Capteurs pour un banc de débit. : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Un banc de débit dans cette application est un dispositif de mesure du débit d'air à travers les orifices et les soupapes d'admission et d'échappement du moteur à combustion interne. Celles-ci peuvent prendre de nombreuses formes, allant d'offres commerciales coûteuses à des exemples de bricolage de qualité douteuse. Cependant, avec des capteurs modernes à faible coût de différents types, il est tout à fait possible que les exemples de bricolage soient l'égal des machines commerciales. Il n'y a rien de difficile à faire et une grande compétence n'est pas requise. Les photos ci-dessus montrent le banc que j'ai fait et qui forme le centre de ce Instructable.

Ce document ne concerne pas la fabrication d'un banc de débit mais l'instrumentation et les capteurs que j'utilise sur mon propre banc. Un banc d'écoulement utilise une sorte de source de vide, bien que le vide soit exagéré car la dépression d'aspiration est le plus souvent inférieure à la jauge d'eau de 28 pouces, soit 1 psi ou ~ 7000 Pa.

Il n'y a que deux paramètres essentiels qui doivent être mesurés pour calculer le débit d'air volumétrique, les deux sont des mesures de pression différentielle. L'un est la pression de dépression qui fait circuler l'air à travers l'orifice du moteur, en d'autres termes qui est une mesure de la quantité de « succion ». L'autre est la pression différentielle à travers une restriction de débit pour mesurer le débit réel. Une plaque à orifice est la plus utilisée mais je préfère un tube venturi car il est plus efficace. Le principe est le même quelle que soit la nature de la restriction. Les compteurs à turbine et les capteurs MAP (Manifold Absolute Pressure) récupérés des voitures modernes sont également utilisés, mais ils ne sont pas si répandus et je n'en parlerai pas.

Il existe plusieurs autres paramètres et capteurs correspondants qui peuvent améliorer l'utilité d'un banc de débit, tels que la température, et j'examinerai chacun dans les étapes suivantes.

Fournitures

Matériaux;

Divers capteurs comme décrit dans les différentes étapes.

Carte Vero ou carte plaquée cuivre pour circuit imprimé.

Diverses résistances, condensateurs et autres composants électroniques utilisés dans des circuits simples.

Une forme d'acquisition de données. J'utilise un LabJack mais des micros hobby comme l'Arduino ou le Pi conviendraient.

Un PC, j'utilise un ordinateur portable avec Windows.

Souder.

Outils;

Fer à souder.

La collection habituelle d'outils pour faire des circuits tels que des coupe-fils/dénudeurs, etc.

Étape 1: Capteurs de pression différentielle

J'utilise ceux illustrés. Les fiches techniques et autres informations sont disponibles sur www.analogmicro.de. Ces capteurs peuvent émettre leurs lectures sous forme de signal de tension analogique ou via un bus IC2. J'utilise la sortie analogique.

Ils mesurent la pression différentielle, ce qui nécessite deux entrées de pression, c'est-à-dire qu'ils délivrent une valeur qui est la différence de pression entre les deux entrées. Le croquis montre qu'un capteur est connecté à deux prises sur un venturi pour mesurer le débit réel. Un autre capteur mesure la dépression dans le plénum. Ceci est référencé à la pression barométrique ambiante et donc un taraudage est laissé ouvert à l'atmosphère.

Ces deux capteurs suffisent à eux seuls pour fournir des mesures de débit utiles, mais les résultats sont affectés par les conditions environnementales et pour la répétabilité, il est nécessaire d'ajuster les lectures en utilisant la pression barométrique, la température et l'humidité relative.

Étape 2: Capteurs de température

J'en utilise deux. Ils sont du type semi-conducteur, LM34, que j'enferme dans de l'époxy à l'intérieur d'un boîtier en aluminium pour plus de robustesse. J'en fixe un au venturi de mesure de débit et l'autre à la culasse à mesurer. Les images le montrent mieux que les mots. La première photo montre un sanglé sur le venturi, notez également les prises de pression qui se dirigent vers les capteurs de pression à l'étape précédente.

Étape 3: Capteurs d'humidité et de pression barométrique

Ceux-ci sont montés sur une carte avec diverses connexions à d'autres capteurs et alimentations, ainsi qu'à une connexion à un LabJack que j'utilise pour collecter les sorties des capteurs et envoyer les données à un PC pour analyse.

Étape 4: Swirl Meter

Le débit à travers un port n'est pas le seul paramètre d'intérêt que l'on peut mesurer avec un banc de débit si l'on dispose des bons capteurs. Le tourbillon est une mesure de l'aspect rotationnel du flux d'air dans un moteur. C'est intéressant car le tourbillon aide à mélanger le carburant avec l'air et affecte la combustion du moteur.

J'ai fabriqué une turbine qui, après une période de stabilisation, tourne à près du régime du tourbillon de gaz. A l'autre extrémité de l'arbre se trouve une roue crantée. Les mouvements de l'encoche sont détectés par deux capteurs de type à fente optique. J'en utilise deux car avec un positionnement approprié, ils fournissent les signaux A et B d'un codeur en quadrature. Cela permet à mon logiciel de calculer le RPM et la direction. L'image de l'oscilloscope montre la sortie des deux capteurs.

Étape 5: Un outil pour un capteur

Cette étape ne concerne pas un capteur en tant que tel mais un outil de mesure de vitesse d'écoulement local qui est connecté à un troisième capteur de pression. C'est un tube de Pitot comme les appareils utilisés dans les avions pour mesurer la vitesse de l'air. Il est plié à 180 degrés. de sorte qu'il puisse être inséré à l'intérieur d'un port et mesurer les vitesses locales pour établir une carte de la distribution des vitesses dans différentes parties du port.

Étape 6: Tout assembler

J'ai mentionné que j'utilise un LabJack (labjack.com) pour collecter les données. Il s'agit d'un système d'acquisition de données à prix raisonnable qui renvoie les données à un PC et reçoit des instructions du PC. J'ai connecté la plupart des entrées LabJack etc. à un connecteur D25 qui me permet de le changer rapidement d'un travail à l'autre.

Toutes les sorties du capteur sont placées dans un boîtier dédié (un boîtier de projet de composants RS.) pour la protection et fournissent un emplacement unique pour un câble à connecter au LabJack. Les capteurs de pression sont également contenus dans ce boîtier.

Étape 7: Comment tout est connecté

Voici quelques croquis de circuits approximatifs que j'ai faits pour un ami. Peut-être pas soignés ou complets, mais ils montrent la disposition générale. Ils ont présenté ici sur une base FWIW.

Étape 8: Logiciel

J'ai écrit des logiciels en Delphi (Pascal pour Windows) pour contrôler la collecte des données par le LabJack et fournir des fonctionnalités de traitement des données. Les photos sont des captures d'écran de quelques fenêtres. La première montre comment les données sont tabulées et tracées. Le LabJack est livré avec des pilotes Windows qui facilitent l'inclusion de fonctions de contrôle dans vos propres programmes. Le LabJack a deux méthodes d'envoi de données, la première est ce que j'appelle "demander et recevoir". Le logiciel PC demande des données et le LabJack les envoie. C'est le mode que j'utilise avec le banc de débit. L'autre mode est le "streaming" et est plus rapide, les données sont envoyées en continu et ne nécessitent qu'une demande au début. J'utilise ce mode sur mon dyno de choc qui est brièvement décrit dans un autre Instructable récent qui peut être trouvé à

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