חיישן זרימת אוויר: מעגל, עבודה, סוגים, חיווט, ממשקים ויישומיו

ישנם סוגים שונים של חיישנים המשמשים במכוניות כדי לשלוט בכל פעולות הרכב וגם כדי להגן מפני נזק כמו; מפה, נקישת מנוע, עמדת מצערת, מצב גל זיזים , זרימת אוויר, מהירות מנוע, חמצן, מתח ועוד רבים. ביניהם, חיישן זרימת אוויר הוא סוג אחד של חיישן רכב. חיישן זרימת האוויר המונית התוסף הראשון הומצא בשנת 1996 על ידי DENSO. כך שהפיתוחים המתמשכים שלהם בתוך טכנולוגיות הרכב מובילים את השיטה לחלקי רכב בטווח גבוה. חיישן זה מזהה את כמות האוויר הנמשכת למנוע הרכב ומעביר אות ל-ECU (יחידת בקרת מנוע). מאמר זה דן בסקירה כללית של א חיישן זרימת אוויר או חיישן MAF, פעולתו והיישומים שלו.

מהו חיישן זרימת אוויר?

חיישן זרימת אוויר הוא סוג של חיישן רכב המשמש למדידת מהירות זרימת האוויר בכל מערכת כמו HVAC, מנועי בעירה וגם תהליכים תעשייתיים. אז ה-ECU (יחידת בקרת מנוע) פשוט מעריך את כמות מסת הדלק הנדרשת כדי לשמור על איזון אוויר כמו גם דלק בהתאם לתשומות בזמן אמת. שם חלופי לחיישן זרימת אוויר הוא חיישן MAF (Mass Air Flow), MAF, או מד אוויר אשר משנה את כמות האוויר הנכנסת למנוע של הרכב לאות מתח למדידת העומס שלו. בנוסף, ניתן לשנות את צפיפות האוויר על ידי גורמים שונים כמו לחץ, טמפרטורה, לחות ועוד רבים.

עקרון עבודה של חיישן זרימת אוויר

חיישן זרימת אוויר פועל על ידי מדידת השינוי בהתנגדות של חוט חם ושינויו לאותות חשמליים והעברתו ל-ECU (יחידת בקרת מנוע). אות זה משמש לקביעת כמות הדלק שיש להחדיר למנוע.

חיישן זרימת האוויר כולל שני חוטים כמו מחומם חשמלי והחוט השני לא. בכל פעם שחוט דק של חיישן זה מחומם בטמפרטורה יציבה וממוקם בנתיב זרימת האוויר, הוא מקרר אותו באופן פרופורציונלי פשוט למהירות זרימת האוויר.

בכל פעם שההבדל בטמפרטורה בין חוטי החיישן משתנה, החיישן מגביר או מקטין אוטומטית את זרימת הזרם לאורך החוט. לאחר מכן, הזרם מועבר ל-ECU ומשתנה למתח (או) לתדר כדי לתרגם אותו לזרימת אוויר.

תרשים מעגל חיישן זרימת אוויר

באופן כללי, זיהוי זרימת אוויר שימושי מאוד במעגלים שונים. אז מעגל חיישן זרימת אוויר פשוט מוצג להלן המשמש לזיהוי זרימת האוויר הזמינה. מעגל זרימת האוויר הזה לא צריך שום RTD (או) דיודת זנר אבל מעגל זה משתמש בחוט נורה AC פשוט הכולל כמה רכיבים לזיהוי האוויר. הרכיבים הנדרשים לייצור מעגל חיישן אוויר זה כוללים בעיקר; LM358 IC , LM7805, נגדים כמו; 680ohm, 100ohm, 10K & 330ohm, קבל 100uF, 50k נגד משתנה , LED, 12V ספק כוח , נורת ליבון, חוט מגשר, כפתור לחיצה ומאוורר DC. חבר מעגל זה לפי המעגל המוצג למטה.

עובד

מעגל חיישן זרימת אוויר זה מוצג להלן המשמש לזיהוי זרימת האוויר. מעגל זה עובד עם ספק 12V DC. המרכיב המשמעותי המשמש במעגל זה הוא חוט הנורה מכיוון שהוא אחראי ליצירת הבדל במתח בכל פעם שיש נוכחות אוויר. לחוט הנורה במעגל זה יש את ה-NTC (מקדם טמפרטורה שלילי), ולכן החוט שלו הִתנַגְדוּת ישתנה הפוך לכיוון הטמפרטורה. ברגע שהטמפרטורה גבוהה יותר, אז התנגדות נימה נמוכה.

בכל פעם שאין אוויר כברירת מחדל, ערך ההתנגדות של חוט הנורה יהיה נמוך בגלל חום מסוים בתוכו. כאשר זרימת אוויר מספקת ממנו טמפרטורת חוט הנורה יורדת והתנגדות החוט תגדל.

אז עקב השינוי הזה בתוך ההתנגדות, נוצרת וריאציה במתח על פני חוט הנורה אשר נתפס על ידי LM358 IC ומייצר אות נמוך. IC זה מחובר במצב השוואת כך שהוא משווה מתח כניסה דרך מתח הייחוס ומספק את הפלט בהתאם.
פוטנציומטר במעגל זה משמש לכיול המעגל, an לד שימושי בהצבעת זרימת אוויר, וגם כפתור הלחיצה וגם מאוורר DC משמשים להזרמת אספקת האוויר לאורך חוט הלהט.

סוגי חיישן זרימת אוויר

ישנם סוגים שונים של חיישני זרימת אוויר עליהם נדון להלן.

חיישן זרימת אוויר בנפח

חיישן זרימת אוויר בנפח משמש למדידת זרימת נפח, ניטור מסנן, זיהוי לחץ דיפרנציאלי ורמות נוזל. סוגים אלו של חיישני זרימת אוויר ניתנים ליישום בחדר רפואי, חדר נקי וטכנולוגיית פילטרים בתוך תעלות מיזוג אוויר, אוורור, תאי התזה ומטבחים תעשייתיים בעיקר לניטור מסננים ומדידה של מפלס או לבקרת ממירי תדר.

חיישן MAF

חיישן MAF ידוע גם כחיישן זרימת אוויר המונית המשמש במכוניות לזיהוי קצב זרימת המוני של האוויר שעובר דרך המנוע של הרכב וכן את כמות הזרקת הדלק.
עבור יחידת בקרת המנוע של הרכב, נתוני מסת האוויר נדרשים לאיזון וגם לספק את מסת הדלק המדויקת לעבר המנוע. האוויר ישנה את צפיפותו באמצעות לחץ כמו גם טמפרטורה. צפיפות האוויר תשתנה בתוך יישומי רכב, עם הגובה, טמפרטורת הסביבה והשימוש באינדוקציה מאולצת, כך שחיישנים אלו מתאימים יותר בהשוואה לחיישני זרימה נפחית כדי להחליט על כמות האוויר הנכנסת בכל צילינדר.

חיישן זרימת אוויר מסה מסוג שבשבת

החיישן שיש לו שבשבת מדודה הממוקמת לאורך כיוון האוויר הזורם ידוע כסוג של חיישן זרימת אוויר המונית. סוג זה של חיישן זרימת אוויר משמש למדידת כמות האוויר העוברת דרכם.

השבט בחיישן זה מחובר פשוט לקפיץ ומסודר במצב המנוחה שלו. אבל בכל פעם שהאוויר מתחיל לזרום, השבשבת תעבור תחת לחץ הקפיץ. אז ניתן לשנות את הסטייה הזו לאות המתח באמצעות פוטנציומטר. לאחר מכן, הוא משמש כדי להחליט על מהירות זרימת האוויר.

חיישן זרימת אוויר עם חוט חם

סוג זה של חיישן זרימת אוויר משמש במספר כלי רכב מודרניים למדידת מסת האוויר הנכנסת למנוע. חיישן זה ממלא תפקיד מפתח בניהול מנוע ואופטימיזציה על ידי מתן מידע פשוט ל-ECU (יחידת בקרת מנוע) כדי להתאים את תערובת דלק האוויר לבעירה יעילה מאוד.

תפקידו העיקרי של חיישן זה הוא למדוד את נפח האוויר הנכנס כמו גם את הצפיפות. אז הנתונים האלה משמעותיים בעיקר עבור יחידת בקרת המנוע כדי להחליט כמה דלק להחדיר לתאי הבעירה כדי לשמור על יחס אוויר-דלק נכון

צפיפות האוויר תלויה בעיקר בגובה, בטמפרטורה וביישום אינדוקציה מאולצת. חיישנים אלה מועילים יותר ומתאימים יותר להחלטה על כמות צריכת האוויר בכל אחד מהגלילים בהשוואה לחיישנים מסוג זרימה נפחית.

תרשים חיווט של חיישן זרימת אוויר

תרשים החיווט של חיישן זרימת האוויר (חיישן זרימת אוויר המונית) מוצג להלן אשר מתוכנן על סמך המבנה, השנה, הסוג, הביקוש והדגם. דיאגרמות חיווט אלה זמינות בארבע צורות של 3 חוטים, 4 חוטים ו-5 חוטים. אז, כאן אנו מחברים חיישן זרימת אוויר 4 חוטים אשר מוסבר בסעיף שלהלן.

תרשים החיווט של חיישן זרימת האוויר בעל 4 חוטים כולל אספקת חשמל חיובית של 12V (חוט חם), אות IAT (אות טמפרטורת אוויר נכנסת), אות MAF ו-MAF GND.

ספק כוח חיובי 12V (חוט חם) מחובר לנתיך ולממסר בתוך תיבת הנתיכים. לאחר מכן, ניתן לחבר את חוט האות של זרימת האוויר המונית ל-ECU של הרכב. חוט האות הזה פשוט מעביר את אות החיישן ל-ECU. חוט ההארקה של חיישן MAF יכול לשמש כחיבור GND נפוץ הן עבור ה-ECU והן עבור החיישן של הרכב.

ניתן לעצב את מעגל האותות של חיישן זרימת האוויר לתוך חיישן MAF כדי למדוד את כמות הזרם הזורם בכל החיישן ולשנות את אספקת הזרם הזו למתח. לאחר מכן, הוא משדר אותו לתוך ה-ECU של הרכב דרך כבל האות MAF. אז מעגל האות הזה מוארק בנפרד. בנוסף, החיישן כולל חיישן IAT משולב, המספק את אות IAT כדי להבחין באות טמפרטורת האוויר הנכנס.

חיישן זרימת אוויר מתממשק עם ארדואינו

חיישן זרימת האוויר (חיישן מד רוח) הוא חיישן בעלות נמוכה עם ארדואינו ידידותי. חיישן זה נקרא גם חיישן רוח Rev. p שיש לו פיצוי חומרה בעיקר לטמפרטורת הסביבה ומייצג תרמיסטורים PTC. חיישן זרימת אוויר זה משמש לזיהוי סופות בכוח הוריקן פרט לרוויה שנעה בין סופות 0 - 150 קמ'ש. הוא מספק מתח חישת פלט של עד 3.3V המתאים ביותר לכל הטווחים של לוחות פיתוח של ארדואינו & מיקרו-בקרים.

חיישן זה פועל בפשטות על ידי שיטה המבוססת על מד רוח תרמית או שיטת חוט חם המספקת תחושה החוצה דרך חימום אלמנט כמו גם את וריאציה ההספק הדרושה כדי לשמור על החום על גוף החום לאורך כל זרימת הרוח. בכל פעם שזרימת האוויר גדלה, אז לפתע גוף החימום מאבד חום וזקוק ליותר כוח כדי לשמור על חום. כשאין רוח גוף החימום נשאר יציב. כך הוא מודד וגם מצייר את השונות בין הזרם והכוח הזורם בכל גוף החימום.

המפרט הטכני של חיישן זה כולל בעיקר;

• אספקת המתח שלו נעה בין 4 ל-5 וולט.
• אספקת הזרם שלו נעה בין 20 ל-40mA.
• מהירות הרוח שלו נעה בין 0 ל-60 קמ'ש.

תיאור סיכה:

ה תצורת פינים של חיישן זרימת האוויר (או) חיישן רוח בגרסת Rev. P זמין בתצורת 5 פינים המופיעה למטה.

• סיכת ה-GND משמשת לחיבור ה-GND המשותף של המעגל.
• פין V+ הוא פין מתח הכניסה של החיישן ומחובר לארדואינו.
• OUT או Ao pin הוא אות ה-o/p האנלוגי של חיישן האוויר המשמש לקביעת סכום אספקת הזרם הזורם בכל חיישן האוויר.
• פין TMP מספק את פלט הטמפרטורה שהוא מחלק מתח פשוט דרך תרמיסטור כמו גם נגד. הפלט של סיכה זו גבוהה בטמפרטורות נמוכות יותר ויורד בטמפרטורות גבוהות.
• ה-Pin RV הוא מתח הייחוס המשמש עבור הפלט המכויל. סיכה זו אינה מורידה מתח מתחת ל-1.8V אפילו בטמפרטורת החדר. מתח זה לא יכול להיות מושפע מפוטנציומטר הכיול.

החיבורים של ממשק זה מגיעים כדלקמן;

• חבר את פין GND של חיישן זה לפין GND של Arduino.
• פין V+ של החיישן מחובר לפין Vin של Arduino.
• פיני ה-OUT של החיישן מחוברים לפין Ao של הארדואינו.
• פין TMP של החיישן מחובר לפין A2 של הארדואינו.
• פינת ה-RV של החיישן אינה מחוברת.

קוד

קוד Arduino הנדרש עבור ממשק זה כולל את הדברים הבאים.

const int OutPin = A0; // פין אנלוגי של חיישן רוח המחובר לפין 'OUT' של חיישן Wind P
const int TempPin = A2; // פין אנלוגי של חיישן טמפ' מחובר לפין 'TMP' של חיישן Wind P
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// לקרוא רוח
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // הדפס A/D גולמי עבור ניפוי באגים
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// נוסחת רוח נגזרת מנתוני מנהרת רוח, מד רוח וכמה רגרסיות מהודרות של Excel
// קנה המידה הזה עדיין לא מכיל תיקון טמפרטורה
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Serial.print(windMPH);
Serial.print(' MPH\t');
// שגרת טמפ' והדפסה גולמית וטמפ' C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // הדפס A/D גולמי עבור ניפוי באגים
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// המר לוולט ואז השתמש בנוסחה מגיליון הנתונים
// Vout = ( TempC * .0195 ) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC עיין בגיליון הנתונים של MCP9701 עבור V0c ו-TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5.0) / 1024.0) – 0.400) / .0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println('C');
delay(750);
}

לוח Arduino מופעל באמצעות 9V עם לוח מתח חיצוני והחיישן מופעל מהסיכה Vin של לוח Arduino. העלה את הקוד שלמעלה לתוך ה-Arduino ועקוב אחר מתח ה-/p האנלוגי ושינויי הטמפרטורה על פין OUT ופין TMP של חיישן זרימת האוויר לזיהוי מהירות הרוח.
הפלט של החיישן האנלוגי הוא לוגריתמי כך שהחיישן קולט ומנטר זרימת אוויר מועטה ביותר בטווחים נמוכים אם כי הוא לא ירווה בעוצמה מלאה עד שזרימת האוויר תגיע לכ-60 קמ'ש.

אות המתח המתקבל מהפין האנלוגי (Ao pin) של החיישן הוא פרופורציונלי ישירות למהירות הרוח. העיקרון הבסיסי של חיישן האוויר דומה לטכנולוגיית חוט חם קונבנציונלית. אז טכניקה זו יוצאת מן הכלל עבור רוח נמוכה עד מהירויות רוח מתונות, ושיטה זו מתאימה למדידת כיוון זרימת האוויר הפנימית.

יתרונות חסרונות

ה היתרונות של חיישני זרימת אוויר כלול את הבאים.

• חיישן זרימת האוויר פשוט מאוד להתקנה.
• אלה לא יקרים.
• חיישן זה מודד את כל הלחץ ואת לחץ זרימת האוויר הסטטי ואת מהירות האוויר הממוצעת.
• ניתן להשיג אפשרויות עיצוב נוספות.
• חיישנים אלו פשוטים יותר לתחזוקה בגלל היעדר חלקים נעים.
• זהו סוג החיישן הנפוץ ביותר לשימוש במדידת זרימת אוויר.

ה חסרונות של חיישני זרימת אוויר כלול את הבאים.

• חיישן זה יכול להיות מושפע מתכלולי גזים ורגישות לרטט בכל פעם שהם מותקנים בצורה לא נכונה.
• אלה יקרים בהשוואה לחיישנים אחרים.
• יש לו צריכת אוויר מופחתת וגם ביצועים.
• חיישנים אלה זקוקים לכיול.
• חיישני זרימת אוויר מזוהמים בקלות, מה שמוביל לכשל ותקלה.
• חיישן זה גורם לבעיות שונות כמו אובדן כוח, היסוס קל עד חמור, לא מוגבל לסרק גס, צריכת דלק גרועה וכו'.
• חיישן זרימת אוויר גרוע גורם לרכב שלך להתמודד עם בעיות נהיגה גרועות כמו עצירת מנוע, היסוס או טלטלות בהאצה.

יישומים/שימושים

היישומים של חיישני זרימת אוויר כוללים את הדברים הבאים.

• חיישן זרימת אוויר משמש למדידה ובקרה על מהירות זרימת האוויר בתוך אוורור ומזגנים.
• חיישן זה מסייע בניתוח מהירות הזרימה של האוויר במנועי בעירה המוזרקים.
• הוא משמש ביישומים רכבים, תעשייתיים ומסחריים.
• חיישנים אלה נמצאים לעתים קרובות בתוך ציוד כימיה אנליטית.
• חיישן זרימת אוויר משמש בכרומטוגרפיה של גז לזיהוי תרכובות שאינן מזוהות.
• חיישנים אלה משמשים במכשירים רפואיים, מפעלים כימיים, בדיקות ויישומים אנליטיים.
• חיישן זה משמש למעקב אחר נתוני מהירות הזרימה הן של הליך ההזרקה של הדגימה לתוך המכונה והן של מהירויות הזרימה לאורך עמודות ההפרדה.
• היישום של חיישן זרימת אוויר הוא ניתוח מהירות זרימת המסה עבור אוויר במנועי בעירה מוזרקים.
• זה חל על מכשירי ניתוח גז, מאווררים, רכזי חמצן, מכשירי בדיקת צפיפות ומכשירי מדידת דגמי איכות אוויר.
• חיישן MAF משמש במנועי רכב כדי לסייע בשליטה ביעילות הבעירה.
• החיישן אומר למחשב המנוע אם המכונית נמצאת בתחתית האטמוספרה או גבוה על פסגת הר (או בין לבין) שבה יש פחות חמצן.
• חיישן זה מאפשר שליטה יעילה ומדויקת במערכות HVAC.
• חיישן זה משמש במערכות אוורור לניטור מחזור הנשימה של חולים.

לפיכך, זהו סקירה כללית של חיישן זרימת האוויר , עבודה, מעגל, סוגים, חיווט, ממשק, ויישומיו. חיישני זרימת אוויר מתאימים למדידה ובקרה של אספקת אוויר בתוך אוורור ו-AC. חיישנים אלה קלים מאוד להתקנה ולמדוד את כל הלחץ, לחץ זרימת האוויר הנייח ומהירות האוויר הממוצעת. הנה שאלה בשבילך, מהו חיישן זרימה?