Принцип работы расходомера воздуха: Термоанемометрический расходомер воздуха. Принцип действия – datchiki.com

Термоанемометрический расходомер воздуха. Принцип действия – datchiki.com

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

• Как устроен термоанемометрический расходомер воздуха?
• Типы монтажа
• Термоанемометрический расходомер воздуха. Применение
• Расходомеры VP Instruments
• Расходомеры Борей
• Как купить термоанемометрический расходомер воздуха?

Термоанемометрический расходомер воздуха (или термально-массовый расходомер; англ. — thermal mass flow meter) — это устройство, служащее для измерения расхода вещества, принцип действия которого основан  на измерении теплосъема сигнала с нагревательного элемента, который при известной теплопроводности среды связан с массовым расходом.

Иногда встречается такая аббревиатура, как ДМРВ или датчик массового расхода воздуха, однако она используется сугубо для обозначения автомобильных датчиков с таким же принципом измерений и не относится к теме нашей статьи.

Несмотря на то, что термоанемометрический расходомер воздуха решает вполне определённые задачи, он не являются наиболее распространённым оборудованием для измерения расхода, в том числе для расхода сжатого воздуха, для чего он в основном и используется. Большая часть производителей расходомеров в основном поставляет другое оборудование — вихревые расходомеры, и их оборот может быть больше в несколько раз.

Как устроен термоанемометрический расходомер воздуха?

Термоанемометрический расходомер воздуха может использовать два типа сенсоров. Принцип работы у обоих типов одинаковый, однако они различаются по своей конструкции.

Принцип измерения расхода вещества основан на использовании двух сенсоров термосопротивления, расположенных в трубопроводе один за другим. На один из них подаётся напряжение, позволяющее нагреть сенсор. Поток воздуха, проходящий через трубопровод, забирает тепло от первого сенсора, понижая его температуру. Второй термодатчик необходим для компенсации остывания, либо для расчёта мощности, затрачиваемой на его подогрев.

По разнице температуры между показаниями двух сенсорами или по вычисленной мощности, необходимой для нагрева и рассчитывается количество вещества, проходящего через трубопровод за единицу времени.

Стоит отметить, что метод компенсации не играет существенной роли в использовании прибора и не влияет на его эксплуатационные качества.

Сенсоры в виде гильз

В рамках промышленных применений чаще всего такие сенсоры имеют вид двух тонких гильз диаметром в несколько миллиметров, погружаемых непосредственно в поток вещества. Ввиду их хрупкости на рабочей части устройства часто можно увидеть специальную металлическую скобу, защищающую датчики термоанемометрического расходомера воздуха. Данная мера позволяет избежать деформации гильз при не слишком аккуратном монтаже изделия. Поскольку гильзы исполнены из нержавеющей стали, они не боятся влаги, однако данный тип приборов калибруется с поправочным коэффициентом, зависящим от плотности газа. То есть он не предназначен для измерения жидких веществ и работает только в газовых средах: в сжатом воздухе, аргоне, азоте, кислороде, гелии, углекислом газе, а также смесях этих газов.

Второй вариант реализации сенсора некоторым образом похож на датчики скорости потока для обычных вентиляций. Он представляет собой пластину из текстолита (материала, характерного для печатных плат), на которой размещены две дорожки терморезисторов. Часто такие сенсоры также заключаются в защитную скобу.

Сенсоры на текстолите

Принцип измерения и методы компенсации остаются всё теми же, но это накладывает некоторые ограничения на работу сенсоров. В данном случае нельзя защитить дорожки терморезисторов специальным покрытием, как это делается на обычных печатных платах для сопротивления коррозии и механическим воздействиям. Попадание влаги на такой сенсор быстро приведёт к коррозии и выходу расходомера из строя. Поток воздуха с большим содержанием пыли также негативно скажется на работоспособности устройства, постепенно стирая текстолит.

Такой эффект истирания характерен, например, для шахт метрополитена, где подобные типы датчиков измеряют скорость потока воздуха. Также сенсор часто может корродировать ввиду неправильных условий хранения.

Стоит сказать, что такой принцип измерений применяется не только в термально-массовых расходомерах. Его могут использовать датчики скорости потока, скорости и направления ветра и т.д.

Типы монтажа

Первый тип – погружной термоанемометрический расходомер воздуха.

Такой прибор погружается в трубопровод через т.н. приварной ниппель (который иногда именуют бобышкой). Как правило зонды таких расходомеров оснащаются гайкой с наружной резьбой. Поскольку бобышка имеет внутреннюю резьбу, зонд можно просто вкрутить в неё, что весьма удобно.

Ещё один вариант той же конструкции – установка в приварной ниппель шарового крана, уже в который вкручивается зонд. Для чего это делается? Поскольку в пневмосети всё время имеется избыточное давление (стандартно от 5 до 10 бар), такой метод монтажа позволяет безопасно отправить прибор на обслуживание. Таким образом можно поднять термоанемометрический расходомер воздуха, перекрыть кран и спокойно демонтировать устройство. Многие изделия также оснащаются системой защиты от выталкивания. У разных производителей она может выглядеть по-разному.

Второй тип монтажа – установка резьбового соединения. В данном случае на трубопровод наносится внешняя резьба, на соединение с расходомером – внутренняя. Тип, подразумевающий расходомер как часть трубопровода, характерен для небольших диаметров труб в диапазоне от 8 до 80 мм.

Ещё одним вариантом подобного монтажа является фланцевое соединение.

Просто удалить прибор в данном случае не получится. Если необходимо снять термоанемометрический расходомер воздуха, вместо него придётся установить имитатор, т.е. трубу, которая закроет участок, отведённый под прибор. Для упрощения демонтажа на трубопроводах иногда делают байпасную линию, ответвляя участок трубопровода и формируя дополнительную линию специально под измерения.

При небольших диаметрах фланцевые и резьбовые термально-массовые расходомеры окажутся более бюджетным решением, однако погружные более универсальны. Большая длина зонда позволит монтировать их на разные трубы в пределах предприятия, что может быть полезно для некоторых задач.

Термоанемометрический расходомер воздуха. Применение

Как средство измерений термоанемометрический расходомер воздуха обычно применяется в промышленности для измерения различных газов и сжатого воздуха.

Данный вид приборов имеет крайне высокую чувствительность и диапазон измерений – от 0. 5 м/с до ~ 150 м/с, некоторые производители предлагают от 0.3 м/с и до 200 м/с.

Нижние границы диапазонов говорят о том, что данное устройство способно проводить измерения при практически нулевом потоке, что актуально, т.к. расход вещества на предприятиях не всегда бывает большим.

Термально-массовые расходомеры или датчики скорости потока, использующие идентичную технологию измерений, применяются в системах ОВК т.н. чистых комнат при сборе электроники, где необходимо строжайшее соблюдение показателей качества воздуха, кол-ва пыли, влажности и т.д.

Современная чистая комната

Производители чистых комнат есть и в нашей стране, и они используют подобное оборудование.

Но наиболее традиционное (и часто встречающееся) применение термоанемометрических расходомеров воздуха – это пневмолинии.

Что представляет собой пневмолиния? Область производства (supply side) состоит из компрессора, коих есть большое число разновидностей (ротационные, винтовые, поршневые и т.д.), нагнетающего воздух и выдающего в трубу под давлением, и ресивера.

пневмолиния

При сжатии воздух нагревается, также повышается его влажность. Далее по трубопроводу воздух попадает в ресиверы. Их задача – служить в качестве воздухосборников, сглаживая непредвиденные скачки давления и создавая резерв сжатого воздуха.

После ресивера устанавливается осушитель, абсорбционный или рефрижераторный, забирающий лишнюю влагу. На некоторых предприятиях могут ограничиться сепаратором, в зависимости от того, какой воздух нужен конкретному заводу.

Справка. Содержащаяся в воздухе влага при определённой температуре, т.н. точке росы, начинает конденсироваться. При сжатии воздуха точка росы значительно возрастает, что может привести к заполнению трубопровода жидкостью.

На выходе из осушителя воздух охлаждается вплоть до -100 °C для некоторых систем. Такое охлаждение необходимо для полного удаления влаги. Её содержание в воздухе становится настолько низким, что его необходимо охладить до крайне низких температур, чтобы продолжить процесс осушения.

Разные предприятия осушают воздух в разной степени в зависимости от своих нужд. Например, на конвейерных предприятиях сжатый воздух используется для дорогостоящего зарубежного оборудования, работающего на конвейерной линии. Если воздух будет недостаточно осушен, оно быстро выйдет из строя.

Далее сжатый воздух попадает на магистраль, трубу большого сечения, ведущую в область потребления (domain side), где он распределяется между потребителями.

На пневмолиниях термоанемометрические расходомеры воздуха необходимы для контроля утечек на сложной карте путей трубопроводов. Как правило один расходомер обязательно стоит на выходе в магистраль. Для контроля утечек дополнительные приборы устанавливаются на участках потребителей.

Может показаться, что это не так важно, однако даже малая утечка имеет большой вес, ведь сжатый воздух очень дорогой ресурс, во много раз дороже электричества. Именно поэтому крупные предприятия стремятся инвестировать в обустройство своих пневмолиний.

Также они применяются на водоочистных системах при подаче воздуха в танки.

Также предприятия часто объявляют тендеры на проведение аудита пневмосистем. При проверке состояния трубопроводов также используются термоанемометрические расходомеры воздуха.

Для проведения пневмоаудита наша компания предлагает продукцию компании VP Instruments.

Стоит отметить, что VP Instruments могут предложить расходомеры со съёмным зондом, что существенно упрощает вопрос ремонта повреждённых зондов.

К тому же устройства данной компании измеряют одновременно несколько показателей – расход, давление и температуру. В будущем компания VP Instruments планирует включить в комплект для пневмоаудита новые функции, такие как измерение точки росы.

Расходомеры VP Instruments

Серия FlowScope, разработанная компанией VP Instruments, делится на три линейки оборудования, для каждой из которых предел скорости вещества составляет 150 м/с.

Линейка In-Line имеет три прибора под диаметры трубопровода 0.5, 1 и 2 дюйма. Для установки изделий в трубопровод с другим диаметром, наша компания предлагает расходомер вместе с комплектом трубопроводов-переходников с нужным заказчику присоединением.

Расходомер сжатого воздуха VPFlowScope In-line встраиваемый

Линейка Probe представляет собой погружные приборы. Имеются два изделия с длиной зонда 400 и 600 мм. Поскольку зонды монтируются с таким расчётом, чтобы сенсор находился посередине трубы, их можно использовать на диаметрах до 700 и 1000 мм соответственно. Стандартно эта линейка работает с давлением в 16 бар, но опционально мы можем поставить изделие с рабочим давлением до 35 бар.

Расходомер сжатого воздуха VPFlowScope Probe

Линейка M даёт возможность свободно менять зонд, отделяя его от блока электроники. Здесь используется протокол связи ModBus TCP, что позволяет подключить изделие к локальной сети предприятия. Оснащённый Web-сервером, прибор может транслировать данные о текущем состоянии, параметрах измерений и текущем расходе.

Модульный расходомер газов и сжатого воздуха VPFlowScope M

При всём вышеперечисленном расходомеры от VP Instruments довольно чувствительны к внешним условиям и имеют рабочую температуру от 0 до 50-60 °C. В случае установки на улице прибору понадобится инструментальный шкаф.

Максимальное давление для линейки M составляет 10 бар.

Приборы серии FlowScope могут поставляться как с дисплеем, так и без него. Последнее эффективно для построения систем автоматики, когда не предполагается, что люди будут напрямую работать с оборудованием.

Термоанемометрические расходомеры воздуха серии Probe и M могут идти в составе набора для пневмоаудита. Такой набор включает в себя кейс, термально-массовый расходомер, блок питания, набор кабелей для подключения к компьютеру, защитная система от срыва расходомера.

Стартовый набор для пневмо-аудита VPFlowScope Starting Kit

Отметим, что при проведении работ по пневмоаудиту с термоанемометрическими расходомерами от VP Instruments не имеет большого значения повышенная влажность или масло в трубопроводе, но если прибор будет установлен длительное время –  придется соблюдать стандарты чистоты воздуха. Подробнее с ними можно ознакомиться, запросив у наших специалистов техническую документацию.

VP Instruments с недавнего времени начали выпускать датчики точки росы, например датчик температуры точки росы VPA.8000. Вы можете найти их в нашем каталоге или обратиться к нашим специалистам по вопросам поставки.

Датчик температуры точки росы VP в трубе

VP VISION представляет собой аналог SCADA-системы, мощный контроллер с продвинутым ПО для подключения различных приборов, служащий для сбора данных и автоматизации учёта сжатого воздуха. Ведь часто подключение сенсоров к системе управления заводом является не лучшим решением.

Учёт сжатого воздуха и энергоресурсов предприятия VPVision

На данный момент производитель предлагает две версии VP VISION – Basic и Advanced, различающихся количеством аналоговых и цифровых входов.

Расходомеры Борей

Термоанемометрические расходомеры воздуха Борей разработаны нашей компанией и нашли признание у наших заказчиков.

Борей 200 имеет максимальную скорость потока в 90 м/с и алюминиевый корпус. Если Вам необходим корпус из нержавеющей стали, обратитесь к нашим специалистам.

Борей 200

Рабочие диаметры Борея 200 составляют 8 – 25 мм, что весьма удобно для небольших трубопроводов, например проводящих азот.

Борей 450 и Борей 600 являются погружными термально-массовыми расходомерами. Они имеют большое количество модификаций под различные измеряемые среды (аргон, кислород и т.д.). Возможно организовать поставку данных расходомеров с очисткой для работы с кислородом.

Борей 450 работает с давлением до 16 бар и диаметром до 600 мм, Борей 600 до 40 бар.

Каждое из представленных изделий использует HART протокол — набор коммуникационных стандартов для промышленных сетей.

Борей 450

Борей 600 и 450 предусматривают три типа монтажа – фланцевое соединение, стандартную врезку и монтаж под высокое давление. Последний вариант применим на трубопровордах с давлением порядка 40 бар.

Выбрать необходимые параметры вы можете, скачав опросный лист и заполнив необходимые графы.

Как купить термоанемометрический расходомер воздуха?

Купить термоанемометрические расходомеры воздуха можно, связавшись с нашими специалистами любым удобным Вам способом.

Нажмите на кнопку запроса цены или консультации, чтобы запустить процесс покупки. Также заказать поставку можно, позвонив по телефону +7 (812) 45-40-666, или написав на корпоративную почту [email protected] Выберите наиболее удобный для себя вариант! Наша компания принимает заказы на оборудование и смежные услуги через любую форму обращения с понедельника по пятницу, с 9.00 до 18.00.

Термоанемометрический расходомер воздуха, как измерительное оборудование, нуждается в периодической поверке и калибровке оборудования. Обращаем внимание, что наша компания предлагает помощь в организации поверки, калибровки и занесения в реестр СИ оборудования для метеорологии по разумным ценам.

Мы поставляем оборудование по всей территории России и стран Таможенного Союза. В этом нам помогают проверенные компании-грузоперевозчики.

Вы можете поделиться статьёй в социальных сетях и мессенджерах:

Появились вопросы?

Спросите опытного эксперта сейчас и получите варианты решения!

▷Датчик расхода воздуха: устройство, принцип работы, проверка

Для оптимальной работы инжекторного двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС) следует учитывать, сколько воздушной смеси поступает в камеры сгорания цилиндров. На основании этих данных электронным блоком управления (далее ЭБУ) определяет условия подачи топлива. Помимо информации с датчика массового расхода воздуха, учитывается его давление и температура. Поскольку ДМРВ являются наиболее значимыми, рассмотрим их виды, конструктивные особенности, возможности диагностики и замены.

Назначение и расшифровка аббревиатуры

Расходомеры, они же волюметры или ДМРВ (не путать с ДМРТ и ДВРМ), расшифровываются как датчики массового расхода воздуха, устанавливаются в автомобилях на дизеле или бензиновых ДВС. Место расположения данного датчика найти несложно, поскольку он контролирует подачу воздуха, то и искать его следует в соответствующей системе, а именно, после воздушного фильтра, на пути к дроссельной заслонке (ДЗ).

Место установки ДМРВ на Газель 405

Подключение устройства осуществляется к блоку управления ДВС. В тех случаях, когда ДМРВ находится в неисправном состоянии или отсутствует, грубый расчет может быть произведен исходя из положения ДЗ. Но при таком способе измерения нельзя обеспечить высокую точность, что незамедлительно приведет к перерасходу топлива. Это еще раз указывает на ключевую роль расходометра при расчете подаваемой через форсунки топливной массы.

Помимо информации с ДМРВ, блок управления также обрабатывает данные, поступающие со следующих устройств: ДРВ (датчик распределительного вала), ДД (измеритель детонации), ДЗ, датчик температуры системы охлаждения, измеритель кислотности (лямбда зонд) и т.д.

Виды ДМРВ их конструктивные особенности и принцип работы

Наибольшее распространение получили три вида волюметров:

• Проволочные или нитевые.
• Пленочные.
• Объемные.

В первых двух принцип работы построен на получении сведений о массе воздушного потока путем измерения его температуры. В последних может быть задействовано два варианта учета:

1. Путем изменения положения ползунка, приводимого в действие специальной лопастью, на которую воздействует воздушный поток, проходящий через прибор. Учитывая наличие трущихся механизмов, уровень надежности таких конструкций довольно низкий. Это стало основной причиной для отказа производителей авто от датчиков данного типа. Для ознакомления приведем упрощенный пример конструкции объемного расходомера.
   Устройство ДМРВ объемного типа
2. Подсчетом вихрей Кармана. Они образуются в том случае, если ламинарный воздушный поток будет омывать препятствие, кромки которого достаточно острые. Частота срывающихся с них вихрей напрямую связана со скоростью потока воздуха, проходящего через устройство.

Конструкция вихревого датчика (широко используется производителем Mitsubishi Motors)

Обозначения:

• А – датчик измерения давления, для фиксации прохождения вихря. То есть, частота давления и образования вихрей буде одна и та же, что дает возможность измерить расход воздушной смеси. На выходе при помощи АЦП аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой, и передается в ЭБУ.
• В – специальные трубки, формирующие воздушный поток, близкий по свойствам к ламинарному.
• С – обводные воздуховоды.
• D – колона с острыми кромками, на которых формируются вихри Кармана.
• Е – отверстия, служащее для замера давления.
• F – направление воздушного потока.

Проволочные датчики

Нитевой ДМРВ до недавнего времени был наиболее распространенным типом датчика, устанавливаемый на отечественных автомобилях модельного ряда ГАЗ и ВАЗ. Пример конструкции проволочного расходомера показан ниже.

Конструкция волюметра ИВКШ 407282.000

Обозначения:

• А – Электронная плата.
• В – Разъем для подключения ДМРВ к ЭБУ.
• С – Регулировка CO.
• D – Кожух расходомера.
• Е – Кольцо.
• F – Проволока из платины.
• G – Резистор для термокомпенсации.
• Н – Держатель для кольца.
• I – Кожух электронной платы.

Принцип работы и пример функциональной схемы нитевого волюметра.

Разобравшись с конструкцией устройства, перейдем к принципу его работы, она основана на термоанемометрическом методе, при котором терморезистор (RT), нагреваемый проходящим через него током, помещают в воздушный поток. Под его воздействием изменяется теплоотдача, а соответственно, и сопротивление RT, что позволяет вычислить объемный расход воздушной смеси? используя уравнение Кинга:

I²*R=(K₁+K₂*_⎷Q)*(T₁-T₂) ,

где I – ток, проходящий через RT и нагревающий его до температуры Т₁. При этом Т₂ — температура окружающей среды, а К₁ и К₂ – неизменные коэффициенты.

Исходя из приведенной выше формулы, можно вывести величину объемного расхода воздушного потока:

Q = (1/К₂)*(I²*R_T/(T₁ — T₂) — K₁)

Пример функциональной схемы с мостовым включением термоэлементов приведен ниже.

Типовая функциональная схема проволочного ДМРВ

Обозначения:

• Q- измеряемый воздушный поток.
• У – усилитель сигнала.
• R_T – проволочное термосопротивление, как правило изготавливается из платиновой или вольфрамовой нити, толщина которой находится в пределах 5,0-20,0 мкм.
• R_R – термокомпенсатор.
• R₁-R₃ – обычные сопротивления.

Когда скорость потока близка к нулю, RT нагревается до определенной температуры проходящим через него током, что позволяет мосту удерживаться в равновесии. Как только поток воздушной смеси усиливается, терморезистор начинает охлаждаться, что приводит к изменению его внутреннего сопротивления, и, как следствие, нарушению равновесия в мостовой схеме. В результате этого процесса на выходе усилительного блока образуется ток, который частично проходит через термокомпенсатор, что приводит к выделению тепла и позволяет компенсировать его потерю от потока воздушной смеси и восстанавливает равновесие моста.

Описанный процесс позволяет рассчитать расход воздушной смеси, оперируя величиной тока, проходящего через мост. Чтобы сигнал воспринимался ЭБУ, он преобразовывается в цифровой или аналоговый формат. Первый позволяет определить расход по частоте выходного напряжения, второй – по его уровню.

У данной реализации есть существенный недостаток – высокая температурная погрешность, поэтому многие производители добавляют в конструкцию терморезистор аналогичный основному, но не подвергают его воздействую воздушного потока.

В процессе работы на проволочном терморезисторе могут накапливаться пылевые или грязевые наслоения, чтобы не допустить этого, данный элемент подвергается краткосрочному высокотемпературному нагреву. Он производится после отключения ДВС.

Пленочные воздухомеры

Пленочный ДМРВ работает по тому же принципу, что и нитевой. Основные отличия заключаются в конструктивном исполнении. В частности, вместо проволочного сопротивления из платиновой нити используется кремневый кристалл. Он покрыт несколькими слоями платинового напыления, каждый из которых играет определенную функциональную роль, а именно:

• Температурного датчика.
• Термосопротивления (как правило, их два).
• Нагревательного (компенсационного) резистора.

Данный кристалл устанавливается в защитный кожух и помещается в специальный канал, через который проходит воздушная смесь. Геометрия канала выполнена таким образом, чтобы температурные измерения снимались не только с входного потока, а и отраженного. Благодаря созданным условиям достигается высокая скорость движения воздушной смеси, что не способствует отложению пыли или грязи на защитном корпусе кристалла.

Конструктивные особенности пленочного ДМРВ

Обозначения:

• А – Корпус расходомера, в который вставляется измерительное приспособление (Е).
• В – Контакты разъема, который подключается к ЭБУ.
• С – Чувствительный элемент (кремневый кристалл с несколькими слоями напыления, помещенный в защитный кожух).
• D – Электронный контролер, при помощи которого производится предварительная обработка сигналов.
• Е – Корпус измерительного приспособления.
• F – Канал, сконфигурированный таким образом, чтобы снимать тепловые показатели с отраженного и входного потока.
• G – Измеряемый поток воздушной смеси.

Как уже упоминалось выше, принцип работы нитевых и пленочных датчиков аналогичны. То есть, первоначально производится нагрев чувствительного элемента до температуры. Поток воздушной смеси охлаждает термоэлемент, что делает возможным произвести расчет массы воздушной смеси, проходящей через датчик.

Как и в нитевых устройствах, исходящий сигнал может быть аналоговым или преобразовываться при помощи АЦП в цифровой формат.

Следует заметить, что погрешность нитевых волюметров порядка 1%, у пленочных аналогов данный параметр около 4%. Тем не менее, большинство производителей перешли на пленочные датчики. Это объясняется как более низкой стоимостью последних, так и расширенным функционалом ЭБУ, обрабатывающих информацию с данных устройств. Эти факторы отодвинули на второй план точность приборов и их быстродействие.

Следует отметить, что благодаря развитию технологии изготовления флэш-микроконтроллеров, а также внедрению новых решений удалось существенно понизить погрешность увеличить быстродействие пленочных конструкций.

Взаимозаменяемость

Данный вопрос довольно актуален, особенно принимая во внимание стоимость оригинальных изделий импортного автопрома. Но здесь не все так просто, приведем пример. В первых серийных моделях горьковского автозавода на инжекторные волги устанавливался ДМРВ БОШ (Bosh). Несколько позже импортные датчики и контролеры заменили отечественные изделия.

А –импортный нитевой ДМРВ производства Bosh (pbt-gf30) и его отечественные аналоги В — АОКБ «Импульс» и С – АПЗ

Конструктивно эти изделия практически не отличались за исключением нескольких конструктивных особенностей, а именно:

• Диаметр провода, используемого в проволочном терморезисторе. У бошевских изделий Ø 0,07 мм, а у отечественной продукции – Ø0,10 мм.
• Способ крепления провода, он отличается типом сварки. У импортных датчиков это контактная сварка, у отечественных изделий – лазерная.
• Форма нитевого терморезистора. У Bosh он имеет П-образную геометрию, АПЗ выпускает приборы с V-образной нитью, изделия АОКБ «Импульс» отличаются квадратной формой подвески нити.

Все приведенные в качестве примера датчики были взаимозаменяемые, пока Горьковский автозавод не перешел на пленочные аналоги. Причины перехода были описаны выше.

Пленочный ДМРВ Сименс (Simens) для ГАЗ 31105

Приводить отечественный аналог изображенному на рисунке датчику не имеет смысла, поскольку внешне он практически не отличается.

Следует отметить, что при переходе с нитевых приборов на пленочные, скорее всего, потребуется менять всю систему, а именно: сам датчик, соединительный провод от него к ЭБУ, и, собственно сам контролер. В некоторых случаях контроль может быть адаптирован (перепрошит) под работу с другим датчиком. Такая проблема связана с тем, что большинство нитевых расходомеров посылают аналоговые сигналы, а пленочные – цифровые.

Следует отметить, что на первые серийные автомобили ВАЗ с инжекторным двигателем устанавливался нитевой ДМРВ (производства GM) с цифровым выходом, в качестве примера можно привести модели 2107, 2109, 2110 и т.д. Сейчас в них устанавливается ДМРВ БОШ 0 280 218 004.

Для подбора аналогов можно воспользоваться информацией с официальных источников, или тематических форумов. Для примера ниже представлена таблица взаимозаменяемости ДМРВ для автомобилей ВАЗ.

Таблица совместимости ДМРВ для модельного ряда ВАЗ

Представленная таблица наглядно показывает, что, например, датчик ДМРВ 0-280-218-116 совместим с двигателями ВАЗ 21124 и 21214, но не подходит к 2114, 2112 (в том числе и на 16 клапанов). Соответственно можно найти информацию и по другим моделям ВАЗ (например, Лада Гранта, Калина, Приора, 21099, 2115, Нива Шевроле и т.д.).

Как правило, не возникнет проблем и с другими марками авто отечественного или совместного производства (УАЗ Патриот ЗМЗ 409, ДЭУ Ланос или Нексия), подобрать замену ДМРВ для них не составит проблемы, это же касается и изделий китайского автопрома (КIA Ceed, Спектра, Спортейдж и т.д.). Но в этом случае велика вероятность, что распиновка ДМРВ может не совпадать, исправить ситуацию поможет паяльник.

Значительно сложнее обстоит дело с европейскими, американскими и японскими авто. Поэтому, если у вас Тойота, Фольксваген Пассат, Субару, Мерседес, Форд Фокус, Нисан Премьера Р12, Рено Меган или другое европейское, американское или японское авто, прежде, чем производить замену ДМРВ, необходимо тщательно взвесить все варианты решения.

Если интересно, можете поискать в сети эпопею с попыткой замены на Ниссане Альмера Н16 «родного» воздухомера аналогом. Одна из попыток привела к чрезмерному расходу топлива даже на холостом ходу.

В некоторых случаях поиск аналого будет оправданным, особенно, если принять во внимание стоимость «родного» волюметра (в качестве примера можно привести БМВ Е160 или Ниссан Х-Трейл Т30).

Проверка работоспособности

Прежде, чем проводить диагностику ДМРВ, необходимо знать симптомы, позволяющие определить степень работоспособности МАФ (аббревиатура с английского названия прибора) сенсора в автомобиле. Перечислим основные признаки неисправности:

• Существенно увеличился расход топливной смеси, одновременно с этим замедлился разгон.
• ДВС на холостом ходу работает с рывками. При этом может наблюдаться в холостом режиме снижение или увеличение оборотов.
• Двигатель не стартует. Собственно, данная причина сама по себе не говорит о том, что расходомер в автомобиле неисправен, могут быть и другие причины.
• Выводится сообщение о проблеме с двигателем (Cheeck Engine)

Пример высветившегося сообщения «Cheeck Engine» (отмечено зеленым)

Эти признаки указывают на возможную неисправность ДМРВ, чтобы точно установить причину поломки необходимо выполнить диагностику. Это несложно сделать своими руками. Значительно упростить задачу поможет подключение к ЭБУ диагностического адаптера (если данная опция возможна), после чего по коду ошибки определить исправность или неисправность сенсора. Например, ошибка p0100 указывает на неисправность цепи расходомера.

Поиск ошибки с помощью диагностического адаптера

Но если предстоит провести диагностику на отечественных авто, выпушенных 10 лет назад или более, то проверка ДМРВ может быть осуществлена одним из следующих способов:

1. Тестирование в процессе движения.
2. Диагностика с применением мультиметра или тестера.
3. Внешний осмотр сенсора.
4. Установка однотипного, заведомо исправного устройства.

Рассмотрим каждый из перечисленных способов.

Тестирование в процессе движения

Проще всего произвести проверку, анализируя поведение ДВС при отключенном сенсоре МАФ. Алгоритм действий следующий:

• Необходимо открыть капот, отключить расходомер, закрыть капот.
• Заводим машину, при этом ДВС переходит в аварийный режим работы. Соответственно, на приборной доске высветится сообщение о проблеме с двигателем (см. рис. 10). Количество подаваемой топливной смеси будет зависеть от положения ДЗ.
• Проверьте динамику авто и сравните ее с той, что была до отключения сенсора. Если автомобиль стал более динамичен, а также выросла мощность, то это с большой долей вероятности указывает на то, что датчик массового расхода воздуха неисправен.

Заметим, что можно ездить и дальше при отключенном устройстве, но делать это крайне не рекомендуется. Во-первых, увеличивается расход топливной смеси, во-вторых отсутствие контроля над регулятором кислорода приводит привод к повышению загрязнений.

Диагностика с применением мультиметра или тестера

Признаки неисправности ДМРВ можно установить, подключив черный щуп к заземлению, а красный на вход сигнала сенсора (распиновку можно посмотреть в паспорте к устройству, там же указаны и основные параметры).

Пример измерения мультиметром напряжения на ДМРВ в автомобиле ВАЗ 2114

Далее устанавливаем границы измерения в пределе 2,0 В включаем зажигание и производим измерения. Если прибор ничего не отображает, необходимо проверить правильность подключения щупов к массе и сигналу расходомера. По показаниям прибора можно судить об общем состоянии устройства:

• Напряжение 0,99-1,01 В говорит о том, что сенсор новый и работает исправно.
• 1,01-1,02 В — прибор БУ, но состояние его хорошее.
• 1,02-1,03 В – указывает, что устройство все еще работоспособное.
• 1,03 -1,04 состояние приближается к критическому, то есть в ближайшее время необходима замена ДМРВ на новый сенсор.
• 1,04-1,05 – ресурсы прибора практически исчерпались.
• Свыше 1,05 – однозначно нужен новый ДМРВ.

То есть, правильно судить о состоянии сенсора можно по напряжению, низкий уровень сигнала свидетельствует о работоспособном состоянии.

Внешний осмотр сенсора

Данный способ диагностики является не менее действенным, чем предыдущие. Все, что необходимо, — снять сенсор и оценить его состояние.

Осмотр датчика на предмет повреждений и наличия жидкости

Характерные признаки неисправности – механические повреждения и жидкость в приборе. Последнее свидетельствует о том, что не отрегулирована система подачи масла в двигатель. Если сенсор сильно загрязнен, то следует произвести замену или очистку воздушного фильтра.

Установка однотипного, заведомо исправного устройства

Данный способ дает практически всегда ясный ответ на вопрос работоспособности сенсора. На данный способ на практике довольно сложно реализовать, не приобретая новый прибор.

Кратко о ремонте

Как правило, пришедшие в негодность сенсоры МАФ не подлежат ремонту, за исключением тех случаев, когда требует их промывка и чистка.

В некоторых случаях можно произвести ремонт платы объемного ДМРВ, но этот процесс ненадолго продлит жизнь прибору. Что касается плат в пленочных сенсорах, то без специального оборудования (например, программатора для микроконтроллера), а также навыков и опыта, пытаться их восстановить бессмысленно.

Понимание ваших датчиков: датчик массового расхода воздуха

Как это работает

Инструкции

Для технических специалистов

Для домашних мастеров

Полное название Датчик массового расхода воздуха, более известный как датчик MAF, расходомер воздуха или иногда просто MAF. Хотя у него может быть много названий, он отвечает только за одну, но очень важную работу: измерение количества воздуха, поступающего в двигатель. ECU или PCM затем используют эту информацию для расчета правильного количества топлива, необходимого для оптимального соотношения воздух-топливо. Конечно, без этой информации ЭБУ не сможет точно управлять впрыском топлива, в результате чего двигатель будет либо работать на холостом ходу грубо, либо, в худшем случае, вообще не будет. Поскольку ряд других деталей, таких как неисправные свечи зажигания, провода, форсунки и т. д., могут отражать эти симптомы, неисправность датчика массового расхода воздуха может быть трудно диагностировать. Тем не менее, получив несколько советов экспертов от производителя оригинального оборудования Delphi Technologies, вы узнаете, что вызывает это, на что обращать внимание и, что особенно важно, как заменить его в случае отказа.

Как работает датчик массового расхода воздуха?

Установленные во впускной трубе между корпусом воздушного фильтра и впускным коллектором, большинство датчиков массового расхода воздуха работают по принципу горячей проволоки. Проще говоря, MAF имеет два измерительных провода. Один нагревается электрическим током, другой нет. Когда воздух проходит через нагретую проволоку, он охлаждается. Когда разница температур между двумя чувствительными проводами изменяется, датчик массового расхода воздуха автоматически увеличивает или уменьшает ток на нагретый провод для компенсации. Затем ток изменяется на частоту или напряжение, которое отправляется в ECU и интерпретируется как поток воздуха. Соответственно регулируется количество воздуха, поступающего в двигатель.

Почему датчики массового расхода воздуха выходят из строя?

Поскольку датчик массового расхода воздуха отвечает за измерение расхода воздуха в двигатель, через них проходит много воздуха. Фактически, на каждый литр израсходованного топлива через двигатель может пройти более 9000 литров воздуха. Это много воздуха! И с этим приходит потенциал для большого количества загрязнения. Пыль, грязь и другой мусор могут попасть в датчик и являются одной из основных причин отказа MAF.

Такое загрязнение может произойти уже через 18 000-25 000 миль, в зависимости от модели автомобиля. Например, на небольших или компактных автомобилях датчик массового расхода воздуха может засориться быстрее, так как он расположен в моторном отсеке меньшего размера и подвержен большему риску в критических зонах (потоки паров масла и продукты сгорания). В этом случае замена становится эквивалентом обслуживания с длительным сливом масла… это почти становится сервисным ремонтом.

К другим частым неисправностям относятся:

• Неисправность контакта в электрических соединениях
• Поврежденные измерительные элементы
• Механическое повреждение от вибрации или аварии
• Смещение измерительного элемента (превышение измерительной рамки)

На что обратить внимание при выходе из строя датчика массового расхода воздуха?

При отказе датчика массового расхода воздуха двигатель не будет знать, какое количество топлива необходимо добавить, что приводит к нескольким общим признакам:

• Индикатор проверки двигателя : как и в случае с большинством компонентов управления двигателем, проблема с датчиком массового расхода воздуха часто вызывает загорание индикатора проверки двигателя.
• Двигатель работает на обогащенной смеси на холостом ходу или на обедненной смеси под нагрузкой : обычно это указывает на загрязнение провода накала.
• Двигатель работает на обогащенной или обедненной смеси: вызвано тем, что MA F постоянно неправильно сообщает о потоке воздуха в двигатель — для подтверждения этого потребуется диагностическая процедура.
• Грубый холостой ход или глохнет : неисправный датчик массового расхода воздуха не будет отправлять информацию о воздушном потоке в ECU, что мешает ему точно контролировать подачу топлива.
• Чрезмерная вибрация в неподвижном состоянии.
• Обороты заметно меняются без участия водителя.

Поиск и устранение неисправностей датчика массового расхода воздуха

Чтобы определить источник неисправности любого датчика массового расхода воздуха, выполните следующие действия:

• Проведите электронный тест датчика массового расхода воздуха и считайте все коды неисправностей с помощью диагностического прибора.
• Проверьте разъем на правильную посадку и хороший контакт.
• Проверить датчик массового расхода воздуха и измерительные элементы на наличие повреждений.
• Проверить подачу напряжения при включенном зажигании (необходима электрическая схема с назначением контактов). Ссылка значение: 7,5-14 В.
• Проверьте выходное напряжение или частоту при работающем двигателе (необходима электрическая схема с назначением контактов). Ссылка значение: 0,5 В соотв. 0 – 12.000 Гц.
• Проверить соединительные кабели между снятым разъемом блока управления и разъемом датчика на предмет передачи (необходима электрическая схема для обозначения боли). Ссылка значение: ок. 0 Ом.

Общие коды неисправностей

Общие коды неисправностей и причины включают:

• P0100 : Неисправность цепи MAF
• P0101 : Диапазон/функционирование цепи массового расхода воздуха
• P0102 : Цепь массового расхода воздуха, низкий входной сигнал
• P0103 : Цепь массового расхода воздуха, высокий уровень входного сигнала
• P0104 : Цепь массового расхода воздуха прерывистая
• P0171 слишком бедная система (ряд 1) и P0174 слишком бедная система (ряд 2) также часто вызваны неисправным или загрязненным датчиком массового расхода воздуха.

Как заменить неисправный датчик массового расхода воздуха?

После того, как вы определили, что датчик массового расхода воздуха может быть неисправен, рекомендуется выполнить следующие простые шаги:

• Для начала подключите диагностический прибор к вашему автомобилю. Выберите правильную марку, модель, год и код двигателя автомобиля, над которым вы работаете. Запишите коды неисправностей и проверьте параметры оперативных данных для датчика массового расхода воздуха. Затем выйдите из диагностического ПО и выключите зажигание.
• Вам также необходимо проверить питание, заземление и проводку. Подключить осциллограф. В идеале следует использовать размыкающий провод, чтобы предотвратить прокол изоляции проводки и возникновение проблем с проводкой в ​​будущем. Чтобы получить показания, откройте дроссельную заслонку и наблюдайте за рисунком.
• После того, как будет установлено, что датчик массового расхода воздуха неисправен, его необходимо заменить. Снимите разъем, а затем крепежные винты. Далее извлеките датчик из его корпуса.
• Осмотрите расходомерную трубку, чтобы убедиться в отсутствии трещин в пластиковом корпусе. Если они есть, вам нужно будет заменить весь блок, а не только датчик. Если на расходомерной трубке нет трещин, можно заменить только сенсорный датчик.
• Помните, что важно обращаться только с разъемом датчика. Никогда не прикасайтесь к электронике, так как это может повредить зонд датчика.
• Осторожно вставьте новый зонд датчика в расходомерную трубку, затем затяните крепления и замените разъем.
• Снова подсоедините диагностический комплект и удалите все коды неисправностей. Запустите двигатель и повторно проверьте наличие новых кодов неисправностей. Выйдите из диагностического ПО и выключите зажигание. Наконец, убедитесь, что индикатор проверки двигателя погас, затем проведите дорожное испытание.

Тепловые датчики массового расхода. Каков их принцип работы?

Тепловые датчики массового расхода непосредственно измеряют массовый расход газов и жидкостей. На объемные измерения влияют все условия окружающей среды и процесса, которые влияют на единицу объема или косвенно влияют на перепад давления, в то время как на измерение массового расхода не влияют изменения вязкости, плотности, температуры или давления.

Тепловые массовые расходомеры часто используются для контроля или управления процессами, связанными с массой, такими как химические реакции, которые зависят от относительных масс непрореагировавших ингредиентов. При измерении массового расхода сжимаемых паров и газов на измерение не влияют изменения давления и/или температуры.

Одной из возможностей тепловых массовых расходомеров является точное измерение малых расходов газа или низких скоростей газа (менее 25 футов в минуту) — намного ниже, чем может быть обнаружено с помощью любого другого устройства.

Тепловые расходомеры доступны в исполнении для высокого давления и высокой температуры, а также из специальных материалов, включая стекло, Monel® и PFA. Проточные конструкции используются для измерения небольших потоков чистых веществ (теплоемкость постоянна, если газ чистый), а байпасные и зондовые конструкции позволяют обнаруживать большие потоки в каналах, факельных трубах и осушителях.

Теория работы

Тепловые датчики массового расхода чаще всего используются для регулирования малых расходов газа. Они работают либо путем введения известного количества тепла в протекающий поток и измерения соответствующего изменения температуры, либо путем поддержания постоянной температуры зонда и измерения энергии, необходимой для этого. В состав базового теплового расходомера входят два датчика температуры и электрический нагреватель между ними. Нагреватель может выступать в поток жидкости (Рисунок 5-8A) или может быть снаружи трубы (Рисунок 5-8B).

В версии с прямым нагревом фиксированное количество тепла (q) добавляется электрическим нагревателем. По мере того, как технологическая жидкость течет по трубе, термометры сопротивления (RTD) измеряют повышение температуры, в то время как количество введенного электрического тепла поддерживается постоянным.

Массовый расход (м) рассчитывается на основе измеренной разности температур (Т2 — Т1), коэффициента счетчика (К), расхода электроэнергии (q) и удельной теплоемкости жидкости (Ср), следующее:

м = Kq/(Cp(T2 — T1))

РИСУНОК 5-8A: ПОГРУЖНОЙ НАГРЕВАТЕЛЬ

РИСУНОК 5-8B: ТРУБКА С ВНЕШНИМ НАГРЕВОМ

Конструкция с обогреваемой трубкой

Расходомеры с трубкой с подогревом были разработаны для защиты нагревателя и сенсорных элементов от коррозии и любых эффектов покрытия в ходе процесса. При установке датчиков снаружи трубопровода (рис. 5-8B) чувствительные элементы реагируют медленнее, а взаимосвязь между массовым расходом и разностью температур становится нелинейной. Эта нелинейность возникает из-за того, что введенное тепло распределяется по некоторой части поверхности трубы и передается технологической жидкости с разной скоростью по длине трубы.

Самая высокая температура стенки трубы вблизи нагревателя (определяется как Tw на рис. 5-8B), в то время как на некотором расстоянии разница между температурой стенки и жидкости отсутствует. Следовательно, температуру ненагретой жидкости (Tf) можно определить, измерив температуру стенки в этом месте дальше от нагревателя. Этот процесс теплопередачи является нелинейным, и соответствующее уравнение отличается от приведенного выше следующим образом:

m0,8 = Kq/(Cp(Tw — Tf))

Этот расходомер имеет два режима работы: первый измеряет массовый расход, поддерживая постоянную потребляемую мощность и обнаруживая повышение температуры. Другой режим поддерживает постоянную разницу температур и измеряет количество электроэнергии, необходимое для ее поддержания. Этот второй режим работы обеспечивает гораздо более высокую дальность действия расходомера.

Байпасная конструкция

Байпасная версия теплового массового расходомера была разработана для измерения больших расходов. Он состоит из тонкостенной капиллярной трубки (примерно 0,125 в диаметре) и двух самонагревающихся резистивных термометров (RTD), которые нагревают трубку и измеряют возникающее в результате повышение температуры (рис. 5-9А). Датчик размещается в байпасе вокруг сужения в основной трубе и рассчитан на работу в ламинарной области потока во всем рабочем диапазоне.

При отсутствии потока нагреватели поднимают температуру перепускной трубы примерно на 160°F выше температуры окружающей среды. При этом условии по длине трубы существует симметричное распределение температуры (рис. 5-9В). При течении молекулы газа уносят тепло вниз по потоку, и профиль температуры смещается в направлении течения. Мост Уитстона, подключенный к клеммам датчика, преобразует электрический сигнал в массовый расход, пропорциональный изменению температуры.

Небольшой размер байпасной трубки позволяет минимизировать потребление электроэнергии и увеличить быстродействие измерения. С другой стороны, из-за небольшого размера необходимы фильтры для предотвращения засорения. Одним из серьезных ограничений является перепад высокого давления (до 45 фунтов на квадратный дюйм), необходимый для развития ламинарного потока. Обычно это приемлемо только для газовых приложений высокого давления, где давление необходимо снизить в любом случае.

Это расходомер низкой точности (2% от полной шкалы), требующий минимального обслуживания и недорогой. Электронные блоки внутри блоков позволяют собирать данные, записывать диаграммы и взаимодействовать с компьютером. Эти устройства популярны в индустрии обработки полупроводников. Современные устройства также доступны в виде полных контуров управления, включая контроллер и автоматический регулирующий клапан.

РИСУНОК 5-9A: БАЙПАС ИСПОЛЬЗУЕТ МАЛЫЙ ПРОЦЕНТ ПОТОКА

РИСУНОК 5-9B: ПРОФИЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Датчики скорости воздуха

Датчики массового расхода типа зонда

используются для измерения расхода воздуха и нечувствительны к присутствию умеренного количества пыли. Они поддерживают разницу температур между двумя термометрами сопротивления, установленными на трубке датчика. Верхний датчик измеряет температуру газа окружающей среды (рис. 5-10А) и постоянно поддерживает второй термометр сопротивления (возле наконечника датчика) на уровне 60°F выше температуры окружающей среды. Чем выше скорость газа, тем больший ток требуется для поддержания перепада температур.

Другой вариант датчика скорости.
тепловой массовый расходомер типа Вентури, в котором датчик массового расхода с подогревом размещается на минимальном диаметре элемента потока Вентури, а датчик температурной компенсации находится ниже по потоку (рис. 5-10B). Входной экран смешивает поток, чтобы сделать температуру однородной. Эта конструкция используется для измерения как газа, так и жидкости (включая взвеси), при этом диапазон расхода зависит от размера трубки Вентури. Падение давления относительно невелико, а точность зависит от правильной глубины введения зонда.

Также доступна версия реле потока с двумя датчиками температуры в наконечнике. Один из датчиков нагревается, и разница температур является мерой скорости. Переключатель можно использовать для обнаружения высокого или низкого расхода в пределах 5%.

РИСУНОК 5-10A: КОНФИГУРАЦИЯ ДАТЧИКА

РИСУНОК 5-10B: ВСТАВКА ВЕНТУРИ

Термоанемометры

Термин «анемометр» произошел от греческих слов «анемос» — «ветер» и «метрон» — «мера». Механические анемометры были впервые разработаны еще в 15 веке для измерения скорости ветра.

Термоанемометр состоит из элемента из тонкой проволоки с электрическим подогревом (0,00016 дюйма в диаметре и 0,05 дюйма в длину), поддерживаемого иглами на концах (рис. 5-11). Вольфрам используется в качестве материала проволоки из-за его прочности и высокотемпературного коэффициента сопротивления. При помещении в движущийся поток газа проволока охлаждается; скорость охлаждения соответствует массовому расходу.

Схема нагреваемого чувствительного элемента управляется одним из двух типов твердотельных электронных схем: постоянной температуры или постоянной мощности. Датчик постоянной температуры поддерживает постоянную разницу температур между нагретым датчиком и эталонным датчиком; количество мощности, необходимой для поддержания перепада, измеряется как показатель массового расхода.

Анемометры с постоянной температурой популярны благодаря своей высокочастотной характеристике, низкому уровню электронного шума, невосприимчивости к перегоранию датчика при резком падении расхода воздуха, совместимости с термопленочными датчиками и их применимости к потокам жидкости или газа.

Анемометры постоянной мощности не имеют системы обратной связи. Температура просто пропорциональна расходу. Они менее популярны, потому что их показания нулевого расхода нестабильны, отклик температуры и скорости медленный, а температурная компенсация ограничена.