Sensor de flujo de aire: circuito, funcionamiento, tipos, cableado, interfaz y sus aplicaciones

Hay varios tipos de sensores que se utilizan en los automóviles para controlar todas las operaciones del vehículo y también para protegerlo de daños como; MAP, detonación del motor, posición del acelerador, posición del árbol de levas , flujo de aire, velocidad del motor, oxígeno, voltaje y muchos más. Entre ellos, un sensor de flujo de aire es un tipo de sensor automotriz. El primer sensor de masa de aire enchufable fue inventado en 1996 por DENSO. Por eso, sus continuos desarrollos dentro de las tecnologías automotrices están liderando el camino para las piezas de automóvil de alta gama. Este sensor detecta la cantidad de aire que ingresa al motor del vehículo y transmite una señal a la ECU (unidad de control del motor). Este artículo analiza una visión general de una sensor de flujo de aire o sensor MAF, su funcionamiento y sus aplicaciones.

¿Qué es un sensor de flujo de aire?

Un sensor de flujo de aire es un tipo de sensor de automóvil que se utiliza para medir la velocidad del flujo de aire en un sistema como HVAC, motores de combustión y también procesos industriales. Por lo tanto, la ECU (unidad de control del motor) simplemente estima la cantidad de masa de combustible necesaria para mantener el aire y el combustible en equilibrio dependiendo de las entradas en tiempo real. Un nombre alternativo para un sensor de flujo de aire es sensor MAF (flujo de aire masivo), MAF o medidor de aire que cambia la cantidad de aire que ingresa al motor del vehículo en una señal de voltaje para medir su carga. Además, la densidad del aire puede variar según varios factores como la presión, la temperatura, la humedad y muchos más.

Principio de funcionamiento del sensor de flujo de aire

Un sensor de flujo de aire funciona simplemente midiendo la variación dentro de la resistencia de un cable caliente, convirtiéndola en señales eléctricas y pasándola a la ECU (unidad de control del motor). Esta señal se utiliza para determinar la cantidad de combustible que se debe infundir en el motor.

El sensor de flujo de aire incluye dos cables como si estuvieran calentados eléctricamente y el otro cable no. Siempre que un cable delgado de este sensor se calienta a una temperatura estable y se ubica en la ruta del flujo de aire, lo enfría de una manera que es simplemente proporcional a la velocidad del flujo de aire.

Siempre que varía la diferencia de temperatura entre los cables del sensor, el sensor aumenta o disminuye automáticamente el flujo de corriente a través del cable. Después de eso, la corriente se transmite a la ECU y se cambia a voltaje (o) frecuencia para traducirla en flujo de aire.

Diagrama del circuito del sensor de flujo de aire

Generalmente, la detección del flujo de aire es muy útil en varios circuitos. A continuación se muestra un circuito simple de sensor de flujo de aire que se utiliza para detectar el flujo de aire disponible. Este circuito de flujo de aire no necesita ningún RTD (o) diodo Zener pero este circuito utiliza un filamento de bombilla de CA simple que incluye algunos componentes para detectar el aire. Los componentes necesarios para realizar este circuito de sensor de aire incluyen principalmente; LM358 IC , LM7805, Resistencias como; Condensador de 680 ohmios, 100 ohmios, 10 K y 330 ohmios, 100 uF, 50 k resistencia variable , LED, 12V fuente de alimentación , bombilla incandescente, cable de puente, pulsador y ventilador de CC. Conecte este circuito según el circuito que se muestra a continuación.

Laboral

Este circuito de sensor de flujo de aire se muestra a continuación y se utiliza para detectar el flujo de aire. Este circuito funciona con una fuente de alimentación de 12V CC. El componente importante utilizado en este circuito es el filamento de la bombilla porque es responsable de marcar la diferencia de voltaje siempre que hay presencia de aire. El filamento de la bombilla en este circuito tiene el NTC (coeficiente de temperatura negativo), por lo que su filamento resistencia cambiará inversamente hacia la temperatura. Una vez que la temperatura es más alta, la resistencia del filamento es baja.

Siempre que no haya aire de forma predeterminada, el valor de resistencia del filamento de la bombilla será bajo debido a algo de calor en su interior. Cuando el flujo de aire lo suministra, la temperatura del filamento de la bombilla disminuye y la resistencia del filamento aumentará.

Entonces, debido a este cambio dentro de la resistencia, se produce una variación de voltaje a través del filamento de la bombilla que es captada por el LM358 IC y produce una señal baja. Este IC está conectado en modo comparador, por lo que compara el voltaje de entrada a través del voltaje de referencia y proporciona la salida correspondiente.
En este circuito se utiliza un potenciómetro para calibrar el circuito, un CONDUJO Es útil para indicar el flujo de aire, y tanto el botón pulsador como un ventilador de CC se utilizan para hacer fluir el suministro de aire por todo el filamento.

Tipos de sensores de flujo de aire

Existen diferentes tipos de sensores de flujo de aire que se analizan a continuación.

Sensor de flujo de aire de volumen

El sensor de flujo de aire volumétrico se utiliza para medir el flujo volumétrico, monitoreo de filtros, detección de presión diferencial y niveles de líquido. Estos tipos de sensores de flujo de aire son aplicables en una sala médica, sala limpia y tecnología de filtrado dentro de conductos de aire acondicionado, ventilación, cabinas de pintura y cocinas industriales, principalmente para monitorear filtros y medir niveles o para controlar convertidores de frecuencia.

Sensor MAF

El sensor MAF también se conoce como sensor de flujo masivo de aire y se utiliza en automóviles para detectar el flujo másico de aire que pasa por el motor de un vehículo, así como la cantidad de inyección de combustible.
Para la unidad de control del motor del vehículo, los datos de la masa de aire son necesarios para equilibrar y también entregar la masa de combustible precisa al motor. El aire cambiará su densidad a través de la presión y la temperatura. La densidad del aire cambiará dentro de las aplicaciones automotrices, con la altitud, la temperatura ambiente y la utilización de inducción forzada, por lo que estos sensores son más adecuados en comparación con los sensores de flujo volumétrico para decidir la cantidad de aire de admisión en cada cilindro.

Sensor de flujo de aire masivo tipo paleta

El sensor que tiene una paleta dosificada ubicada a lo largo de la dirección del flujo de aire se conoce como un tipo de sensor de flujo de masa de aire. Este tipo de sensor de flujo de aire se utiliza para medir la cantidad de aire que pasa a través de ellos.

La paleta de este sensor está conectada simplemente a un resorte y dispuesta en su posición de reposo. Pero cada vez que el aire comienza a fluir, la paleta se reubicará bajo la presión del resorte. Entonces, esta desviación se puede convertir en la señal de voltaje usando un potenciómetro. Después de eso, se utiliza para decidir la velocidad del flujo de aire.

Sensor de flujo de aire de alambre caliente

Este tipo de sensor de flujo de aire se utiliza en varios vehículos modernos para medir la masa de aire que ingresa al motor. Este sensor desempeña un papel clave en la gestión y optimización del motor simplemente proporcionando información a la ECU (unidad de control del motor) para ajustar la mezcla de aire y combustible para una combustión muy eficiente.

La función principal de este sensor es medir el volumen y la densidad del aire entrante. Entonces, estos datos son importantes principalmente para que la unidad de control del motor decida cuánto combustible inyectar en las cámaras de combustión para mantener la relación aire-combustible correcta.

La densidad del aire depende principalmente de la altitud, la temperatura y la aplicación de inducción forzada. Estos sensores son más útiles y adecuados para decidir la cantidad de entrada de aire en cada uno de los cilindros en comparación con los sensores de flujo volumétrico.

Diagrama de cableado del sensor de flujo de aire

A continuación se muestra el diagrama de cableado del sensor de flujo de aire (sensor de flujo de aire masivo), diseñado según la construcción, año, tipo, demanda y modelo. Estos diagramas de cableado están disponibles en cuatro formas: 3 cables, 4 cables y 5 cables. Entonces, aquí estamos cableando un sensor de flujo de aire de 4 cables que se explica en la siguiente sección.

El diagrama de cableado del sensor de flujo de aire de 4 cables tiene una fuente de alimentación positiva de 12 V (cable caliente), una señal IAT (señal de temperatura del aire de admisión), una señal MAF y MAF GND.

Una fuente de alimentación positiva de 12 V (cable caliente) está conectada a un fusible y un relé dentro de la caja de fusibles. A continuación, el cable de señal de flujo masivo de aire se puede conectar a la ECU del vehículo. Este cable de señal simplemente transmite la señal del sensor a la ECU. El cable de tierra del sensor MAF se puede utilizar como conexión GND común tanto para la ECU como para el sensor del vehículo.

El circuito de señal del sensor de flujo de aire se puede diseñar en el sensor MAF para medir la cantidad de corriente que fluye a través del sensor y convertir este suministro de corriente en voltaje. Después de eso, lo transmite a la ECU del vehículo a través del cable de señal MAF. Entonces este circuito de señal está conectado a tierra por separado. Además, el sensor incluye un sensor IAT integrado, que proporciona la señal IAT para detectar la señal de temperatura del aire de admisión.

Interfaz del sensor de flujo de aire con Arduino

El sensor de flujo de aire (sensor anemómetro) es un sensor de bajo costo compatible con Arduino. Este sensor también se llama sensor de viento Rev. p y tiene compensación de hardware principalmente para la temperatura ambiente y representa termistores PTC. Este sensor de flujo de aire se utiliza para detectar tormentas con fuerza de huracán, excluyendo las tormentas saturadas que oscilan entre 0 y 150 mph. Proporciona un voltaje de detección de salida de hasta 3,3 V, que es el más apropiado para todos los rangos de placas de desarrollo arduino y microcontroladores.

Este sensor funciona simplemente mediante un método basado en un anemómetro térmico o un método de alambre caliente que proporciona sensación al calentar un elemento, así como la variación de potencia necesaria para mantener el calor en el elemento térmico durante el flujo del viento. Cada vez que aumenta el flujo de aire, de repente el elemento calefactor pierde calor y necesita más energía para mantenerse caliente. Cuando no hay viento, el elemento calefactor permanece estable. Por lo tanto, mide y también extrae la variación entre la corriente y la potencia que fluye por el elemento calefactor.

Las especificaciones técnicas de este sensor incluyen principalmente;

• Su suministro de voltaje oscila entre 4 y 5 voltios.
• Su suministro actual oscila entre 20 y 40 mA.
• La velocidad del viento oscila entre 0 y 60 mph.

Descripción del pin:

El configuración de pines del sensor de flujo de aire (o) el sensor de viento en la versión Rev. P está disponible en una configuración de 5 pines que se muestra a continuación.

• El pin GND se utiliza para la conexión GND común del circuito.
• El pin V+ es el pin de voltaje de entrada del sensor y está conectado al Arduino.
• El pin OUT o Ao es la señal de salida analógica del sensor de aire que se utiliza para determinar la suma del suministro de corriente que fluye a través del sensor de aire.
• El pin TMP proporciona la salida de temperatura, que es un simple divisor de voltaje a través de un termistor y una resistencia. La salida de este pin es alta a temperaturas más bajas y disminuye a temperaturas altas.
• El pin RV es el voltaje de referencia utilizado para la salida calibrada. Este pin no reduce el voltaje por debajo de 1,8 V incluso a temperatura ambiente. Este voltaje no puede verse afectado por el potenciómetro de calibración.

Las conexiones de esta interfaz son las siguientes;

• Conecte el pin GND de este sensor al pin GND del Arduino.
• El pin V+ del sensor está conectado al pin Vin de Arduino.
• Los pines OUT del sensor están conectados al pin Ao del Arduino.
• El pin TMP del sensor está conectado al pin A2 del Arduino.
• El pin RV del sensor no está conectado.

Código

El código Arduino requerido para esta interfaz incluye lo siguiente.

constante int OutPin = A0; // pin analógico del sensor de viento conectado al pin “OUT” del sensor de viento P
constante int TempPin = A2; // pin analógico del sensor de temperatura conectado al pin “TMP” del sensor Wind P
configuración nula() {
Serie.begin(9600);
}
bucle vacío() {
// leer viento
int windADunits = analogRead(OutPin);
// Serial.print(“RW “); // imprime A/D sin formato para depurar
// Serial.print(windADunits);
// Serial.print(“\t”);
// fórmula del viento derivada de datos del túnel de viento, anemómetro y algunas regresiones sofisticadas de Excel
//Esta escala aún no tiene ninguna corrección de temperatura
viento flotanteMPH = pow((((flotante)windADunits – 264.0) / 85.6814), 3.36814);
Serial.print(vientoMPH);
Serie.print(” MPH\t”);
// rutina temporal e impresión raw y temp C
int tempRawAD = analogRead(TempPin);
// Serial.print(“RT “); // imprime A/D sin formato para depurar
// Serial.print(tempRawAD);
// Serial.print(“\t”);
// convierte a voltios y luego usa la fórmula de la hoja de datos
// Vsalida = ( TempC * .0195 ) + .400
// tempC = (Vout – V0c) / TC consulte la hoja de datos de MCP9701 para V0c y TC
temperatura flotanteC = ((((flotante)tempRawAD * 5.0) / 1024.0) – 0.400) / .0195;
Serial.print(tempC);
Serial.println(”C”);
retraso(750);
}

La placa Arduino se alimenta con 9 V con una placa de alimentación externa y el sensor se alimenta desde el pin Vin de la placa Arduino. Cargue el código anterior en el Arduino y controle el voltaje de salida analógico y los cambios de temperatura en el pin OUT y el pin TMP del sensor de flujo de aire para detectar la velocidad del viento.
La salida del sensor analógico es logarítmica, por lo que el sensor capta y monitorea un flujo de aire extremadamente pequeño en rangos bajos, aunque no se saturará a plena potencia hasta que el flujo de aire alcance aproximadamente 60 mph.

La señal de voltaje obtenida desde el pin analógico (pin Ao) del sensor es directamente proporcional a la velocidad del viento. El principio fundamental del sensor de aire es similar al de la tecnología de hilo caliente convencional. Por lo tanto, esta técnica es excelente para velocidades de viento bajas a moderadas y este método es apropiado para medir la dirección del flujo de aire interior.

Ventajas desventajas

El ventajas de los sensores de flujo de aire Incluya lo siguiente.

• El sensor de flujo de aire es muy sencillo de instalar.
• Estos no son caros.
• Este sensor mide la presión total y la presión del flujo de aire estático y la velocidad promedio del aire.
• Se pueden obtener más opciones de diseño.
• Estos sensores son más sencillos de mantener debido a la falta de piezas móviles.
• Este es el tipo de sensor más común para medir el flujo de aire.

El desventajas de los sensores de flujo de aire Incluya lo siguiente.

• Este sensor puede verse afectado por inclusiones de gas y sensibilidad a la vibración siempre que se instale incorrectamente.
• Son caros en comparación con otros sensores.
• Ha reducido la entrada de aire y también el rendimiento.
• Estos sensores necesitan calibración.
• Los sensores de flujo de aire se contaminan fácilmente, lo que provoca fallas y mal funcionamiento.
• Este sensor causa varios problemas como pérdida de potencia, vacilación de leve a severa, no restringido a ralentí brusco, mala economía de combustible, etc.
• Un sensor de flujo de aire defectuoso hace que su vehículo enfrente problemas de mala capacidad de conducción, como calarse el motor, vacilación o tirones al acelerar.

Aplicaciones/Usos

Las aplicaciones de los sensores de flujo de aire incluyen las siguientes.

• El sensor de flujo de aire se utiliza para medir y también controlar la velocidad del flujo de aire dentro de la ventilación y los acondicionadores de aire.
• Este sensor ayuda a analizar la velocidad del flujo de aire dentro de los motores de combustión con inyección de combustible.
• Se utiliza en aplicaciones automotrices, industriales y comerciales.
• Estos sensores se encuentran frecuentemente dentro de equipos de química analítica.
• El sensor de flujo de aire se utiliza en cromatografía de gases para identificar compuestos que no están identificados.
• Estos sensores se utilizan en dispositivos médicos, fábricas de productos químicos, pruebas y aplicaciones analíticas.
• Este sensor se utiliza para rastrear datos de velocidad de flujo tanto del procedimiento de inyección de la muestra en la máquina como de las velocidades de flujo en las columnas de separación.
• La aplicación de un sensor de flujo de aire es el análisis de velocidad del flujo másico del aire en motores de combustión con inyección de combustible.
• Se aplica a dispositivos de análisis de gases, ventiladores, concentradores de oxígeno, dispositivos de prueba de densidad y dispositivos de medición de muestras de calidad del aire.
• Se utiliza un sensor MAF en los motores de automóviles para ayudar a controlar la eficiencia de la combustión.
• El sensor le dice a la computadora del motor si el automóvil está en el fondo de la atmósfera o en lo alto de la cima de una montaña (o en un punto intermedio) donde hay menos oxígeno.
• Este sensor permite un control eficiente y preciso de los sistemas HVAC.
• Este sensor se utiliza en sistemas de ventilación para monitorear el ciclo respiratorio de los pacientes.

Así, esto es una descripción general del sensor de flujo de aire , funcionamiento, circuito, tipos, cableado, interfaz y sus aplicaciones. Los sensores de flujo de aire son apropiados para la medición y control de suministros de aire dentro de ventilación y aire acondicionado. Estos sensores son muy fáciles de instalar y miden la presión total, la presión del flujo de aire estacionario y la velocidad promedio del aire. Aquí tienes una pregunta: ¿qué es un sensor de flujo?