Датчик воздушного потока своими руками

Датчик для измерения воздушного потока

По принципу работы датчик ветра (или анемометр) напоминает автоматический ДМРВ в машине. Автомобильный аналог преобразует количество воздуха, поступающего в двигатель, в сигнал напряжения. На основании этого импульса ЭБУ вычисляет нагрузку на двигатель и управляет его работой. ДМРВ крепят в потеке газов между дроссельной заслонкой и воздушным фильтром.

Датчик расхода воздуха состоит из термистора, платиновой нити и ЭБУ. Термистор измеряет температуру входящих газов, а постоянный накал платиновой нити регулирует ЭБУ. Если воздуха поступает много, то нить охлаждается, поэтому ЭБУ увеличивает силу тока и за счет этого нагревает ее поверхность. В датчике ветра также использована технология «горячей нити».

Электрическая величина измеряется пропорционально скорости ветра. Прибор оптимально подходит для измерения низких и средних скоростей воздушного потока. Устройство применимо как на улице, так и в помещении.

Датчик работает от напряжения в 5-10 В. При этом чувствительность анемометра высокая, он фиксирует движения воздуха на расстоянии 45-60 см. Прибор может фиксировать проникновение жилье посторонних или считывать показатели дыхания человека.

Схема анемометра включает в себя построечный резистор (R9), с помощью которого калибруют прибор при «нулевом ветре». При настройке рекомендуется прикрывать сенсор устройства и устанавливать значение напряжения на 0,5 В (если питание осуществляется от 6 В).

Более низкие значения увеличивают чувствительность датчика. Стоит отметить, что при смене питающего напряжения потребуется повторная калибровка устройства. Специалисты не рекомендуют пускать на анемометр питание выше 10 В.

Принципиальная схема датчика ветра представлена на рисунке:

Для получения хорошего результата и возможности регулировки напряжения рекомендуется устанавливать источник питания от 5 до 10 В (+V). Словом «ground» обозначают «землю» с нулевым значением напряжения.

Петля цикла напряжения (RV) обеспечивает постоянное напряжение 1,8 В и выше в условиях помещения. На это напряжение не оказывает влияние потенциал калибровки.

Выходное напряжение (out) умножают на три на RV и подстраивают с помощью потенциала. Это напряжение подвержено изменениям температуры воздуха. Чувствительность выхода изменяет резистор на 4,3 К (R11).

Температурный выход (ТМР) делит напряжение межу терморезистором и резистором. ТМР выдает в помещении порядка 2,8 В.

Основные характеристики устройства можно представить в виде небольшого списка:

• Параметры микросхемы: «68” х 1,590” х 25”»;
• Напряжение тока: от 4 до 10 В;
• Потребляемая мощность тока: от 20 до 40 мА;
• Параметры выходного сигнала: аналог, 0 VCC.

Источник

Измеритель воздушного потока

Представляем Вам низко бюджетный анемометр (датчик ветра) от ”Модерн Девайс” (http://moderndevice.com). Этот небольшой датчик, пригодный для разных электронных экспериментов. Такой девайс напомнил мне об автоматическом датчике массового расхода воздуха для автомобиля.

Датчик массового расхода воздуха в автомобиле преобразует количество воздуха, всасываемого в двигатель, в сигнал напряжения для вычисления нагрузки на двигатель. Это необходимо, чтобы определить количество подаваемого в двигатель топлива, управлять углом опережения зажигания, и следовательно, крутящим моментом двигателя. Датчик расхода воздуха расположен непосредственно в потоке всасываемого воздуха, между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой, где он измеряет входящий воздух.

Основными компонентами датчика массового расхода воздуха являются термистор, нагреваемая платиновая нить и электронный блок управления. Термистор измеряет температуру поступающего воздуха.Температура платиновой нити поддерживается постоянной по отношению к термистору с помощью электронной схемы управления.

Увеличение потока воздуха приводит к быстрому уменьшению температуры нити и электронный блок компенсирует это снижение температуры увеличением тока через нить.
Схема электронного контроля одновременно измеряет ток и преобразует его в пропорциональный сигнал напряжения.

Представленный датчик ветра от ”Модерн Девайс” – термоанемометр, основанный на традиционной технике измерения скорости ветра. Это так называемая техника “горячей нити”, которая заключается в поддержке постоянной температуры нити путем ее прогрева проходящим током, а затем измеряется мощность, необходимая для поддержания этой температуры, при изменении потока воздуха.

Измеренная электрическая величина пропорциональна скорости ветра.Это основной принцип, делающий функционирование датчика таким же, как в традиционной технике.
Такой подход дает лучшие результаты при измерении низких и средних скоростей ветра.
Метод также предпочтителен при измерении потока воздуха в помещениях, где будут неэффективны традиционные вращающиеся лопасти, применяемые на метеостанциях.

Датчик от ”Модерн Девайс”, стоимостью17$, может работать в диапазоне от 5 до 10Вольт напряжения питания. Однако предпочтительнее использовать стабилизированное напряжение 5Вольт при работе в схемах с микроконтроллерами. Согласно спецификации датчик имеет высокую чувствительность, т.е. отреагирует на небольшое движение воздуха на расстоянии 18-24 дюйма (1дюйм=2,54 см). Возможные применения включают в себя измерение дыхания человека, определение проникновения в помещение, измерения на метеостанциях и т.д.

Датчик ветра включает в себя небольшой подстроечный резистор (R9), который используется для калибровки сенсора на значение “нулевого ветра”.При калибровке просто надо прикрыть сенсор (например-стаканом), чтобы избежать любого движения воздуха и установить желаемый нулевой уровень. ”Модерн Девайс” грубо калибрует датчик на выходное напряжение 0.5Вольт при нулевом ветре (при напряжении питания 6Вольт), но вы можете установить другое значение.

Более низкое калибровочное значение (например-0.2Вольт) немного увеличит чувствительность на высоких значениях измеряемого диапазона. Заметим, что при изменении величины питающего напряжения, требуется новая калибровка.

ВНИМАНИЕ. не использовать напряжение питания выше 10 Вольт!
Рекомендуется использовать только хорошие стабилизированные источники питания.

Схема датчика ветра, который применяется в новом девайсе.

Значение контактов

• + V источник питания (от 5 до 10Вольт)-если хотите получить наилучший результат, то желательно чтобы напряжение регулировалась.

• Ground: Земля (0Вольт).

• Out: Выходное напряжение. Это напряжение умножается на 3 на RV и подстраивается потенциометром. Это выходное напряжение подвергается влиянию изменения температуры окружающей среды, особенно, при больших отклонениях температуры от той, при которой происходила калибровка. Чувствительность этого выхода может быть изменена путем подбора резистора R11 (4.3K). Высокая чувствительность позволит уменьшить эффект насыщения датчика с изменением температуры окружающей среды.

• RV: Петля цикла напряжения. Напряжение не будет опускаться ниже примерно 1,8 вольт при комнатной температуре. Это напряжение не зависит от потенциометра калибровки. Выходной сигнал датчика имеет логарифмическую характеристику, что означает, что датчик может захватить очень небольшие движения воздуха в нижнем конце диапазона, но и не насыщается при полной мощности, пока поток воздуха не достигнет примерно 60 миль в час.

• TMP: Температурный выход. Это просто делитель напряжения между резистором и терморезистором. Делитель выдает около 2,8 Вольт при комнатной температуре, это значение опустится при повышении температуры и увеличится при более низких температурах.

Характеристики:

Размеры платы: ”68? ? ”1.590? ? ”25?.
Напряжение питания: от 4 до 10 Вольт.
Потребляемый ток: от 20 до 40 мА (в зависимости от скорости ветра).
Выходной сигнал: аналоговый, 0 VCC.
В статье использованы материалы из технической документации опубликованной
Модерн Девайс и Toyota Motor Sales Inc.

Источник

Дмрв это самый дорогой датчик. Его можно не менять, а быстро восстановить без чистки и не снимая с двигателя. Простой способ

Дмрв это самый сложный и дорогой датчик в инжекторном двигателе. Цена его может доходить до 4 тысяч, остальные датчики, это например датчик температуры, дпк, датчик детонации стоят намного меньше 150-300 рублей. Такая большая цена обусловлена тем, что этот датчик устроен на много сложнее чем все остальные. Например, датчик коленвала состоит из катушки провода, которая намотана на сердечник, датчик положения дросселя это переменный резистор.

Определить те параметры, которые отслеживают эти датчики намного проще, чем расход воздуха, поэтому дмрв устроен сложнее и стоит намного больше. Он состоит из электронной схемы и чувствительного элемента.

Коротко о принципе его действия.

Чувствительный элемент датчика, состоит из пленки, которая нагревается до определенной температуры ( либо из нити). Электронная схема настроена так, что постоянно поддерживает одну температуру. Поток воздуха, который засасывает двигатель омывает этот элемент и соответственно охлаждает его. Электронная схема это понимает и увеличивает напряжение, для того, что бы поднять температуру. Чем больший объем воздуха всасывает двигатель, тем сильнее охлаждается датчик и схеме нужно подавать на его чувствительный элемент большее напряжение для того, что бы поддерживать туже температуру. Как раз таки по этому напряжению и судят о расходе воздуха.

В программе контролера есть тарировочная таблица, в координатах которой, прописаны, выходные напряжения и соответствующие им расходы воздуха. Например, если датчик выдает напряжение 1,5 вольта, то это значит, что двигатель всасывает 9 килограмм воздуха в час. Как раз таки столько воздуха потребляет двигатель ваз на холостом ходу.

На самом деле все сложнее, но этого объяснения вполне хватит, для понимания процесса.

Когда датчик выходит из строя тарировка его сбивается, то есть при тех же 9 килограммах воздуха он может выдавать другое напряжение не 1,5 вольта, которые прописаны в таблице, а например 1,7 вольта. Этому напряжению соответствует больший объем воздуха. Но в действительности он меньше. В результате контролер будет обманут этими показаниями датчика. Он рассчитает и подаст через форсунки, то количество топлива, которое необходимо для этого объема воздуха. В итоге состав смеси не оптимальный, сильно переобогащенный, расход топлива больше, двигатель работает не устойчиво и так далее.

Дмрв часто выходит из строя по причине того, что его чувствительный элемент загрязняется, например маслом, которое попадает на него, через шланги системы вентиляции картера. Бывает, что снимешь гофру, а масло из него капает.

Как раз таки в этом случае, выходное напряжение датчика увеличивается, то есть он начинает завышать свои показания. Признаки, того, что он вышел из строя, это повышенный расход топлива, неустойчивые обороты холостого хода.

Для того, что бы точно понять, что причина в датчике, нужно померить какое напряжение он выдает в состоянии покоя, то есть в тот момент, когда его чувствительный элемент не омывает поток воздуха, двигатель заглушен.

На двигателях ваз напряжение меряется на 5 контакте, обычно это желтый провод. Мерить нужно между 3 и 5 контактами. Полностью исправный датчик должен выдавать 1+- 0,02 вольта.

Выходное напряжение неисправного, старого датчика может быть 1,06-1,15 и более. При таких напряжениях двигатель на холостом ходу работает не устойчиво. Тарировка датчика сильно сбита.

Как было написано выше этот датчик стоит немало денег, поэтому в некоторых случаях можно обойтись без его замены.

Этот способ мне посоветовал знакомый автодиагност.

Можно сделать обманку и довести выходное напряжение до нормы.

Сделать ее просто. Понадобится переменный резистор на 1 кило ом и мультиметр.

Такой резистор стоит 30-40 рублей. Нужно установить его в разрыв сигнального провода. Это 5 контакт датчика, желтый провод.

Увеличивая сопротивление в сигнальной цепи с помощью него, уменьшаем напряжение, подстраиваем до такого значения, которое должно быть, 1 вольт, то есть как у рабочего датчика. Если все сделано правильно, то двигатель на холостом ходу после этого начинает работать устойчиво, расход топлива приходит в норму.

Один мой знакомый ездит так уже целый год и не собирается менять датчик, проблем с двигателем нет. Способ рабочий.

Если вам было полезно ставьте лайк, и подписывайтесь на канал.

Источник

Делаем «вечный» датчик массового расхода воздуха на ATiny13

Этот проект появился из-за нежелания покупать бывшую в употреблении около 30 (тридцати) лет деталь за совсем немаленькую сумму в 3000 — 5000 руб. Можно сказать что это будет проба пера в схемотехнике и программировании микроконтроллеров. Если интересно — продолжение под катом.

Осторожно много фото!

Итак, начинаем подпирать велосипеды костылями.

Вводные данные

BMW E30 в кузове купе 1986г с мотором M10B18 (4 цилиндра, 1.8л, инжектор):

Проблемы

1. Чихает
2. Не едет
3. Жрет и не толстеет

Годы в России не пощадили её. Высококачественный бензин, соляные ванны, «пористые дороги». Однако, больше всего ей досталось от бывших хозяев и суровых Русских автомехаников, бессмысленных и беспощадных, производивших ремонты сомнительной необходимости и эффективности. Ярким примером одного из таких ремонтов вы можете полюбоваться на КДПВ. А что это там такое беленькое, все в припое? Это керамическая плата— основная деталь ДМРВ , на нее нанесены пленочные резисторы и дорожка по которой должен бегать подвижный контакт. Как видно на фото она треснула, и некто пытался восстановить ее таким вот варварским методом. Безуспешно. Вот он — корень всех проблем! Тут нужно сказать что ДМРВ является основным датчиком, влияющим на смесеобразование.

Немного теории

Наша машинка оснащена чудом Немецкой промышленности системой распределенного впрыска L-Jetronic.

Система распределенного впрыска L-Jetronic является системой импульсного впрыска с электронным управлением количественным и качественным составом топливно-воздушной смеси. Для обеспечения импульсного впрыска топлива в системе применены форсунки с электромагнитным управлением.

Ну, распределённого — это громко сказано, тут все 4 форсунки соединены параллельно и, соответственно пшикают одновременно, хотя да, это я придираюсь, установлены они каждая напротив своего цилиндра в разных местах впускного коллектора — т.е. распределённо. Мозг здесь довольно глупенький — холостым ходом, зажиганием, прогревочными оборотами не управляет.

Все что ему подвластно — это несколько датчиков и форсунки.

Вернемся к ДМРВ. Здесь установлен электро-механический ДМРВ, в народе именуемый «лопата», очевидно за характерную форму подвижной заслонки.

Принцип действия его довольно прост: воздух потребляемый мотором проходит через входное отверстие, и в зависимости от интенсивности (считай массы воздуха в единицу времени) отклоняет измерительную заслонку на определенный угол. На оси заслонки установлен подвижный контакт, который и бегает по дорожке нашей многострадальной платы из первой картинки.

Варианты решения проблемы:

1. Купить новый ДМРВ — стоит космических денег 35000-60000 руб, сопоставимо со стоимостью авто.
2. Купить БУ ДМРВ — 30 лет эксплуатации, никаких гарантий, стоит 3000 — 5000 руб.
3. Купить новую плату (неоригинал, делают малыми партиями) — цена 300р+пересыл, выглядит так:

Как видно, конструкция отличается от заводской. Надежность под вопросом, в интернете можно найти негативные отзывы о якобы недолговечности сего решения, подтвержденные фотографиями изношенных плат подобного типа.

4. Купить ДМРВ современного типа без движущихся деталей + так называемый конвертер — цена вопроса немного отпугивает, так же необходимо будет адаптировать впускной тракт, наращивать длину патрубков и т. д.

5. Придумать что-то своё.

Для меня выбор был очевиден.

Я решил оставить механическую часть, так как никаких признаков износа не обнаружил. Думаю она прослужит дольше чем остальная машина.

Задача немного упростилась, необходимо преобразовывать угол поворота в напряжение. Хотя нет, постойте, не все так просто… Дело в том что как я уже говорил мозг здесь довольно глупенький и, соответственно на вход он хочет получать максимально готовые данные. Это отразилось в конструкции ДМРВ — график зависимости выходного напряжения от угла поворота оси заслонки нелинеен, и дополнительная сложность — он масштабирован сопротивлением датчика температуры воздуха, который так же встроен в ДМРВ. Соответственно характеристика датчика должна меняться в зависимости от температуры воздуха.

Поиск готового схемотехнического решения не привел к успеху. Проблема с износом ДМРВ подобного типа многих коснулась, много тем на специализированных форумах где на десятках страниц люди обсуждают как же её решить.

Для начала хотелось бы получить данные об угле поворота оси. Переменные резисторы и прочую механику я сразу отбросил, как ненадежные. Оптический датчик — хорошо, но пыль может доставить неприятности, а пыли в дороге хватает. Магнитные датчики — вероятно это то что нужно.

Нашёл вот такой: KMA-200.

С ходу не смог купить его в своей глуши. И случайно наткнулся на вот такой готовый ДПДЗ в котором и применен KMA-200.

В нагрузку получаю магнит с креплением, датчик уже на плате с необходимой обвязкой, покрыт лаком, защищающим от влаги и статики. Нашёл кстати похожий проект.

На выходе у такого датчика напряжение от 0 до 5 вольт зависимость от угла поворота линейная. Нужно как-то преобразовать ее в нужную нам характеристику. Аналоговые схемы в принципе могли бы обеспечить это, но были бы довольно сложны в проектировании и наладке, например какой-нибудь интегратор на операционниках с термокомпенсацией, но это для меня сложновато…

Тут я вспомнил что у меня есть горсть ATiny13, почему бы не использовать их?

Набросал и смоделировал схемку:

Немного о схеме.

• Микроконтроллер тактируется от внутреннего генератора частотой 8МГц.
• Использованы 2 канала АЦП, считывается угол поворота оси заслонки и уровень напряжения на резистивном делителе частью которого является датчик температуры.
• Выходной сигнал ШИМ с частотой около 18кГц

Далее простой фильтр и операционный усилитель LM358 из старой материнки (КУ=1+(330000/100000)=4.3), управляющий полевиком (из той же материнки). Максимальное выходное напряжение = 4.3 * 2.5 = 10,75В.

Зачем полевик спросите вы? А кто его знает отвечу вам я! Лишним не будет. С помощью этой схемы я управлял мощной нагрузкой в виде нескольких автомобильных ламп соединенных параллельно просто для проверки что она это тоже может.

Вообще все детали у меня были в наличии кроме датчика поворота.

Время писать прошивку! Это первая моя прошивка МК, так что конечно все не оптимально, и конечно я выбрал немного странноватый инструмент BascomAVR, в котором писать приходится на каком-то псевдо-кубейсике. Очевидно встроенный туда компилятор не очень оптимизирован, прошивка получается жирная, и полиномиальная интерполяция которую я хотел туда впихнуть к сожалению не влезла. Пришлось реализовать аппроксимацию тремя прямыми отрезками. Почему тремя? Потому что больше не влезло (Bascom + 1 кб flash).

Чтобы выяснить уравнения прямых буквально минут за 10 набросал тупую софтинку в Qt Creator, пошевелил контрольными точками, определился с положением прямых.

Красная линия это искомая характеристика, синяя это аппроксимация прямыми. Далее компиляция и заливка прошивки в эмулятор. Все шевелится так как я и ожидал.

На скорую руку разводим плату и расчехляем лазерный утюг.

Травим, паяем, исправляем косяки разводки (ну куда же без них).

Внимательный читатель и опытный радиолюбитель заметит 2 ошибки которые я допустил при запайке.

Далее включение, проверка основных параметров, и суточная прогонка в разных режимах. Проверка показала что все работает так как и задумывалось. Время сборки и установки на авто.

После настройки подстроечником, машина начинает работать так как и должна, в дальнейшем был проверен расход бензина и динамика, все оказалось в норме, те соответствовало заявленным характеристикам. Машинка каталась на юга из средней полосы России, никаких проблем не появилось.

Я считаю, что первый опыт программирования микроконтроллеров, да в принципе и создания схем, был для меня удачен. Конечно есть огрехи: например выбор среды программирования. В следующем проекте я уже использовал CVAVR, прошивка получается намного компактнее. Выбор микроконтроллера тоже можно было бы назвать не удачным, хотя я его и не выбирал, он у меня был, и было желание его использовать. Сразу по окончанию работы с этим проектом я заказал несколько ATiny85, которые имеют в 8 раз больше памяти, но пока шла посылка эту машину внезапно купили, и ДМРВ так и остался с не идеальным алгоритмом).

Источник