Có nhiều loại cảm biến được sử dụng trong ô tô để điều khiển mọi hoạt động của xe và cũng để bảo vệ khỏi những hư hỏng như; MAP, tiếng gõ động cơ, vị trí bướm ga, vị trí trục cam , lưu lượng không khí, tốc độ động cơ, lượng oxy, điện áp và nhiều thông số khác. Trong số đó, cảm biến luồng không khí là một loại cảm biến ô tô. Cảm biến lưu lượng không khí dạng plug-in đầu tiên được DENSO phát minh vào năm 1996. Vì vậy, sự phát triển không ngừng của họ trong công nghệ ô tô đang dẫn đầu phương pháp sản xuất phụ tùng ô tô cao cấp. Cảm biến này phát hiện lượng không khí được hút vào động cơ xe và chuyển tín hiệu đến ECU (bộ điều khiển động cơ). Bài viết này thảo luận tổng quan về một Cảm biến dòng không khí hoặc cảm biến MAF, hoạt động và ứng dụng của nó.
Cảm biến lưu lượng không khí là gì?
Cảm biến luồng không khí là một loại cảm biến ô tô được sử dụng để đo tốc độ của luồng không khí trong toàn bộ hệ thống như HVAC, động cơ đốt trong và cả các quy trình công nghiệp. Vì vậy, ECU (bộ điều khiển động cơ) chỉ cần ước tính khối lượng nhiên liệu cần thiết để duy trì sự cân bằng không khí cũng như nhiên liệu tùy thuộc vào đầu vào thời gian thực. Tên thay thế của cảm biến luồng không khí là cảm biến MAF (Lưu lượng không khí lớn), MAF hoặc đồng hồ đo không khí thay đổi lượng không khí đi vào động cơ của xe thành tín hiệu điện áp để đo tải của nó. Ngoài ra, mật độ không khí có thể bị thay đổi bởi nhiều yếu tố khác nhau như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, v.v.
Nguyên lý làm việc của cảm biến luồng không khí
Cảm biến luồng không khí hoạt động bằng cách đơn giản đo sự thay đổi trong điện trở của dây nóng và chuyển nó thành tín hiệu điện và truyền đến ECU (bộ điều khiển động cơ). Tín hiệu này dùng để xác định lượng nhiên liệu cần bơm vào động cơ.
Cảm biến luồng khí bao gồm hai dây như được làm nóng bằng điện và dây còn lại thì không. Bất cứ khi nào một dây mỏng của cảm biến này được làm nóng ở nhiệt độ ổn định và nằm trong đường dẫn luồng khí thì nó sẽ làm mát nó theo cách tỷ lệ thuận với tốc độ của luồng khí.
Bất cứ khi nào chênh lệch nhiệt độ giữa các dây cảm biến thay đổi, cảm biến sẽ tự động tăng hoặc giảm dòng điện chạy qua dây. Sau đó, dòng điện được truyền vào ECU và thay đổi thành tần số điện áp (hoặc) để chuyển thành luồng không khí.
Sơ đồ mạch cảm biến lưu lượng khí
Nói chung, việc phát hiện luồng không khí rất hữu ích trong các mạch khác nhau. Vì vậy, một mạch cảm biến lưu lượng không khí đơn giản được hiển thị bên dưới được sử dụng để phát hiện luồng không khí có sẵn. Mạch luồng khí này không cần bất kỳ RTD (hoặc) nào Điốt Zener nhưng mạch này sử dụng dây tóc bóng đèn AC đơn giản bao gồm một số thành phần để phát hiện không khí. Các thành phần cần thiết để tạo nên mạch cảm biến không khí này chủ yếu bao gồm; IC LM358 , LM7805, Điện trở giống; 680ohm, 100ohm, 10K & 330ohm, tụ điện 100uF, 50k biến trở , đèn LED, 12V Nguồn cấp , bóng đèn sợi đốt, dây nhảy, nút ấn và quạt DC. Kết nối mạch này theo mạch dưới đây được hiển thị.
Đang làm việc
Mạch cảm biến luồng không khí này được hiển thị bên dưới, được sử dụng để phát hiện luồng không khí. Mạch này hoạt động với nguồn điện DC 12V. Thành phần quan trọng được sử dụng trong mạch này là dây tóc bóng đèn vì nó chịu trách nhiệm tạo ra sự khác biệt về điện áp mỗi khi có không khí. Dây tóc bóng đèn trong mạch này có NTC (hệ số nhiệt độ âm), do đó dây tóc của nó sức chống cự sẽ tỉ lệ nghịch với nhiệt độ. Khi nhiệt độ cao hơn thì điện trở dây tóc sẽ thấp.
Bất cứ khi nào không có không khí theo mặc định, giá trị điện trở của dây tóc bóng đèn sẽ thấp do có một lượng nhiệt bên trong nó. Khi luồng không khí cung cấp từ nó, nhiệt độ của dây tóc bóng đèn giảm và điện trở dây tóc sẽ tăng lên.
Vì vậy, do sự thay đổi điện trở này, một sự thay đổi điện áp được tạo ra trên dây tóc bóng đèn được IC LM358 bắt giữ và tạo ra tín hiệu thấp. IC này được kết nối ở chế độ so sánh nên nó so sánh điện áp đầu vào thông qua điện áp tham chiếu & cung cấp đầu ra tương ứng.
Một chiết áp trong mạch này được sử dụng để hiệu chỉnh mạch, một DẪN ĐẾN rất hữu ích trong việc biểu thị luồng không khí và cả nút ấn và quạt DC đều được sử dụng để truyền nguồn cung cấp không khí qua dây tóc.
Các loại cảm biến lưu lượng không khí
Có nhiều loại cảm biến luồng không khí khác nhau được thảo luận dưới đây.
Cảm biến lưu lượng không khí
Cảm biến lưu lượng không khí thể tích được sử dụng để đo lưu lượng thể tích, giám sát bộ lọc, phát hiện chênh lệch áp suất và mức chất lỏng. Những loại cảm biến luồng không khí này được áp dụng trong y tế, phòng sạch và công nghệ lọc trong ống dẫn điều hòa không khí, thông gió, buồng phun & bếp công nghiệp, chủ yếu để theo dõi bộ lọc và đo mức hoặc để điều khiển bộ biến tần.
Cảm biến MAF
Cảm biến MAF còn được gọi là cảm biến lưu lượng không khí khối được sử dụng trong ô tô để phát hiện tốc độ dòng không khí đi qua động cơ của xe cũng như lượng phun nhiên liệu.
Đối với bộ điều khiển động cơ của xe, cần có dữ liệu về khối lượng không khí để cân bằng và cung cấp khối lượng nhiên liệu chính xác cho động cơ. Không khí sẽ thay đổi mật độ của nó thông qua áp suất cũng như nhiệt độ. Mật độ không khí sẽ thay đổi trong các ứng dụng ô tô, với độ cao, nhiệt độ môi trường và việc sử dụng cảm ứng cưỡng bức, vì vậy những cảm biến này phù hợp hơn so với cảm biến lưu lượng thể tích để quyết định lượng khí nạp vào mỗi xi lanh.
Cảm biến lưu lượng khí lớn loại cánh gạt
Cảm biến có một cánh đo được đặt dọc theo hướng luồng không khí chảy được gọi là một loại cảm biến lưu lượng khí khối. Loại cảm biến luồng không khí này được sử dụng để đo lượng không khí đi qua chúng.
Cánh trong cảm biến này được kết nối đơn giản với một lò xo và được bố trí ở vị trí nghỉ. Nhưng bất cứ khi nào không khí bắt đầu lưu chuyển thì cánh quạt sẽ bị dịch chuyển dưới áp suất của lò xo. Vì vậy độ lệch này có thể được thay đổi thành tín hiệu điện áp bằng chiết áp. Sau đó, nó được sử dụng để quyết định tốc độ của luồng không khí.
Cảm biến lưu lượng không khí có dây nóng
Loại cảm biến luồng không khí này được sử dụng trong một số phương tiện hiện đại để đo khối lượng không khí đi vào động cơ. Cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa động cơ bằng cách cung cấp thông tin đơn giản cho ECU (bộ điều khiển động cơ) để điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu không khí để đốt cháy rất hiệu quả.
Chức năng chính của cảm biến này là đo thể tích cũng như mật độ không khí đi vào. Vì vậy, dữ liệu này có ý nghĩa chủ yếu để bộ điều khiển động cơ quyết định lượng nhiên liệu cần truyền vào buồng đốt để duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu phù hợp.
Mật độ không khí chủ yếu phụ thuộc vào độ cao, nhiệt độ và ứng dụng cảm ứng cưỡng bức. Những cảm biến này hữu ích và phù hợp hơn để quyết định lượng không khí nạp vào mỗi xi lanh so với cảm biến loại lưu lượng thể tích.
Sơ đồ nối dây cảm biến lưu lượng không khí
Sơ đồ nối dây của cảm biến lưu lượng khí (cảm biến lưu lượng khí lớn) được hiển thị bên dưới, được thiết kế dựa trên cấu trúc, năm sản xuất, loại, nhu cầu và kiểu máy. Các sơ đồ nối dây này có sẵn ở bốn dạng 3 dây, 4 dây và 5 dây. Vì vậy, ở đây chúng tôi đang nối dây cảm biến lưu lượng không khí 4 dây được giải thích trong phần bên dưới.
Sơ đồ đấu dây cảm biến lưu lượng khí 4 dây có nguồn điện dương 12V (dây nóng), tín hiệu IAT (tín hiệu nhiệt độ không khí nạp), tín hiệu MAF & MAF GND.
Nguồn điện dương 12V (dây nóng) được kết nối với cầu chì & rơle trong hộp cầu chì. Tiếp theo, dây tín hiệu lưu lượng khí lớn có thể được kết nối với ECU của xe. Dây tín hiệu này chỉ đơn giản là truyền tín hiệu cảm biến về ECU. Dây nối đất của cảm biến MAF có thể được sử dụng làm kết nối GND chung cho cả ECU và cảm biến của xe.
Mạch tín hiệu của cảm biến luồng khí có thể được thiết kế vào cảm biến MAF để đo lượng dòng điện chạy qua cảm biến và thay đổi nguồn cung cấp dòng điện này thành điện áp. Sau đó, nó truyền vào ECU của xe thông qua cáp tín hiệu MAF. Vì vậy mạch tín hiệu này được nối đất riêng. Ngoài ra, cảm biến còn bao gồm một cảm biến IAT tích hợp, cung cấp tín hiệu IAT để nhận biết tín hiệu nhiệt độ khí nạp.
Giao tiếp cảm biến lưu lượng không khí với Arduino
Cảm biến lưu lượng không khí (Cảm biến đo gió) là cảm biến giá rẻ thân thiện với Arduino. Cảm biến này còn được gọi là cảm biến gió Rev. p, có khả năng bù phần cứng chủ yếu cho nhiệt độ môi trường xung quanh và là viết tắt của điện trở nhiệt PTC. Cảm biến luồng không khí này được sử dụng để phát hiện các cơn bão có lực bão không bao gồm cơn bão bão hòa có tốc độ từ 0 – 150Mph. Nó cung cấp điện áp cảm nhận đầu ra lên tới 3,3V, phù hợp nhất cho mọi phạm vi Ban phát triển Arduino & vi điều khiển.
Cảm biến này hoạt động đơn giản bằng phương pháp dựa trên máy đo gió nhiệt hoặc phương pháp dây nóng mang lại cảm giác thông qua việc làm nóng một bộ phận cũng như sự thay đổi công suất cần thiết để duy trì nhiệt trên bộ phận nhiệt trong suốt luồng gió. Bất cứ khi nào luồng không khí tăng lên thì đột ngột bộ phận làm nóng mất nhiệt và cần nhiều năng lượng hơn để duy trì độ ấm. Khi không có gió, bộ phận làm nóng vẫn ổn định. Do đó, nó đo và rút ra sự thay đổi giữa dòng điện và dòng điện chạy qua bộ phận làm nóng.
Thông số kỹ thuật của cảm biến này chủ yếu bao gồm;
- Nguồn điện áp của nó dao động từ 4 đến 5 volt.
- Nguồn cung cấp hiện tại của nó dao động từ 20 đến 40mA.
- Tốc độ gió của nó dao động từ 0 đến 60 mph.
Mô tả ghim:
Các cấu hình chân của cảm biến luồng khí (hoặc) cảm biến gió ở phiên bản Rev. P có sẵn ở cấu hình 5 chân như minh họa bên dưới.
- Chân GND được sử dụng cho kết nối GND chung của mạch.
- Chân V+ là chân điện áp đầu vào của cảm biến và được kết nối với Arduino.
- Chân OUT hoặc Ao là tín hiệu o/p tương tự của cảm biến không khí được sử dụng để xác định tổng dòng điện cung cấp qua cảm biến không khí.
- Chân TMP cung cấp đầu ra nhiệt độ, là một bộ chia điện áp đơn giản thông qua nhiệt điện trở cũng như điện trở. Đầu ra của chân này cao ở nhiệt độ thấp hơn và giảm ở nhiệt độ cao.
- Chân RV là điện áp tham chiếu được sử dụng cho đầu ra đã hiệu chỉnh. Chân này không giảm điện áp xuống dưới 1,8V ngay cả ở nhiệt độ phòng. Điện áp này không thể bị ảnh hưởng bởi chiết áp hiệu chuẩn.
Các kết nối của giao diện này tuân theo;
- Kết nối chân GND của cảm biến này với chân GND của Arduino.
- Chân V+ của cảm biến được kết nối với chân Vin của Arduino.
- Các chân OUT của cảm biến được kết nối với chân Ao của Arduino.
- Chân TMP của cảm biến được kết nối với chân A2 của Arduino.
- Chân RV của cảm biến không được kết nối.
Mã số
Mã Arduino cần thiết cho giao diện này bao gồm những điều sau đây.
const int OutPin = A0; // chân analog của cảm biến gió được nối với chân “OUT” của cảm biến Wind P
const int TempPin = A2; // Chân analog của cảm biến nhiệt độ được nối với chân “TMP” của cảm biến Wind P
thiết lập trống () {
Serial.begin(9600);
}
vòng lặp trống () {
// đọc gió
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // in A/D thô để gỡ lỗi
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// công thức gió lấy từ dữ liệu hầm gió, máy đo gió và một số hồi quy Excel ưa thích
// Tỷ lệ này chưa có bất kỳ sự điều chỉnh nhiệt độ nào trong đó
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Serial.print(windMPH);
Serial.print(” MPH\t”);
// quy trình tạm thời và in thô và tạm thời C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // in A/D thô để gỡ lỗi
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// chuyển đổi sang volt sau đó sử dụng công thức từ biểu dữ liệu
// Vout = ( TempC * .0195 ) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC xem datasheet MCP9701 cho V0c và TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5.0) / 1024.0) – 0.400) / .0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println(”C”);
độ trễ (750);
}
Bo mạch Arduino được cấp nguồn 9V với một bo mạch nguồn bên ngoài & cảm biến được cấp nguồn từ chân Vin của bo mạch Arduino. Tải đoạn mã trên vào Arduino và theo dõi điện áp o/p tương tự cũng như những thay đổi về nhiệt độ trên chân OUT & chân TMP của cảm biến luồng khí để phát hiện tốc độ gió.
Đầu ra của cảm biến analog là logarit nên cảm biến thu nhận và giám sát rất ít luồng không khí ở phạm vi thấp mặc dù nó sẽ không bão hòa ở công suất tối đa cho đến khi luồng không khí đạt tốc độ khoảng 60 mph.
Tín hiệu điện áp thu được từ chân analog (chân Ao) của cảm biến tỷ lệ thuận với tốc độ gió. Nguyên lý cơ bản của cảm biến không khí tương tự như công nghệ dây nóng thông thường. Vì vậy, kỹ thuật này rất phù hợp với tốc độ gió thấp đến trung bình và phương pháp này phù hợp để đo hướng của luồng không khí trong nhà.
Ưu điểm và nhược điểm
Các Ưu điểm của cảm biến luồng không khí bao gồm những điều sau đây.
- Cảm biến luồng khí rất đơn giản để cài đặt.
- Những thứ này không đắt tiền.
- Cảm biến này đo toàn bộ áp suất, áp suất dòng khí tĩnh và tốc độ không khí trung bình.
- Nhiều lựa chọn thiết kế hơn có thể đạt được.
- Những cảm biến này dễ bảo trì hơn do thiếu các bộ phận chuyển động.
- Đây là loại cảm biến phổ biến nhất được sử dụng để đo lưu lượng khí.
Các Nhược điểm của cảm biến luồng khí bao gồm những điều sau đây.
- Cảm biến này có thể bị ảnh hưởng bởi tạp chất khí và độ nhạy rung bất cứ khi nào chúng được lắp đặt không đúng cách.
- Đây là những đắt tiền so với các cảm biến khác.
- Nó đã giảm lượng khí nạp và hiệu suất.
- Những cảm biến này cần hiệu chuẩn.
- Cảm biến lưu lượng không khí dễ bị nhiễm bẩn, dẫn đến hỏng hóc và trục trặc.
- Cảm biến này gây ra nhiều vấn đề khác nhau như mất điện, rung nhẹ đến nặng, không bị hạn chế ở chế độ không tải mạnh, tiết kiệm nhiên liệu kém, v.v.
- Cảm biến lưu lượng không khí kém sẽ khiến xe của bạn gặp phải các vấn đề về khả năng lái kém như động cơ chết máy, do dự hoặc giật khi tăng tốc.
Ứng dụng/Công dụng
Các ứng dụng của cảm biến luồng không khí bao gồm những điều sau đây.
- Cảm biến luồng không khí được sử dụng để đo và kiểm soát tốc độ dòng khí trong hệ thống thông gió và điều hòa không khí.
- Cảm biến này giúp phân tích tốc độ dòng khí trong động cơ đốt phun nhiên liệu.
- Nó được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, công nghiệp và thương mại.
- Những cảm biến này được tìm thấy thường xuyên trong các thiết bị hóa học phân tích.
- Cảm biến luồng khí được sử dụng trong sắc ký khí để xác định các hợp chất chưa được xác định.
- Những cảm biến này được sử dụng trong các thiết bị y tế, nhà máy hóa chất, ứng dụng thử nghiệm và phân tích.
- Cảm biến này được sử dụng để theo dõi dữ liệu tốc độ dòng chảy của cả quy trình bơm mẫu vào máy và tốc độ dòng chảy trong các cột phân tách.
- Ứng dụng của cảm biến luồng khí là phân tích tốc độ dòng khí trong động cơ đốt phun nhiên liệu.
- Nó áp dụng cho các thiết bị phân tích khí, máy thở, máy tập trung oxy, thiết bị kiểm tra mật độ và thiết bị đo lấy mẫu chất lượng không khí.
- Cảm biến MAF được sử dụng trong động cơ ô tô để giúp kiểm soát hiệu suất đốt cháy.
- Cảm biến sẽ thông báo cho máy tính động cơ biết ô tô đang ở dưới đáy bầu khí quyển hay trên đỉnh núi (hoặc ở giữa) nơi có ít oxy hơn.
- Cảm biến này cho phép điều khiển hiệu quả và chính xác các hệ thống HVAC.
- Cảm biến này được sử dụng trong hệ thống thông gió để theo dõi chu kỳ thở của bệnh nhân.
Như vậy, đây là Tổng quan về cảm biến luồng khí , làm việc, mạch điện, các loại, hệ thống dây điện, giao diện và các ứng dụng của nó. Cảm biến lưu lượng không khí thích hợp để đo lường và kiểm soát nguồn cung cấp không khí trong hệ thống thông gió và AC. Những cảm biến này rất dễ lắp đặt và đo toàn bộ áp suất, áp suất dòng khí tĩnh và tốc độ không khí trung bình. Đây là câu hỏi dành cho bạn, cảm biến lưu lượng là gì?
