เซ็นเซอร์สำหรับ Flow Bench.: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

Flow bench ในแอปพลิเคชั่นนี้คืออุปกรณ์สำหรับวัดการไหลของอากาศผ่านช่องไอดีและไอเสียของเครื่องยนต์ไอซีและวาล์ว สิ่งเหล่านี้สามารถมีได้หลายรูปแบบตั้งแต่ข้อเสนอเชิงพาณิชย์ราคาแพงไปจนถึงตัวอย่าง DIY ที่มีคุณภาพน่าสงสัย อย่างไรก็ตาม ด้วยเซนเซอร์ราคาถูกที่ทันสมัยหลายประเภท จึงเป็นไปได้อย่างยิ่งที่ตัวอย่าง DIY จะเทียบเท่ากับเครื่องจักรเชิงพาณิชย์ ไม่มีอะไรที่ทำยากและไม่จำเป็นต้องมีทักษะสูง ภาพถ่ายด้านบนแสดงม้านั่งที่ฉันทำและเป็นศูนย์กลางของคำแนะนำนี้

เอกสารนี้ไม่เกี่ยวกับการทำ Flow Bench แต่เกี่ยวกับเครื่องมือวัดและเซ็นเซอร์ที่ฉันใช้บนม้านั่งของฉันเอง แท่นวัดการไหลใช้แหล่งสุญญากาศบางชนิด แม้ว่าสุญญากาศจะเป็นการพูดเกินจริงเพราะแรงกดในการดูดมักจะต่ำกว่ามาตรวัดน้ำ 28” ซึ่งก็คือ 1 psi หรือ ~7000 Pa

มีเพียงสองพารามิเตอร์ที่จำเป็นเท่านั้นที่ต้องวัดเพื่อคำนวณการไหลของอากาศเชิงปริมาตร ซึ่งทั้งสองเป็นการวัดความดันแตกต่าง หนึ่งคือแรงดันกดอากาศซึ่งทำให้อากาศไหลผ่านพอร์ตเครื่องยนต์หรืออีกนัยหนึ่งคือการวัดปริมาณ "ดูด" อีกประการหนึ่งคือความดันแตกต่างข้ามข้อจำกัดการไหลเพื่อวัดการไหลจริง แผ่นปากใช้มากที่สุด แต่ฉันชอบท่อ venturi มากกว่าเพราะมีประสิทธิภาพมากกว่า ตัวการหลักจะเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงลักษณะของข้อจำกัด เครื่องวัดกังหันและเซ็นเซอร์ MAP (Manifold Absolute Pressure) ที่ได้รับการช่วยเหลือจากรถยนต์สมัยใหม่ก็ถูกนำมาใช้เช่นกัน แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ได้แพร่หลายมากนักและฉันจะไม่พูดถึงเรื่องเหล่านั้น

มีพารามิเตอร์อื่นๆ อีกหลายตัวและเซ็นเซอร์ที่เข้าคู่กันที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานของ Flow Bench ได้ เช่น อุณหภูมิ และฉันจะพิจารณาแต่ละอย่างในขั้นตอนต่อไปนี้

เสบียง

วัสดุ;

เซ็นเซอร์ต่างๆ ตามที่อธิบายไว้ในแต่ละขั้นตอน

บอร์ด Vero หรือ บอร์ดหุ้มทองแดงสำหรับวงจรพิมพ์

ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ใช้ในวงจรอย่างง่าย

รูปแบบของการรับข้อมูล ฉันใช้ LabJack แต่งานอดิเรกไมโครเช่น Arduino หรือ Pi จะเหมาะสม

พีซี ฉันใช้แล็ปท็อปที่มี Windows

ประสาน.

เครื่องมือ;

หัวแร้ง.

ชุดเครื่องมือทั่วไปสำหรับทำวงจร เช่น เครื่องตัดลวด/เครื่องปอกสายไฟ เป็นต้น

ขั้นตอนที่ 1: เซ็นเซอร์ความดันแตกต่าง

ฉันใช้ภาพประกอบเหล่านั้น เอกสารข้อมูลและข้อมูลอื่นๆ สามารถดูได้ที่ www.analogmicro.de เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถแสดงผลการอ่านเป็นสัญญาณแรงดันอนาล็อกหรือผ่านบัส IC2 ฉันใช้เอาต์พุตแบบอะนาล็อก

พวกเขาวัดความดันแตกต่างซึ่งต้องใช้สองปัจจัยการผลิต นั่นคือพวกเขาส่งออกค่าซึ่งเป็นความแตกต่างของความดันระหว่างสองปัจจัยการผลิต ภาพร่างแสดงให้เห็นว่าเซ็นเซอร์หนึ่งตัวเชื่อมต่อกับการแตะสองครั้งบน Venturi เพื่อวัดการไหลจริง เซ็นเซอร์อีกตัววัดภาวะซึมเศร้าในปอด สิ่งนี้อ้างอิงถึงความกดอากาศแวดล้อม ดังนั้นการแตะหนึ่งครั้งจะถูกปล่อยสู่บรรยากาศ

เซ็นเซอร์สองตัวนี้เพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้วสำหรับการวัดการไหลที่มีประโยชน์ แต่ผลลัพธ์จะได้รับผลกระทบจากสภาวะแวดล้อม และสำหรับความสามารถในการทำซ้ำ จำเป็นต้องปรับการอ่านโดยใช้ความดันบรรยากาศ อุณหภูมิ และความชื้นสัมพัทธ์

ขั้นตอนที่ 2: เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

ฉันใช้สองสิ่งนี้ เป็นประเภทเซมิคอนดักเตอร์ LM34 ซึ่งฉันหุ้มด้วยอีพ็อกซี่ภายในตัวเรือนอะลูมิเนียมเพื่อความทนทาน ฉันแนบอันหนึ่งเข้ากับ venturi การวัดการไหลและอีกอันเข้ากับหัวกระบอกสูบที่กำลังวัด รูปภาพแสดงสิ่งนี้ได้ดีกว่าคำพูด ภาพแรกแสดงให้เห็นว่ามีสายรัดติดอยู่ที่ venturi หรือไม่ โปรดสังเกตการต๊าปแรงดันที่ไปยังเซ็นเซอร์ความดันในขั้นตอนก่อนหน้า

ขั้นตอนที่ 3: เซ็นเซอร์ความชื้นและความดันบรรยากาศ

สิ่งเหล่านี้ติดตั้งอยู่บนบอร์ดพร้อมกับการเชื่อมต่อที่หลากหลายกับเซ็นเซอร์และแหล่งจ่ายไฟอื่น ๆ รวมถึงการเชื่อมต่อกับ LabJack ซึ่งฉันใช้เพื่อรวบรวมเอาต์พุตของเซ็นเซอร์และส่งข้อมูลไปยังพีซีเพื่อการวิเคราะห์

ขั้นตอนที่ 4: เครื่องวัดการหมุนวน

การไหลผ่านพอร์ตไม่ใช่พารามิเตอร์เดียวที่น่าสนใจ ซึ่งเราสามารถวัดด้วยโฟลว์เบ็นซ์ได้หากเรามีเซ็นเซอร์ที่เหมาะสม การหมุนวนเป็นการวัดลักษณะการหมุนของการไหลของอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์ เป็นที่น่าสนใจเพราะการหมุนช่วยให้เชื้อเพลิงผสมกับอากาศและส่งผลต่อการเผาไหม้ของเครื่องยนต์

ฉันสร้างใบพัดซึ่งหลังจากระยะเวลาการตกตะกอนหมุนใกล้กับ RPM ของแก๊สหมุน ที่ปลายอีกด้านของเพลาเป็นล้อที่มีรอยบาก การเคลื่อนไหวของรอยบากนั้นรับรู้ได้จากเซ็นเซอร์ประเภทช่องว่างทางแสงสองตัว ฉันใช้สองตัวเพราะตำแหน่งที่เหมาะสมจะให้สัญญาณ A และ B ของตัวเข้ารหัสพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งช่วยให้ซอฟต์แวร์ของฉันสามารถคำนวณ RPM และทิศทางได้ ภาพออสซิลโลสโคปแสดงเอาต์พุตของเซ็นเซอร์สองตัว

ขั้นตอนที่ 5: เครื่องมือสำหรับเซ็นเซอร์

ขั้นตอนนี้ไม่เกี่ยวกับเซ็นเซอร์ แต่เป็นเครื่องมือวัดความเร็วการไหลในพื้นที่ซึ่งเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ความดันตัวที่สาม เป็นท่อ pitot เหมือนอุปกรณ์ที่ใช้กับเครื่องบินเพื่อวัดความเร็วลม งอได้ 180 องศา เพื่อให้สามารถสอดเข้าไปในพอร์ตและวัดความเร็วท้องถิ่นเพื่อสร้างแผนที่การกระจายความเร็วในส่วนต่างๆ ของท่าเรือ

ขั้นตอนที่ 6: นำทุกอย่างมารวมกัน

ฉันบอกว่าฉันใช้ LabJack (labjack.com) เพื่อรวบรวมข้อมูล นี่คือระบบการรับข้อมูลที่มีราคาสมเหตุสมผลซึ่งจะส่งข้อมูลกลับไปยังพีซีและรับคำแนะนำจากพีซี ฉันได้เชื่อมต่ออินพุต LabJack ส่วนใหญ่ ฯลฯ เข้ากับตัวเชื่อมต่อ D25 ซึ่งช่วยให้ฉันเปลี่ยนจากงานหนึ่งไปอีกงานหนึ่งได้อย่างรวดเร็ว

เอาท์พุตเซ็นเซอร์ทั้งหมดมาในกล่องเฉพาะ (กล่องโปรเจ็กต์ส่วนประกอบ RS) สำหรับการป้องกันและให้ตำแหน่งเดียวสำหรับสายเคเบิลเพื่อเชื่อมต่อกับ LabJack เซ็นเซอร์ความดันอยู่ในกล่องนี้ด้วย

ขั้นตอนที่ 7: วิธีการเชื่อมต่อทุกอย่าง

นี่คือภาพสเก็ตช์คร่าวๆ ที่ผมทำขึ้นให้เพื่อน อาจไม่เรียบร้อยหรือครอบคลุม แต่แสดงเค้าโครงทั่วไป พวกเขานำเสนอที่นี่บนพื้นฐาน FWIW

ขั้นตอนที่ 8: ซอฟต์แวร์

ฉันเขียนซอฟต์แวร์บางตัวใน Delphi (Pascal สำหรับ Windows) เพื่อควบคุมการรวบรวมข้อมูลโดย LabJack และจัดเตรียมคุณสมบัติการประมวลผลข้อมูล ภาพถ่ายเป็นภาพหน้าจอของหน้าต่างสองสามบาน ส่วนแรกแสดงให้เห็นว่าข้อมูลถูกจัดตารางและลงจุดอย่างไร LabJack มาพร้อมกับไดรเวอร์ windows ซึ่งทำให้ง่ายต่อการรวมคุณสมบัติการควบคุมในโปรแกรมของคุณเอง LabJack มีวิธีการส่งข้อมูลสองวิธี วิธีแรกคือสิ่งที่ฉันเรียกว่า "ถามและรับ" ซอฟต์แวร์พีซีขอข้อมูลและ LabJack ส่งข้อมูล นั่นคือโหมดที่ฉันใช้กับโฟลว์เบ็นซ์ อีกโหมดหนึ่งคือ "การสตรีม" และเร็วกว่า ข้อมูลจะถูกส่งอย่างต่อเนื่องและจำเป็นต้องถามเมื่อเริ่มต้นเท่านั้น ฉันใช้โหมดนั้นกับโช้คไดโนของฉันซึ่งอธิบายสั้น ๆ ในคำแนะนำล่าสุดอื่นซึ่งสามารถพบได้ที่

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