Sensori per un banco di flusso: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Un banco di flusso in questa applicazione è un dispositivo per misurare il flusso d'aria attraverso le porte e le valvole di ingresso e di scarico del motore IC. Questi possono assumere molte forme che vanno da offerte commerciali costose fino a esempi fai-da-te di dubbia qualità. Tuttavia, con i moderni sensori a basso costo di vario tipo è del tutto fattibile che gli esempi fai-da-te siano uguali alle macchine commerciali. Non c'è nulla che sia difficile da realizzare e non è richiesta un'elevata abilità. Le foto sopra mostrano la panchina che ho realizzato e che costituisce il centro di questo Instructable.

Questo documento non riguarda la realizzazione di un banco di flusso, ma riguarda la strumentazione e i sensori che utilizzo sul mio banco. Un banco di flusso utilizza una sorta di fonte di vuoto, sebbene il vuoto sia un'esagerazione perché la depressione di aspirazione è più spesso inferiore a 28 indicatore dell'acqua che è 1 psi o ~ 7000 Pa.

Ci sono solo due parametri essenziali che devono essere misurati per calcolare la portata d'aria volumetrica, entrambi sono misure di pressione differenziale. Uno è la pressione di depressione che fa fluire l'aria attraverso la luce del motore, in altre parole che è una misura della quantità di "risucchio". L'altro è la pressione differenziale attraverso una restrizione del flusso per misurare il flusso effettivo. Una piastra con orifizio è la più utilizzata, ma preferisco un tubo venturi perché è più efficiente. Il principale è lo stesso indipendentemente dalla natura della restrizione. Vengono utilizzati anche misuratori a turbina e sensori MAP (Manifold Absolute Pressure) recuperati dalle auto moderne, ma questi non sono così diffusi e non ne parlerò.

Esistono molti altri parametri e sensori corrispondenti che possono migliorare l'utilità di un banco di flusso, come la temperatura, e li esaminerò nei passaggi seguenti.

Forniture

Materiali;

Vari sensori come descritto nei singoli passaggi.

Scheda Vero o scheda placcata in rame per circuito stampato.

Vari resistori, condensatori e altri componenti elettronici utilizzati in circuiti semplici.

Una forma di acquisizione dati. Uso un LabJack ma i micro per hobby come Arduino o Pi sarebbero adatti.

Un PC, io uso un laptop con Windows.

Saldare.

Utensili;

Saldatore.

La solita collezione di strumenti per realizzare circuiti come tronchesi/spelafili ecc.

Passaggio 1: sensori di pressione differenziale

Io uso quelli illustrati. Schede tecniche e altre informazioni sono disponibili su www.analogmicro.de. Questi sensori possono emettere le loro letture come segnale di tensione analogico o tramite un bus IC2. Io uso l'uscita analogica.

Misurano la pressione differenziale, che richiede due ingressi di pressione, cioè emettono un valore che è la differenza di pressione tra i due ingressi. Lo schizzo mostra che un sensore è collegato a due prese su un venturi per misurare il flusso effettivo. Un altro sensore misura la depressione nel plenum. Questo è riferito alla pressione atmosferica ambiente e quindi una presa è lasciata aperta all'atmosfera.

Questi due sensori da soli sono sufficienti per fornire misure di portata utili, ma i risultati sono influenzati dalle condizioni ambientali e per la ripetibilità è necessario regolare le letture utilizzando la pressione barometrica, la temperatura e l'umidità relativa.

Passaggio 2: sensori di temperatura

Io uso due di questi. Sono del tipo a semiconduttore, LM34, che racchiudo in resina epossidica all'interno di un alloggiamento in alluminio per robustezza. Ne collego uno al venturi misuratore di portata e l'altro alla testata da misurare. Le immagini lo mostrano meglio delle parole. La prima immagine ne mostra uno legato al venturi, notare anche le prese di pressione che vanno ai sensori di pressione nel passaggio precedente.

Passaggio 3: sensori di umidità e pressione barometrica

Questi sono montati su una scheda insieme a vari collegamenti ad altri sensori e alimentatori, oltre al collegamento a un LabJack che utilizzo per raccogliere le uscite del sensore e inviare i dati a un PC per l'analisi.

Passaggio 4: misuratore a vortice

Il flusso attraverso una porta non è l'unico parametro di interesse che possiamo misurare con un banco di flusso se abbiamo i sensori giusti. Il vortice è una misura dell'aspetto rotazionale del flusso d'aria in un motore. È interessante perché il vortice aiuta a miscelare il carburante con l'aria e influisce sulla combustione del motore.

Ho realizzato una girante che dopo un periodo di assestamento gira vicino al numero di giri del vortice del gas. All'altra estremità dell'albero c'è una ruota dentellata. I movimenti della tacca sono rilevati da due sensori del tipo a gap ottico. Ne uso due perché con un posizionamento appropriato forniscono i segnali A e B di un encoder in quadratura. Ciò consente al mio software di calcolare RPM e direzione. L'immagine dell'oscilloscopio mostra l'uscita dei due sensori.

Passaggio 5: uno strumento per un sensore

Questo passaggio non riguarda un sensore in quanto tale, ma uno strumento di misurazione della velocità del flusso locale che è collegato a un terzo sensore di pressione. È un tubo di Pitot come i dispositivi utilizzati sugli aerei per misurare la velocità dell'aria. È piegato di 180 gradi. in modo che possa essere inserito all'interno di un porto e misurare le velocità locali per costruire una mappa della distribuzione della velocità in diverse parti del porto.

Passaggio 6: mettere tutto insieme

Ho detto che uso un LabJack (labjack.com) per raccogliere i dati. Si tratta di un sistema di acquisizione dati dal prezzo ragionevole che invia i dati a un PC e riceve istruzioni dal PC. Ho collegato la maggior parte degli ingressi LabJack ecc. a un connettore D25 che mi consente di cambiarlo rapidamente da un lavoro all'altro.

Tutte le uscite del sensore sono inserite in una scatola dedicata (una scatola di progetto dei componenti RS) per la protezione e forniscono un'unica posizione per un cavo da collegare a LabJack. Anche i sensori di pressione sono contenuti in questa scatola.

Passaggio 7: come è tutto collegato

Ecco alcuni schizzi di circuiti approssimativi che ho fatto per un amico. Forse non ordinate o complete, ma mostrano il layout generale. Hanno presentato qui su base FWIW.

Passaggio 8: software

Ho scritto del software in Delphi (Pascal per Windows) per controllare la raccolta dei dati da parte di LabJack e fornire funzionalità di elaborazione dei dati. Le foto sono schermate di un paio di finestre. Il primo mostra come i dati sono tabulati e tracciati. LabJack è dotato di driver Windows che semplificano l'inclusione di funzioni di controllo nei propri programmi. Il LabJack ha due metodi di invio dei dati, il primo è quello che chiamo "chiedi e ricevi". Il software del PC richiede i dati e LabJack li invia. Questa è la modalità che uso con il banco di flusso. L'altra modalità è "streaming" ed è più veloce, i dati vengono inviati continuamente e basta chiedere all'inizio. Uso quella modalità sul mio banco prova shock che è brevemente descritta in un altro recente Instructable che può essere trovato su

www.instructables.com/id/A-Basic-Course-on-Data-Acquisition/