Sensores para uma bancada de fluxo: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Uma bancada de fluxo nesta aplicação é um dispositivo para medir o fluxo de ar através das válvulas e portas de entrada e exaustão do motor IC. Eles podem assumir muitas formas, desde ofertas comerciais caras até exemplos de DIY de qualidade duvidosa. No entanto, com sensores modernos de baixo custo de vários tipos, é inteiramente possível que os exemplos de bricolagem sejam iguais às máquinas comerciais. Não há nada difícil de fazer e não é necessária alta habilidade. As fotos acima mostram a bancada que fiz e que forma o centro deste Instructable.

Este documento não é sobre como fazer uma bancada de fluxo, mas sobre a instrumentação e os sensores que uso em minha própria bancada. Uma bancada de fluxo usa algum tipo de fonte de vácuo, embora o vácuo seja um exagero porque a depressão de sucção geralmente fica abaixo de 28”no medidor de água, que é 1 psi ou ~ 7000 Pa.

Existem apenas dois parâmetros essenciais que precisam ser medidos para calcular o fluxo de ar volumétrico, ambos são medições de pressão diferencial. Uma delas é a depressão da pressão que faz com que o ar flua pela porta do motor, ou seja, que é uma medida da quantidade de “sucção”. A outra é a pressão diferencial através de uma restrição de fluxo para medir o fluxo real. Uma placa de orifício é a mais usada, mas prefiro um tubo de venturi porque é mais eficiente. O principal é o mesmo, independentemente da natureza da restrição. Medidores de turbina e sensores MAPs (Manifold Absolute Pressure) resgatados de carros modernos também são usados, mas não são tão comuns e não irei discuti-los.

Existem vários outros parâmetros e sensores correspondentes que podem aumentar a utilidade de uma bancada de fluxo, como temperatura, e examinarei cada um nas etapas a seguir.

Suprimentos

Materiais;

Vários sensores, conforme descrito nas etapas individuais.

Placa Vero ou placa revestida de cobre para circuito impresso.

Vários resistores, capacitores e outros componentes eletrônicos usados em circuitos simples.

Uma forma de aquisição de dados. Eu uso um LabJack, mas micros de hobby como o Arduino ou Pi seriam adequados.

Um PC, eu uso um laptop com Windows.

Solda.

Ferramentas;

Ferro de solda.

A coleção usual de ferramentas para fazer circuitos, como cortadores de fio / decapantes, etc.

Etapa 1: Sensores de pressão diferencial

Eu uso os ilustrados. Folhas de dados e outras informações podem ser encontradas em www.analogmicro.de. Esses sensores podem emitir suas leituras como um sinal de tensão analógico ou por meio de um barramento IC2. Eu uso a saída analógica.

Eles medem a pressão diferencial, que requer duas entradas de pressão, ou seja, eles emitem um valor que é a diferença de pressão entre as duas entradas. O esboço mostra que um sensor está conectado a duas derivações em um venturi para medir o fluxo real. Outro sensor mede a depressão no plenum. Isso se refere à pressão barométrica ambiente e, portanto, uma derivação é deixada aberta para a atmosfera.

Esses dois sensores sozinhos são suficientes para fornecer medições de vazão úteis, mas os resultados são afetados pelas condições ambientais e para repetibilidade é necessário ajustar as leituras usando pressão barométrica, temperatura e umidade relativa.

Etapa 2: Sensores de temperatura

Eu uso dois desses. Eles são do tipo semicondutor, LM34, que coloco em epóxi dentro de uma caixa de alumínio para maior robustez. Eu anexei um ao Venturi de medição de vazão e o outro à cabeça do cilindro sendo medido. As imagens mostram isso melhor do que as palavras. A primeira foto mostra um amarrado ao venturi, observe também as tomadas de pressão que vão para os sensores de pressão na etapa anterior.

Etapa 3: Sensores de umidade e pressão barométrica

Eles são montados em uma placa junto com várias conexões para outro sensor e fonte de alimentação, além de conectar a um LabJack que uso para coletar as saídas do sensor e enviar os dados para um PC para análise.

Etapa 4: Medidor de redemoinho

O fluxo através de uma porta não é o único parâmetro de interesse que podemos medir com uma bancada de fluxo se tivermos os sensores certos. O redemoinho é uma medida do aspecto rotacional do fluxo de ar em um motor. É interessante porque o redemoinho ajuda a misturar o combustível com o ar e afeta a combustão do motor.

Fiz um impulsor que, após um período de acomodação, gira próximo ao RPM do redemoinho de gás. Na outra extremidade do eixo está uma roda dentada. Os movimentos de entalhe são detectados por dois sensores do tipo gap óptico. Eu uso dois porque, com o posicionamento apropriado, eles fornecem os sinais A e B de um codificador de quadratura. Isso permite que meu software calcule RPM e direção. A imagem do osciloscópio mostra a saída dos dois sensores.

Etapa 5: Uma ferramenta para um sensor

Esta etapa não é sobre um sensor como tal, mas uma ferramenta de medição de velocidade de fluxo local que está conectada a um terceiro sensor de pressão. É um tubo pitot como os dispositivos usados em aeronaves para medir a velocidade do ar. É dobrado 180 graus. de modo que pode ser inserido dentro de um porto e medir as velocidades locais para construir um mapa da distribuição de velocidade em diferentes partes do porto.

Etapa 6: juntando tudo

Mencionei que uso um LabJack (labjack.com) para coletar os dados. Este é um sistema de aquisição de dados com preço razoável que envia dados de volta para um PC e recebe instruções do PC. Eu conectei a maioria das entradas LabJack etc. a um conector D25 que me permite mudar rapidamente de trabalho para trabalho.

Todas as saídas do sensor são colocadas em uma caixa dedicada (uma caixa de projeto de componentes RS.) Para proteção e fornecem um único local para um cabo se conectar ao LabJack. Os sensores de pressão também estão contidos nesta caixa.

Etapa 7: Como tudo está conectado

Aqui estão alguns esboços de circuito que fiz para um amigo. Talvez não sejam legais ou abrangentes, mas mostram o layout geral. Eles se apresentaram aqui com base no FWIW.

Etapa 8: Software

Eu escrevi um software em Delphi (Pascal for Windows) para controlar a coleta de dados pelo LabJack e fornecer recursos de processamento de dados. As fotos são capturas de tela de algumas janelas. O primeiro mostra como os dados são tabulados e plotados. O LabJack vem com drivers do Windows que facilitam a inclusão de recursos de controle em seus próprios programas. O LabJack possui dois métodos de envio de dados, o primeiro é o que chamo de "pedir e receber". O software do PC pede os dados e o LabJack os envia. Esse é o modo que uso com a bancada de fluxo. O outro modo é "streaming" e é mais rápido, os dados são enviados continuamente e só precisa ser perguntado no início. Eu uso esse modo no meu dinamômetro de choque, que é brevemente descrito em outro Instructable recente que pode ser encontrado em

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