Existem vários tipos de sensores utilizados em automóveis para controlar todas as operações do veículo e também para proteger contra danos como; MAP, batida do motor, posição do acelerador, posição da árvore de cames , fluxo de ar, velocidade do motor, oxigênio, tensão e muito mais. Entre eles, um sensor de fluxo de ar é um tipo de sensor automotivo. O primeiro sensor de fluxo de massa de ar plugável foi inventado em 1996 pela DENSO. Portanto, seus desenvolvimentos contínuos em tecnologias automotivas estão liderando o caminho para peças automotivas de alto padrão. Este sensor detecta a quantidade de ar aspirado para o motor do veículo e transmite um sinal para a ECU (unidade de controle do motor). Este artigo discute uma visão geral de um sensor de fluxo de ar ou sensor MAF, seu funcionamento e suas aplicações.
O que é um sensor de fluxo de ar?
Um sensor de fluxo de ar é um tipo de sensor automotivo usado para medir a velocidade do fluxo de ar em um sistema como HVAC, motores de combustão e também processos industriais. Assim, a ECU (unidade de controle do motor) simplesmente estima a quantidade de massa de combustível necessária para manter o ar e o combustível em equilíbrio, dependendo das entradas em tempo real. Um nome alternativo para um sensor de fluxo de ar é sensor MAF (Mass Air Flow), MAF ou medidor de ar que altera a quantidade de ar que entra no motor do veículo em um sinal de tensão para medir sua carga. Além disso, a densidade do ar pode ser alterada por vários fatores como pressão, temperatura, umidade e muitos mais.
Princípio de funcionamento do sensor de fluxo de ar
Um sensor de fluxo de ar funciona simplesmente medindo a variação na resistência de um fio quente e transformando-a em sinais elétricos e passando-a para a ECU (unidade de controle do motor). Este sinal é usado para determinar a quantidade de combustível a ser infundida no motor.
O sensor de fluxo de ar inclui dois fios, como aquecido eletricamente e o outro fio não. Sempre que um fio fino deste sensor é aquecido a uma temperatura estável e localizado no caminho do fluxo de ar, ele o resfria de uma forma que é simplesmente proporcional à velocidade do fluxo de ar.
Sempre que a diferença de temperatura entre os fios do sensor varia, o sensor aumenta ou diminui automaticamente o fluxo de corrente através do fio. Depois disso, a corrente é transmitida para a ECU e transformada em tensão (ou) frequência para traduzi-la em fluxo de ar.
Diagrama do circuito do sensor de fluxo de ar
Geralmente, a detecção de fluxo de ar é muito útil em vários circuitos. Portanto, um circuito simples de sensor de fluxo de ar é mostrado abaixo, usado para detectar o fluxo de ar disponível. Este circuito de fluxo de ar não precisa de nenhum RTD (ou) Diodo Zener mas este circuito usa um filamento de lâmpada CA simples, incluindo alguns componentes para detectar o ar. Os componentes necessários para fazer este circuito de sensor de ar incluem principalmente; IC LM358 , LM7805, Resistores como; 680ohm, 100ohm, 10K e 330ohm, capacitor de 100uF, 50k resistor variável , LED, 12 V fonte de energia , lâmpada incandescente, fio de ligação em ponte, botão e ventilador DC. Conecte este circuito conforme o circuito mostrado abaixo.
Trabalhando
Este circuito do sensor de fluxo de ar é mostrado abaixo e é usado para detectar o fluxo de ar. Este circuito funciona com alimentação de 12V DC. O componente significativo utilizado neste circuito é o filamento da lâmpada, pois é responsável por fazer a diferença de tensão sempre que houver presença de ar. O filamento da lâmpada neste circuito possui NTC (coeficiente de temperatura negativo), portanto seu filamento resistência mudará inversamente em direção à temperatura. Quando a temperatura é mais alta, a resistência do filamento é baixa.
Sempre que não houver ar por padrão, o valor da resistência do filamento da lâmpada será baixo devido a algum calor dentro dele. Quando o fluxo de ar sai dele, a temperatura do filamento do bulbo diminui e a resistência do filamento aumenta.
Portanto, devido a essa mudança na resistência, uma variação de tensão é produzida através do filamento da lâmpada que é captada pelo LM358 IC e produz um sinal baixo. Este IC é conectado no modo comparador para comparar a tensão de entrada com a tensão de referência e fornecer a saída correspondentemente.
Um potenciômetro neste circuito é usado para calibrar o circuito, um LIDERADO é útil para indicar o fluxo de ar, e tanto o botão quanto um ventilador DC são usados para fluir o suprimento de ar por todo o filamento.
Tipos de sensor de fluxo de ar
Existem diferentes tipos de sensores de fluxo de ar que são discutidos abaixo.
Sensor de fluxo de ar volumétrico
O sensor de fluxo de ar volumétrico é usado para medir o fluxo de volume, monitoramento de filtro, pressão diferencial e detecção de níveis de líquido. Esses tipos de sensores de fluxo de ar são aplicáveis em ambientes médicos, salas limpas e tecnologia de filtros em dutos de ar condicionado, ventilação, cabines de pintura e cozinhas industriais, principalmente para monitorar filtros e medição de nível ou para controlar conversores de frequência.
Sensor MAF
O sensor MAF também é conhecido como sensor de fluxo de massa de ar, usado em automóveis para detectar a taxa de fluxo de massa de ar que passa pelo motor de um veículo, bem como a quantidade de injeção de combustível.
Para a unidade de controle do motor do veículo, os dados da massa de ar são necessários para equilibrar e também fornecer a massa precisa de combustível ao motor. O ar mudará sua densidade através da pressão e também da temperatura. A densidade do ar mudará nas aplicações automotivas, com a altitude, a temperatura ambiente e a utilização de indução forçada, portanto, esses sensores são mais adequados em comparação aos sensores de fluxo volumétrico para decidir a quantidade de ar de admissão em cada cilindro.
Sensor de fluxo de ar em massa tipo palheta
O sensor que possui uma palheta medida localizada ao longo da direção do fluxo de ar é conhecido como um tipo de sensor de fluxo de massa de ar. Este tipo de sensor de fluxo de ar é usado para medir a quantidade de ar que passa por eles.
A palheta neste sensor é conectada simplesmente a uma mola e disposta em sua posição de repouso. Mas sempre que o ar começar a fluir, a palheta será realocada sob a pressão da mola. Portanto, essa deflexão pode ser transformada em sinal de tensão usando um potenciômetro. Depois disso, é utilizado para decidir a velocidade do fluxo de ar.
Sensor de fluxo de ar de fio quente
Este tipo de sensor de fluxo de ar é utilizado em diversos veículos modernos para medir a massa de ar que entra no motor. Este sensor desempenha um papel fundamental no gerenciamento e otimização do motor, simplesmente fornecendo informações à ECU (unidade de controle do motor) para ajustar a mistura ar-combustível para uma combustão muito eficiente.
A principal função deste sensor é medir o volume de ar que entra, bem como a densidade. Portanto, esses dados são significativos principalmente para que a unidade de controle do motor decida quanto combustível infundir nas câmaras de combustão para manter a relação ar-combustível correta.
A densidade do ar depende principalmente da altitude, temperatura e aplicação de indução forçada. Esses sensores são mais úteis e adequados para decidir a quantidade de entrada de ar em cada um dos cilindros em comparação com sensores do tipo fluxo volumétrico.
Diagrama de fiação do sensor de fluxo de ar
O diagrama de fiação do sensor de fluxo de ar (sensor de fluxo de ar em massa) é mostrado abaixo e foi projetado com base na construção, ano, tipo, demanda e modelo. Esses diagramas de fiação estão disponíveis em quatro formatos: 3 fios, 4 fios e 5 fios. Então, aqui estamos conectando um sensor de fluxo de ar de 4 fios, explicado na seção abaixo.
O diagrama de fiação do sensor de fluxo de ar de 4 fios possui uma fonte de alimentação positiva de 12 V (fio quente), sinal IAT (sinal de temperatura do ar de admissão), sinal MAF e MAF GND.
Uma fonte de alimentação positiva de 12 V (fio quente) está conectada a um fusível e um relé dentro da caixa de fusíveis. Em seguida, o fio do sinal de fluxo de ar em massa pode ser conectado à ECU do veículo. Este fio de sinal simplesmente transmite o sinal do sensor para a ECU. O fio terra do sensor MAF pode ser usado como uma conexão GND comum para a ECU e o sensor do veículo.
O circuito de sinal do sensor de fluxo de ar pode ser projetado no sensor MAF para medir a quantidade de corrente que flui através do sensor e transformar essa fonte de corrente em tensão. Depois disso, ele transmite para a ECU do veículo através do cabo de sinal MAF. Portanto, este circuito de sinal é aterrado separadamente. Além disso, o sensor inclui um sensor IAT integrado, que fornece o sinal IAT para perceber o sinal de temperatura do ar de admissão.
Interface do sensor de fluxo de ar com Arduino
O sensor de fluxo de ar (sensor anemômetro) é um sensor de baixo custo compatível com Arduino. Este sensor também é chamado de sensor de vento Rev. p, que possui compensação de hardware principalmente para temperatura ambiente e significa termistores PTC. Este sensor de fluxo de ar é usado para detectar tempestades com força de furacão, excluindo tempestades de saturação, que variam de 0 a 150 mph. Ele fornece tensão de detecção de saída de até 3,3 V, que é mais apropriada para todas as faixas de Placas de desenvolvimento Arduino e microcontroladores.
Este sensor funciona simplesmente pelo método baseado em anemômetro térmico ou pelo método de fio quente, que fornece detecção através do aquecimento de um elemento, bem como a variação de potência necessária para manter o calor no elemento de calor durante todo o fluxo do vento. Sempre que o fluxo de ar aumenta, de repente o elemento de aquecimento perde calor e precisa de mais energia para se manter aquecido. Quando não há vento, o elemento de aquecimento permanece estável. Assim, ele mede e também desenha a variação entre a corrente e a potência que flui através do elemento de aquecimento.
As especificações técnicas deste sensor incluem principalmente;
- Sua alimentação de tensão varia de 4 a 5 volts.
- Sua alimentação atual varia de 20 a 40mA.
- A velocidade do vento varia de 0 a 60 mph.
Descrição do pino:
O configuração de pinos do sensor de fluxo de ar (ou) o sensor de vento na versão Rev. P está disponível em uma configuração de 5 pinos mostrada abaixo.
- O pino GND é usado para a conexão GND comum do circuito.
- O pino V + é o pino de tensão de entrada do sensor e está conectado ao Arduino.
- OUT ou Ao pin é o sinal analógico o/p do sensor de ar que é usado para determinar a soma do fornecimento de corrente fluindo em todo o sensor de ar.
- O pino TMP fornece a saída de temperatura, que é um simples divisor de tensão através de um termistor e também de um resistor. A saída deste pino é alta em temperaturas mais baixas e diminui em altas temperaturas.
- O pino RV é a tensão de referência usada para a saída calibrada. Este pino não reduz a tensão abaixo de 1,8 V, mesmo em temperatura ambiente. Esta tensão não pode ser afetada pelo potenciômetro de calibração.
As conexões desta interface seguem como;
- Conecte o pino GND deste sensor ao pino GND do Arduino.
- O pino V+ do sensor está conectado ao pino Vin do Arduino.
- Os pinos OUT do sensor estão conectados ao pino Ao do Arduino.
- O pino TMP do sensor está conectado ao pino A2 do Arduino.
- O pino RV do sensor não está conectado.
Código
O código Arduino necessário para esta interface inclui o seguinte.
const int OutPin = A0; // pino analógico do sensor de vento conectado ao pino “OUT” do sensor Wind P
const int TempPin = A2; // pino analógico do sensor de temperatura conectado ao pino “TMP” do sensor Wind P
configuração vazia() {
Serial.begin(9600);
}
loop vazio() {
// lê o vento
int windADunits = analogRead(OutPin);
//Serial.print(“RW“); // imprime A/D bruto para depuração
//Serial.print(windADunits);
//Serial.print(“\t”);
// fórmula do vento derivada de dados de túnel de vento, anemômetro e algumas regressões sofisticadas do Excel
//Esta escala ainda não possui nenhuma correção de temperatura
float windMPH = pow((((float)windADunits – 264,0) / 85,6814), 3,36814);
Serial.print(windMPH);
Serial.print(”MPH\t”);
// rotina temporária e imprime raw e temp C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
//Serial.print(“RT“); // imprime A/D bruto para depuração
//Serial.print(tempRawAD);
//Serial.print(“\t”);
// converte para volts e usa a fórmula da folha de dados
// Vout = (TempC * .0195) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC veja a folha de dados do MCP9701 para V0c e TC
float tempC = ((((float)tempRawAD * 5,0)/1024,0) – 0,400)/0,0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println(”C”);
atraso(750);
}
A placa Arduino é alimentada com 9 V com uma placa de alimentação externa e o sensor é alimentado pelo pino Vin da placa Arduino. Carregue o código acima no Arduino e monitore a tensão o/p analógica e as mudanças de temperatura no pino OUT e no pino TMP do sensor de fluxo de ar para detectar a velocidade do vento.
A saída do sensor analógico é logarítmica, de modo que o sensor capta e monitora muito pouco fluxo de ar em faixas baixas, embora não sature com potência total até que o fluxo de ar atinja cerca de 60 mph.
O sinal de tensão obtido do pino analógico (pino Ao) do sensor é diretamente proporcional à velocidade do vento. O princípio fundamental do sensor de ar é semelhante à tecnologia convencional de fio quente. Portanto, esta técnica é excelente para ventos fracos a moderados e este método é apropriado para medir a direção do fluxo de ar interno.
Vantagens desvantagens
O vantagens dos sensores de fluxo de ar inclui o seguinte.
- O sensor de fluxo de ar é muito simples de instalar.
- Estes não são caros.
- Este sensor mede toda a pressão e a pressão estática do fluxo de ar e a velocidade média do ar.
- Mais opções de design estão disponíveis.
- Esses sensores são mais simples de manter devido à falta de peças móveis.
- Este é o tipo mais comum de sensor para medir o fluxo de ar.
O desvantagens dos sensores de fluxo de ar inclui o seguinte.
- Este sensor pode ser afetado por inclusões de gás e sensibilidade à vibração sempre que for instalado incorretamente.
- Eles são caros em comparação com outros sensores.
- Reduziu a entrada de ar e também o desempenho.
- Esses sensores precisam de calibração.
- Os sensores de fluxo de ar são facilmente contaminados, causando falhas e mau funcionamento.
- Este sensor causa vários problemas, como perda de potência, hesitação leve a grave, não restrito a marcha lenta brusca, baixa economia de combustível, etc.
- Um sensor de fluxo de ar ruim faz com que seu veículo enfrente problemas de dirigibilidade insatisfatórios, como parada do motor, hesitação ou solavancos na aceleração.
Aplicações/Usos
As aplicações dos sensores de fluxo de ar incluem o seguinte.
- O sensor de fluxo de ar é usado para medir e também controlar a velocidade do fluxo de ar na ventilação e nos condicionadores de ar.
- Este sensor ajuda a analisar a velocidade do fluxo de ar nos motores de combustão com injeção de combustível.
- É usado em aplicações automotivas, industriais e comerciais.
- Esses sensores são encontrados frequentemente em equipamentos de química analítica.
- O sensor de fluxo de ar é usado em cromatografia gasosa para identificar compostos que não são identificados.
- Esses sensores são usados em dispositivos médicos, fábricas de produtos químicos, testes e aplicações analíticas.
- Este sensor é usado para rastrear dados de velocidade de fluxo tanto do procedimento de injeção da amostra na máquina quanto das velocidades de fluxo ao longo das colunas de separação.
- A aplicação de um sensor de fluxo de ar é a análise da velocidade do fluxo de massa do ar em motores de combustão com injeção de combustível.
- Aplica-se a dispositivos de análise de gases, ventiladores, concentradores de oxigênio, dispositivos de teste de densidade e dispositivos de medição de amostradores de qualidade do ar.
- Um sensor MAF é utilizado em motores de automóveis para ajudar no controle da eficiência de combustão.
- O sensor informa ao computador do motor se o carro está no fundo da atmosfera ou no alto de uma montanha (ou no meio), onde há menos oxigênio.
- Este sensor permite um controle eficiente e preciso de sistemas HVAC.
- Este sensor é utilizado em sistemas de ventilação para monitorar o ciclo respiratório de pacientes.
Assim, isso é uma visão geral do sensor de fluxo de ar , funcionamento, circuito, tipos, fiação, interface e suas aplicações. Sensores de fluxo de ar são apropriados para medição e controle de suprimentos de ar em ventilação e ACs. Esses sensores são muito fáceis de instalar e medir toda a pressão, a pressão do fluxo de ar estacionário e a velocidade média do ar. Aqui fica uma pergunta para você: o que é um sensor de fluxo?
