Sensores para un banco de flujo: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Un banco de flujo en esta aplicación es un dispositivo para medir el flujo de aire a través de los puertos y válvulas de admisión y escape del motor IC. Estos pueden tomar muchas formas que van desde costosas ofertas comerciales hasta ejemplos de bricolaje de dudosa calidad. Sin embargo, con los sensores modernos de bajo costo de varios tipos, es completamente factible que los ejemplos de bricolaje sean iguales a las máquinas comerciales. No hay nada que sea difícil de hacer y no se requiere mucha habilidad. Las fotos de arriba muestran el banco que hice y que forma el centro de este Instructable.

Este documento no trata sobre la creación de un banco de flujo, sino sobre la instrumentación y los sensores que uso en mi propio banco. Un banco de flujo utiliza algún tipo de fuente de vacío, aunque el vacío es una exageración porque la depresión de succión suele estar por debajo de 28”de manómetro de agua, que es 1 psi o ~ 7000 Pa.

Solo hay dos parámetros esenciales que deben medirse para calcular el flujo de aire volumétrico, ambos son mediciones de presión diferencial. Una es la presión de depresión que hace que el aire fluya a través del puerto del motor, en otras palabras, es una medida de la cantidad de "succión". La otra es la presión diferencial a través de una restricción de flujo para medir el flujo real. Una placa de orificio es la más utilizada, pero prefiero un tubo venturi porque es más eficiente. El principal es el mismo independientemente de la naturaleza de la restricción. También se utilizan medidores de turbina y sensores MAP (presión absoluta del colector) rescatados de los automóviles modernos, pero estos no son tan frecuentes y no los discutiré.

Hay varios otros parámetros y sensores coincidentes que pueden mejorar la utilidad de un banco de flujo, como la temperatura, y analizaré cada uno en los siguientes pasos.

Suministros

Materiales;

Varios sensores como se describe en los pasos individuales.

Placa Vero o placa revestida de cobre para circuito impreso.

Varias resistencias, condensadores y otros componentes electrónicos utilizados en circuitos simples.

Una forma de adquisición de datos. Utilizo un LabJack, pero los micros de hobby como Arduino o Pi serían adecuados.

Una PC, yo uso una computadora portátil con Windows.

Soldar.

Instrumentos;

Soldador.

La colección habitual de herramientas para la realización de circuitos como cortadores / pelacables, etc.

Paso 1: Sensores de presión diferencial

Yo uso los ilustrados. Las hojas de datos y otra información se pueden encontrar en www.analogmicro.de. Estos sensores pueden emitir sus lecturas como una señal de voltaje analógica o mediante un bus IC2. Yo uso la salida analógica.

Miden la presión diferencial, que requiere dos entradas de presión, es decir, emiten un valor que es la diferencia de presión entre las dos entradas. El esquema muestra que un sensor está conectado a dos tomas en un venturi para medir el flujo real. Otro sensor mide la depresión en el pleno. Esto se refiere a la presión barométrica ambiental, por lo que se deja abierto un grifo a la atmósfera.

Estos dos sensores por sí solos son suficientes para proporcionar mediciones de flujo útiles, pero los resultados se ven afectados por las condiciones ambientales y para la repetibilidad es necesario ajustar las lecturas usando presión barométrica, temperatura y humedad relativa.

Paso 2: Sensores de temperatura

Yo uso dos de estos. Son del tipo semiconductor, LM34, que encajo en epoxi dentro de una carcasa de aluminio para mayor robustez. Adjunto uno al venturi de medición de flujo y el otro a la culata que se está midiendo. Las imágenes muestran esto mejor que las palabras. La primera imagen muestra uno atado al venturi, tenga en cuenta también las tomas de presión que van a los sensores de presión en el paso anterior.

Paso 3: Sensores de humedad y presión barométrica

Estos están montados en una placa junto con varias conexiones a otros sensores y fuentes de alimentación, así como también se conectan a un LabJack que utilizo para recopilar las salidas del sensor y enviar los datos a una PC para su análisis.

Paso 4: Medidor de remolino

El flujo a través de un puerto no es el único parámetro de interés que podemos medir con un banco de flujo si tenemos los sensores adecuados. El remolino es una medida del aspecto rotacional del flujo de aire en un motor. Es interesante porque el remolino ayuda a mezclar el combustible con el aire y afecta la combustión del motor.

Hice un impulsor que después de un período de asentamiento gira cerca de las RPM del remolino de gas. En el otro extremo del eje hay una rueda con muescas. Los movimientos de la muesca se detectan mediante dos sensores ópticos de tipo hueco. Utilizo dos porque con el posicionamiento apropiado proporcionan las señales A y B de un codificador de cuadratura. Esto permite que mi software calcule las RPM y la dirección. La imagen del osciloscopio muestra la salida de los dos sensores.

Paso 5: una herramienta para un sensor

Este paso no se trata de un sensor como tal, sino de una herramienta de medición de la velocidad de flujo local que está conectada a un tercer sensor de presión. Es un tubo de pitot como los dispositivos que se utilizan en los aviones para medir la velocidad del aire. Está doblado 180 grados. para que pueda insertarse dentro de un puerto y medir las velocidades locales para construir un mapa de la distribución de velocidades en diferentes partes del puerto.

Paso 6: Poniéndolo todo junto

Mencioné que uso un LabJack (labjack.com) para recopilar los datos. Este es un sistema de adquisición de datos a un precio razonable que envía datos a una PC y recibe instrucciones de la PC. He conectado la mayoría de las entradas de LabJack, etc. a un conector D25 que me permite cambiarlo rápidamente de un trabajo a otro.

Todas las salidas del sensor se colocan en una caja dedicada (una caja de proyecto de componentes RS) para protección y proporcionan una ubicación única para que un cable se conecte al LabJack. Los sensores de presión también se encuentran en esta caja.

Paso 7: cómo está todo conectado

Aquí hay algunos bocetos de circuitos que hice para un amigo. Tal vez no sea ordenado o completo, pero muestran el diseño general. Se presentaron aquí sobre una base FWIW.

Paso 8: software

Escribí un software en Delphi (Pascal para Windows) para controlar la recopilación de datos por el LabJack y proporcionar funciones de procesamiento de datos. Las fotos son capturas de pantalla de un par de ventanas. El primero muestra cómo se tabulan y grafican los datos. LabJack viene con controladores de Windows que facilitan la inclusión de funciones de control en sus propios programas. El LabJack tiene dos métodos para enviar datos, el primero es lo que yo llamo "preguntar y recibir". El software de la PC solicita datos y LabJack los envía. Ese es el modo que utilizo con el banco de flujo. El otro modo es "streaming" y es más rápido, los datos se envían continuamente y solo es necesario preguntar al principio. Utilizo ese modo en mi banco de pruebas de choque que se describe brevemente en otro Instructable reciente que se puede encontrar en

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