Sensoren für eine Flow Bench. - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Eine Strömungsbank in dieser Anwendung ist ein Gerät zum Messen des Luftstroms durch die Einlass- und Auslassöffnungen und Ventile eines Verbrennungsmotors. Diese können viele Formen annehmen, von teuren kommerziellen Angeboten bis hin zu DIY-Beispielen von zweifelhafter Qualität. Mit modernen Low-Cost-Sensoren verschiedener Typen ist es jedoch durchaus möglich, dass DIY-Beispiele kommerziellen Maschinen ebenbürtig sind. Es gibt nichts, was schwierig zu machen ist und hohes Geschick ist nicht erforderlich. Die Fotos oben zeigen die Bank, die ich gemacht habe und die die Mitte dieses Instructable bildet.

In diesem Dokument geht es nicht um die Herstellung einer Durchflussbank, sondern um die Instrumente und Sensoren, die ich auf meiner eigenen Bank verwende. Eine Durchflussbank verwendet eine Art Vakuumquelle, obwohl das Vakuum übertrieben ist, da der Saugunterdruck meistens unter 28 Wassersäule liegt, was 1 psi oder ~7000 Pa beträgt.

Zur Berechnung des Luftvolumenstroms müssen nur zwei wesentliche Parameter gemessen werden, beides sind Differenzdruckmessungen. Einer ist der Unterdruck, der dazu führt, dass Luft durch die Motoröffnung strömt, mit anderen Worten, er ist ein Maß für die Menge an „Saugen“. Der andere ist der Differenzdruck über eine Durchflussdrossel, um den tatsächlichen Durchfluss zu messen. Eine Blende wird am häufigsten verwendet, aber ich bevorzuge ein Venturi-Rohr, weil es effizienter ist. Der Auftraggeber ist unabhängig von der Art der Einschränkung gleich. Turbinenzähler und MAPs (Manifold Absolute Pressure)-Sensoren, die aus modernen Autos gerettet wurden, werden ebenfalls verwendet, aber diese sind nicht so weit verbreitet und ich werde sie nicht diskutieren.

Es gibt mehrere andere Parameter und passende Sensoren, die den Nutzen einer Durchflussbank verbessern können, z. B. die Temperatur, und ich werde jeden in den folgenden Schritten betrachten.

Lieferungen

Materialien;

Verschiedene Sensoren wie in den einzelnen Schritten beschrieben.

Vero-Platine oder kupferplattierte Platine für gedruckte Schaltungen.

Verschiedene Widerstände, Kondensatoren und andere elektronische Komponenten, die in einfachen Schaltungen verwendet werden.

Eine Form der Datenerfassung. Ich benutze einen LabJack, aber Hobbymikros wie der Arduino oder Pi wären geeignet.

Einen PC nutze ich einen Laptop mit Windows.

Lot.

Werkzeuge;

Lötkolben.

Die übliche Werkzeugsammlung zum Herstellen von Schaltungen wie Drahtschneider/Abisolierer etc.

Schritt 1: Differenzdrucksensoren

Ich verwende die abgebildeten. Datenblätter und weitere Infos finden Sie unter www.analogmicro.de. Diese Sensoren können ihre Messwerte entweder als analoges Spannungssignal oder über einen IC2-Bus ausgeben. Ich benutze den Analogausgang.

Sie messen den Differenzdruck, der zwei Druckeingänge erfordert, dh sie geben einen Wert aus, der der Druckdifferenz zwischen den beiden Eingängen entspricht. Die Skizze zeigt, dass ein Sensor an zwei Anzapfungen an einem Venturi angeschlossen ist, um den tatsächlichen Durchfluss zu messen. Ein weiterer Sensor misst die Depression im Plenum. Dies bezieht sich auf den barometrischen Umgebungsdruck und so bleibt eine Entnahme zur Atmosphäre offen.

Diese beiden Sensoren allein reichen aus, um nützliche Durchflussmessungen zu liefern, aber die Ergebnisse werden von den Umgebungsbedingungen beeinflusst und für die Wiederholbarkeit ist es erforderlich, die Messwerte anhand von Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit anzupassen.

Schritt 2: Temperatursensoren

Ich verwende zwei davon. Sie sind vom Halbleitertyp LM34, den ich aus Gründen der Robustheit in Epoxidharz in ein Aluminiumgehäuse einbette. Ich befestige einen am Durchflussmess-Venturi und den anderen am zu messenden Zylinderkopf. Die Bilder zeigen dies besser als Worte es können. Das erste Bild zeigt einen auf dem Venturi festgeschnallt, beachten Sie auch die Druckanschlüsse, die im vorherigen Schritt zu den Drucksensoren gehen.

Schritt 3: Feuchtigkeits- und Luftdrucksensoren

Diese sind auf einer Platine montiert, zusammen mit verschiedenen Verbindungen zu anderen Sensoren und Stromversorgung sowie zum Anschluss an einen LabJack, mit dem ich die Sensorausgänge sammle und die Daten zur Analyse an einen PC sende.

Schritt 4: Wirbelmesser

Der Durchfluss durch einen Anschluss ist nicht der einzige interessierende Parameter, den wir mit einer Durchflussbank messen können, wenn wir die richtigen Sensoren haben. Drall ist ein Maß für den Rotationsaspekt des Luftstroms in einen Motor. Dies ist von Interesse, da Verwirbelungen dazu beitragen, den Kraftstoff mit der Luft zu vermischen und die Verbrennung des Motors zu beeinflussen.

Ich habe ein Laufrad hergestellt, das sich nach einer Einschwingzeit nahe der Drehzahl des Gaswirbels dreht. Am anderen Ende der Welle befindet sich ein gekerbtes Rad. Die Kerbbewegungen werden von zwei optischen Spaltsensoren erfasst. Ich verwende zwei, weil sie bei entsprechender Positionierung die A- und B-Signale eines Quadratur-Encoders liefern. Dadurch kann meine Software Drehzahl und Richtung berechnen. Das Oszilloskopbild zeigt die Ausgabe der beiden Sensoren.

Schritt 5: Ein Werkzeug für einen Sensor

In diesem Schritt geht es nicht um einen Sensor als solchen, sondern um ein lokales Strömungsgeschwindigkeits-Messgerät, das mit einem dritten Drucksensor verbunden ist. Es ist ein Pitot-Rohr wie die Geräte, die in Flugzeugen verwendet werden, um die Luftgeschwindigkeit zu messen. Es ist um 180 Grad gebogen. so dass es nach unten in einen Port eingefügt werden und lokale Geschwindigkeiten messen kann, um eine Karte der Geschwindigkeitsverteilung in verschiedenen Teilen des Ports zu erstellen.

Schritt 6: Alles zusammenfügen

Ich habe erwähnt, dass ich einen LabJack (labjack.com) verwende, um die Daten zu sammeln. Dies ist ein kostengünstiges Datenerfassungssystem, das Daten an einen PC zurücksendet und Anweisungen vom PC empfängt. Ich habe die meisten LabJack-Eingänge usw. an einen D25-Anschluss angeschlossen, der es mir ermöglicht, ihn schnell von Job zu Job zu wechseln.

Alle Sensorausgänge werden zum Schutz in eine dedizierte Box (eine RS-Komponenten-Projektbox) gebracht und bieten einen einzigen Ort für ein Kabel zum Anschluss an den LabJack. Auch die Drucksensoren sind in dieser Box enthalten.

Schritt 7: Wie alles verbunden ist

Hier sind einige grobe Schaltungsskizzen, die ich für einen Freund gemacht habe. Vielleicht nicht ordentlich oder umfassend, aber sie zeigen das allgemeine Layout. Sie präsentierten sich hier auf FWIW-Basis.

Schritt 8: Software

Ich habe eine Software in Delphi (Pascal für Windows) geschrieben, um die Datenerfassung durch den LabJack zu steuern und Datenverarbeitungsfunktionen bereitzustellen. Die Fotos sind Screenshots von ein paar Fenstern. Die erste zeigt, wie die Daten tabellarisch und graphisch dargestellt werden. Der LabJack wird mit Windows-Treibern geliefert, die es einfach machen, Steuerfunktionen in Ihre eigenen Programme einzubinden. Der LabJack hat zwei Methoden zum Senden von Daten, die erste ist das, was ich "Ask and Receive" nenne. Die PC-Software fragt nach Daten und der LabJack sendet sie. Das ist der Modus, den ich mit der Flow Bench verwende. Der andere Modus ist "Streaming" und ist schneller, Daten werden kontinuierlich gesendet und müssen nur beim Start abgefragt werden. Ich verwende diesen Modus auf meinem Schockprüfstand, der in einem anderen aktuellen Instructable kurz beschrieben wird, das unter zu finden ist

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