepalen van de som van de stromende stroomtoevoer door de luchtsensor.
- De TMP-pin levert de temperatuuruitvoer, een eenvoudige spanningsdeler via een thermistor en een weerstand. De output van deze pin is hoog bij lagere temperaturen en neemt af bij hoge temperaturen.
- De RV-pin is de referentiespanning die wordt gebruikt voor de gekalibreerde uitgang. Deze pin laat de spanning niet onder de 1,8 V vallen, zelfs niet bij kamertemperatuur. Deze spanning kan niet worden beïnvloed door de kalibratiepotentiometer.
De verbindingen van deze interface volgen als;
- Verbind de GND-pin van deze sensor met de GND-pin van de Arduino.
- De V+ pin van de sensor is verbonden met de Vin pin van Arduino.
- De OUT-pinnen van de sensor zijn verbonden met de Ao-pin van de Arduino.
- De TMP-pin van de sensor is verbonden met de A2-pin van de Arduino.
- De RV-pin van de sensor is niet aangesloten.
Code
De vereiste Arduino-code voor deze interface omvat het volgende.
const int UitPin = A0; // windsensor analoge pin aangesloten op Wind P-sensor “OUT” pin
const int TempPin = A2; // Analoge pin van temperatuursensor aangesloten op pin van Wind P-sensor 'TMP'.
ongeldige setup() {
Serieel.begin(9600);
}
lege lus() {
// lees wind
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serieel.print(“RW “); // print onbewerkte A/D voor foutopsporing
// Serieel.print(windADunits);
// Serieel.print(“\t”);
// windformule afgeleid van windtunnelgegevens, windmeter en enkele fraaie Excel-regressies
//Deze schaling bevat nog geen temperatuurcorrectie
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Serieel.print(windMPH);
Serieel.print(”MPH\t”);
// temp routine en print raw en temp C
int tempRawAD = analoogRead(TempPin);
// Serieel.print(“RT “); // print onbewerkte A/D voor foutopsporing
// Serieel.print(tempRawAD);
// Serieel.print(“\t”);
// converteer naar volt en gebruik vervolgens de formule uit de datasheet
// Vout = (TempC * .0195) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC zie de MCP9701 datasheet voor V0c en TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5,0) / 1024,0) – 0,400) / .0195;
Serieel.print(tempC);
Serieel.println(”C”);
vertraging(750);
}
Het Arduino-bord wordt gevoed met 9V met een extern voedingsbord en de sensor wordt gevoed via de Vin-pin van het Arduino-bord. Upload de bovenstaande code naar de Arduino en controleer de analoge o/p-spanning en temperatuurveranderingen op de OUT-pin en TMP-pin van de luchtstroomsensor om de windsnelheid te detecteren.
De output van de analoge sensor is logaritmisch, dus de sensor registreert en bewaakt extreem weinig luchtstroom bij lage bereiken, hoewel deze pas op volledig vermogen zal verzadigen als de luchtstroom ongeveer 100 km/u bereikt.
Het spanningssignaal dat wordt verkregen via de analoge pin (Ao-pin) van de sensor is rechtstreeks evenredig met de windsnelheid. Het fundamentele principe van de luchtsensor is vergelijkbaar met conventionele hittedraadtechnologie. Deze techniek is dus uitstekend geschikt voor lage tot matige windsnelheden en deze methode is geschikt om de richting van de luchtstroom binnenshuis te meten.
Voordelen nadelen
De voordelen van luchtstroomsensoren omvatten het volgende.
- De luchtstroomsensor is zeer eenvoudig te installeren.
- Deze zijn niet duur.
- Deze sensor meet de gehele druk en de statische luchtstroomdruk & de gemiddelde luchtsnelheid.
- Er zijn meer ontwerpopties verkrijgbaar.
- Deze sensoren zijn eenvoudiger te onderhouden door het ontbreken van bewegende delen.
- Dit is het meest voorkomende type sensor dat wordt gebruikt bij het meten van de luchtstroom.
De nadelen van luchtstroomsensoren omvatten het volgende.
- Deze sensor kan worden beïnvloed door gasinsluitingen en trillingsgevoeligheid wanneer deze niet op de juiste manier wordt geïnstalleerd.
- Deze zijn duur in vergelijking met andere sensoren.
- Het heeft een verminderde luchtinlaat en ook prestaties.
- Deze sensoren moeten worden gekalibreerd.
- Luchtstroomsensoren raken gemakkelijk vervuild, wat leidt tot storingen en defecten.
- Deze sensor veroorzaakt verschillende problemen, zoals vermogensverlies, milde tot ernstige aarzeling, niet beperkt tot ruw stationair draaien, laag brandstofverbruik, enz.
- Een slechte luchtstroomsensor zorgt ervoor dat uw voertuig te maken krijgt met slechte rijproblemen, zoals het afslaan van de motor, aarzeling of schokken bij het accelereren.
Toepassingen/gebruik
De toepassingen van luchtstroomsensoren omvatten het volgende.
- De luchtstroomsensor wordt gebruikt voor het meten en regelen van de luchtstroomsnelheid in ventilatie- en airconditioners.
- Deze sensor helpt bij het analyseren van de stroomsnelheid van lucht in verbrandingsmotoren met brandstofinjectie.
- Het wordt gebruikt in automobiel-, industriële en commerciële toepassingen.
- Deze sensoren worden vaak aangetroffen in analytische chemische apparatuur.
- Luchtstroomsensor wordt gebruikt bij gaschromatografie om verbindingen te identificeren die niet zijn geïdentificeerd.
- Deze sensoren worden gebruikt in medische apparaten, chemische fabrieken, testen en analytische toepassingen.
- Deze sensor wordt gebruikt om de stroomsnelheidsgegevens van zowel de injectieprocedure van het monster in de machine als de stroomsnelheden door de scheidingskolommen te traceren.
- De toepassing van een luchtstroomsensor is de massastroomsnelheidsanalyse voor lucht in verbrandingsmotoren met brandstofinjectie.
- Het is van toepassing op gasanalyseapparatuur, ventilatoren, zuurstofconcentrators, dichtheidstestapparatuur en meetapparatuur voor luchtkwaliteitsmonsters.
- Een MAF-sensor wordt gebruikt in automotoren om de verbrandingsefficiëntie te helpen beheersen.
- De sensor vertelt de motorcomputer of de auto zich op de bodem van de atmosfeer bevindt of hoog op een bergtop (of ertussenin) waar minder zuurstof is.
- Deze sensor maakt een efficiënte en nauwkeurige regeling van HVAC-systemen mogelijk.
- Deze sensor wordt gebruikt in ventilatiesystemen om de ademhalingscyclus van patiënten te monitoren.
Dit is dus het geval een overzicht van de luchtstroomsensor , werking, circuit, typen, bedrading, interfaces en de toepassingen ervan. Luchtstroomsensoren zijn geschikt voor het meten en regelen van luchttoevoer binnen ventilatie- en airconditioningsystemen. Deze sensoren zijn zeer eenvoudig te installeren en meten de gehele druk, de stationaire luchtstroomdruk en de gemiddelde luchtsnelheid. Hier is een vraag voor u: wat is een flowsensor?
