Датчики объемного и массового расхода

Датчик массового расхода воздуха

Датчик во впускной системе двигателя внутреннего сгорания

Датчик массового расхода воздуха в машине Opel Antara 2.0 CDTI

Расходоме́р — прибор, измеряющий объёмный расход или массовый расход вещества, то есть количество вещества (объём, масса), проходящее через данное сечение потока, например, сечение трубопровода в единицу времени. Если прибор имеет интегрирующее устройство (счётчик) и служит для одновременного измерения и количества вещества, то его называют счётчиком-расходомером.

Механические счётчики расхода

Скоростной счётчик — турбинка

Скоростные счётчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.

Поступающая в прибор жидкость или газ измеряется отдельными, равными по объёму дозами, которые затем суммируются. Счётчики газа на этом принципе часто встречаются в быту.

Классификация объёмных счетчиков

В зависимости и от конструкции и от вида движения рабочего органа классифицируются на:

Ёмкость и секундомер

Возможно, самый простой способ измерить расход — это использовать некоторую ёмкость и секундомер. Поток жидкости направляется в некоторую ёмкость, и по секундомеру засекается время заполнения этой ёмкости. Зная объём ёмкости и поделив его на время заполнения, можно узнать расход жидкости. Этот способ подразумевает прерывание нормального течения потока, однако может давать непревзойдённую точность измерения. Широко используется в тестовых и поверочных лабораториях.

Область применения ролико-лопастных расходомеров очень широка: измерение расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, ж/д цистерн, резервуаров.

Расходомер оснащен встроенным электронным датчиком и программируемым микропроцессорным прибором с жидкокристаллическим дисплеем. Электроника расходомера имеет автономное питание на 3 – 5 лет и герметизированный выход на вторичный электронный прибор или компьютер, управляющий механизмами дозирования. Для метрологического применения или при необходимости проведения высокоточных измерений в технологических процессах, расходомер оснащен датчиком с высокой разрешающей способностью (до долей см3).

Впервые расходомер с овальными шестернями был изобретен компанией Bopp & Reuther (Германия) в 1932 году.

Измеряющий элемент состоит из двух шестерёнок овальной формы. Протекающая жидкость вращает данные шестерёнки. При каждом обороте пары овальных колес через прибор проходит строго определённое количество жидкости. Считывая количество оборотов, можно точно определить, какой объём жидкости протекает через прибор.

Данные расходомеры отличаются высокой точностью, надёжностью и простотой, что позволяет их использовать для жидкостей с высокой температурой и под большим давлением. Отличительной особенностью расходомеров с овальными шестернями является возможность использования для жидкостей с высокой вязкостью (мазут, битум).

Расходомеры на базе объёмных гидромашин

В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины (как правило — шестерённые или аксиально-плунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный расход через гидромашину можно определить по формуле:

Заметим, что объёмная гидромашина пропускает через себя весь расход жидкости, что для объёмного гидропривода не представляет сложности ввиду малых расходов.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода.

Расходомеры с сужающими устройствами

Они основаны на зависимости перепада давления на сужающем устройстве от скорости потока, в результате которого происходит преобразование части кинетической энергии потока в потенциальную.

Принцип действия расходометров этого типа основан на эффекте Вентури. Вентури-расходомер сужает поток жидкости в некотором устройстве, например, диафрагмой и датчиками давления или дифманометром измеряет разницу давлений перед указанным устройством и непосредственно в месте сужения. Этот метод измерения расхода широко используется при транспортировке газов по трубопроводам и использовался ещё во времена Римской империи.

Зная динамическое давление, с помощью уравнения Бернулли можно определить скорость потока, а значит, и объёмный расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Расходомеры с гидравлическим сопротивлением

Принцип действия гидродинамических расходомеров основан на измерении давления движущей среды, т.е. давления, которое действует на помещенное в поток тело. Достоинствами гидродинамических расходомеров являются: конструктивная простота, надежность и удобство обслуживания. Одним из распространенных вариантов применения является их использование в качестве индикаторов расхода загрязнения жидкостей и газов.

Центробежные расходомеры представляют собой колено на трубопроводе, которые охватывают его по всей окружности трубопровода. Отборы давления находятся в верхней части на внешней и внутренней стенках.

Расходомеры с напорным устройством

Ротаметры предназначены для измерения расхода чистых жидкостей и газов. Они состоят из вертикальной конической трубы, выполненной из металла, стекла или пластика, в которой свободно перемещается вверх и вниз специальный поплавок. Поток движется по трубе в направлении снизу вверх, заставляя поплавок подниматься до уровня, на котором все действующие силы находятся в состоянии равновесия. На поплавок воздействуют три силы:

Каждая величина расхода соответствует определённому переменному сечению, зависящему от формы конуса измерительной трубы и конкретного положения поплавка. В случае стеклянных конусов, значение расхода может быть считано прямо со шкалы на уровне поплавка. В случае конусов, выполненных из металла, положение поплавка передаётся на дисплей при помощи системы магнитов — не требуется никакого дополнительного источника питания. Различные диапазоны измерения достигаются за счёт многообразия размеров и форм конуса, а также возможности выбора различных форм и материалов изготовления поплавка.

Оптические расходомеры используют свет для определения расхода.

Маленькие частички, которые неизбежно содержатся в природных и промышленных газах, проходят через два лазерных луча, направленных на поток от источника. Свет лазера рассеивается, когда частичка проходит через первый лазерный луч. Рассеянный лазерный луч поступает на фотодетектор, который в результате генерирует электрический импульсный сигнал. Если та же самая частица пересекает второй лазерный луч, то рассеянный лазерный свет поступает на второй фотодетектор, который генерирует второй импульсный электрический сигнал. Измеряя интервал времени между двумя этими импульсами, можно вычислить скорость газа по формуле V = D / T, где D — расстояние между двумя лазерными лучами, Т — время между двумя импульсами. Зная скорость потока, можно определить расход (Q = S * V, где S — площадь поперечного сечения потока, V — средняя скорость потока).

Основанные на лазерах расходомеры измеряют скорость частиц — параметр, который не зависит от теплопроводности, вида газа или его состава. Лазерная технология позволяет получать очень точные данные, причём даже в тех случаях, когда другие методы применять не удаётся или они дают большу́ю погрешность: при высоких температурах, малых расходах, высоких давлениях, высокой влажности, вибрациях трубопроводов и акустическом шуме.

Оптические расходометры способны измерять скорости потока от значений 0,1 м/с до более чем 100 м/с.

Принцип ультразвукового измерения расхода

Время-импульсные расходомеры измеряют разницу во времени прохождения ультразвуковой волны по направлению и против направления потока жидкости. Такой принцип измерений обеспечивает высокую точность (± 1 %). При этом он хорошо работает для чистого потока или потока с незначительным содержанием взвешенных частиц. Время-импульсные расходомеры применяются для измерения расхода очищенной, морской, сточной воды, нефти, в том числе сырой, технологических жидкостей, масел, химических веществ и любой однородной жидкости.

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении разницы во времени прохождения сигнала. При этом два ультразвуковых сенсора, расположенные по диагонали напротив друг друга, функционируют попеременно как излучатель и приёмник. Таким образом, акустический сигнал, поочерёдно генерируемый обоими сенсорами, ускоряется, когда направлен по потоку, и замедляется, когда направлен против потока. Разница во времени, возникающая вследствие прохождения сигнала по измерительному каналу в обоих направлениях, прямо пропорциональна средней скорости потока, на основании которой можно затем рассчитать объёмный расход. А использование нескольких акустических каналов позволяет компенсировать искажения профиля потока.

Ультразвуковые расходомеры на установке висбрекинга

Ультразвуковые фазового сдвига

Доплеровский расходомер основан на эффекте Доплера. Он хорошо работает с суспензиями, где концентрация частиц выше 100 ppm и размер частиц больше 100 мкм, но концентрация составляет менее 10 %. Такие расходомеры жидкости легче и менее точные (± 5 %), а также дешевле, чем время-импульсные расходомеры.

Другим не столь популярным расходомером является ультразвуковой расходомер с последующей корреляцией (кросс-корреляция). Он позволяет устранить недостатки, свойственные доплеровским расходомерам. Они лучше работают для потока жидкости с твёрдыми частицами или турбулентного потока газа.

Принцип электромагнитного измерения расхода

Ещё в 1832 году Майкл Фарадей пробовал определить скорость течения реки Темзы, измеряя напряжение, индуцируемое в потоке воды магнитным полем Земли. Принцип электромагнитного измерения расхода основан на законе индукции Фарадея. В соответствии с данным законом, напряжение создаётся, когда проводящая жидкость проходит через магнитное поле электромагнитного расходомера. Это напряжение пропорционально скорости потока среды.

Индуцированное напряжение измеряется либо двумя электродами, находящимися в контакте со средой, либо ёмкостными электродами, не контактирующими со средой, и передаётся в преобразователь сигналов. Преобразователь сигналов усиливает сигнал и преобразует его в стандартный токовый сигнал (4—20 мА), а также в частотно-импульсный сигнал (например, один импульс на каждый кубический метр измеряемой среды, прошедшей через измерительную трубу). Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на взаимодействии движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. При движении жидкости в магнитном поле возникает ЭДС, как в проводнике, движущемся в магнитном поле. Эта ЭДС пропорциональна скорости потока, и по скорости потока можно определить расход.

Принцип действия массовых расходомеров основан на эффекте Кориолиса. Массовый расход жидкостей и газов можно рассчитать по деформации измерительной трубы под действием потока. Плотность среды также можно рассчитать по резонансной частоте колебаний вибрирующей трубы. Вычисление силы Кориолиса осуществляется с помощью двух сенсорных катушек. При отсутствии потока оба сенсора регистрируют одинаковый синусоидальный сигнал. При появлении потока сила Кориолиса воздействует на поток частиц среды и деформирует измерительную трубу, что приводит к сдвигу фаз между сигналами сенсоров. Сенсоры измеряют сдвиг фаз синусоидальных колебаний. Этот сдвиг фаз прямо пропорционален массовому расходу.

Принцип измерения базируется на эффекте вихревой дорожки Кармана. Позади тела обтекания образуются вихри обратного направления вращения. В измерительной трубе находится завихритель, позади которого происходит вихреобразование. Частота вихреобразования пропорциональна расходу. Образующиеся вихри улавливаются и подсчитываются пьезоэлементом в первичном преобразователе в качестве ударных волн. Вихревые расходомеры подходят для измерения самых различных сред.

Расходомеры теплового пограничного слоя

Применяются для измерения расхода в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм. Для измерения расхода в трубах большого диаметра находят применение особые разновидности термоконвективных расходомеров:

В калориметрических расходомерах происходит нагревание или охлаждение потока внешним источником тепла, создающим в потоке разницу температур, по которой и определяют расход. Если пренебречь потерями тепла из потока через стенки трубопровода в окружающую среду, то уравнение теплового баланса между теплом, генерируемым нагревателем, и теплом, переданным потоку, приобретает вид:

Тепло к потоку в калориметрических расходомерах подводят обычно электро-нагревателями, для которых:

На основе этих уравнений статическая характеристика преобразования, которая связывает перепад температур на сенсорах с массовым расходом, приобретёт вид:

Расход определяется путём определения скорости потока через сечение канала, причём скорость определяется по времени переноса на известное расстояние каких-либо меток, искусственно вводимых в поток или изначально присутствующих в потоке.

Если ваш автомобиль работает плохо и иногда из выхлопной трубы идет черный дым, возможно, у вас неисправен датчик расхода воздуха в двигателе, и пришло время его заменить.

Обычно все водители думают, что замены датчика массового расхода воздуха (ДМРВ) достаточно, чтобы ваш автомобиль работал нормально, но большинство из нас не знает, что после процесса замены есть несколько важных нюансов. Что делать после замены ДМРВ? В этой статье мы расскажем вам обо всех шагах до и после, которые необходимо принять во внимание, чтобы заменить датчик массового расхода воздуха.

Image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAu4AAAIKAQAAAABUs/fzAAAAAnRSTlMAAHaTzTgAAABHSURBVHja7cExAQAAAMKg9U9tB2+gAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAHgPBtgABSP+3dwAAAABJRU5ErkJggg==”>

Датчик массового расхода воздуха (MAF) расположен на впускном коллекторе двигателя. Основная задача датчика массового расхода воздуха заключается в измерении количества воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя. Крайне важно контролировать воздушную массу, чтобы рассчитать, сколько топлива вы должны добавить, чтобы достичь желаемого соотношения топливно-воздушной смеси. Блок управления ECU датчика будет анализировать, а затем регулировать поток всасываемого воздуха, чтобы он был достаточным, помогая двигателю работать с максимальной эффективностью. Поймите важность этого датчика, поэтому даже небольшое повреждение ДМРВ также повлияет на производительность двигателя.

Каковы причины неисправности датчика массового расхода воздуха?

Выход из строя датчика массового расхода воздуха может быть вызван разными причинами. В частности, датчик забивается слишком большим количеством грязи или смазки, что является основной причиной того, что ECU неправильно интерпретирует входные сигналы. Кроме того, на ДМРВ длительное время воздействует высокая температура двигателя, что также может легко стать причиной неправильного анализа всасываемого воздушного потока.

Также, если воздушный фильтр долго не обслуживается и периодически не меняется, это приводит к попаданию загрязнений во впускной коллектор, что напрямую влияет на качество впуска воздуха в двигатель. Лучшее решение, если вы не хотите менять датчик массового расхода воздуха, заключается в том, чтобы регулярно проверять и обслуживать воздушный фильтр и особенно датчик массового расхода воздуха в проверенных сервисных центрах, чтобы быстро обнаружить неисправность и принять своевременные решения.

Краткие шаги по замене датчика массового расхода воздуха

Если датчик массового расхода воздуха сильно поврежден, водитель должен выполнить замену в следующей последовательности:

Шаг 1: Откройте капот и выключите зажигание автомобиля.

Шаг 2: Отсоедините клеммы аккумулятора, чтобы избежать проблем во время установки. Найдите датчик массового расхода воздуха на впуске. Он обычно находится в воздуховодах между узлом впускного коллектора и корпусом воздушного фильтра на вашем двигателе.

Шаг 3: Возьмитесь за жгут проводов, соединяющий датчик массового расхода воздуха и блок питания моторного отсека, и вытащите его из датчика. Затем аккуратно снимите электрический разъем и хомуты, которые удерживают ДМРВ на месте на воздухозаборнике вашего автомобиля.

Шаг 4: Замена на новый датчик массового расхода воздуха: сравните новый датчик со старым, чтобы убедиться, что вы выбрали правильный датчик для вашего автомобиля. Все соединения и отверстия должны совпадать на обеих деталях. После тщательной проверки установите новый ДМРВ в автомобиль, а затем выполните процесс снятия в обратном порядке, чтобы подсоединить проводку и хомуты.

Шаг 5: Установите на место датчик и соединения аккумулятора и включите зажигание. И очистите память ECU с помощью считывателя кодов OBD и попробуйте снова завести автомобиль.

Как вы думаете, шаг 5 является последним шагом в этом процессе? Еще нет! Когда вы меняете какую-либо деталь в своем автомобиле, иногда появляются нежелательные побочные эффекты, и датчик массового расхода воздуха также не является исключением. У вас могут возникнуть некоторые проблемы, связанные с ДМРВ, даже после того, как вы заменили его на новый.

Возможные проблемы после замены датчика массового расхода воздуха

Иногда бывает так, что автомобиль по-прежнему работает неправильно даже с новым клапаном массового расхода воздуха. И есть общие проблемы, с которыми вы можете столкнуться после замены ДМРВ:

Лампочка “Check Engine” все еще горит

Будет неприятно, если вы заметите, что индикатор проверки двигателя горит после замены датчика массового расхода воздуха. Вы уже знаете, что датчик массового расхода воздуха может отвечать за производительность и коды неисправностей цепи. Однако с ними также могут быть связаны коды корректировки подачи топлива и пропусков зажигания. Это означает, что как только датчик массового расхода воздуха выйдет из строя, другие датчики, установленные вокруг двигателя, немедленно обнаружат это и отправят предупреждение на центральный блок управления.

Проблемы при разгоне

Если у вас, после замены датчика массового расхода воздуха, все еще будут трудности с ускорением на шоссе или при обгоне, это означает, что ваш блок управления двигателем может ограничивать впрыск из-за проблемы с новым ДМРВ.

Неровный холостой ход

Также может быть, что ваш двигатель не работает должным образом на холостом ходу или работает немного неровно после замены. Причина в том, что, возможно, у вашего нового датчика массового расхода воздуха есть неисправность. Без нужного количества топлива трудно добиться ровного холостого хода. В это время количество воздуха, подаваемого в моторный отсек, нестабильно, в результате чего смесь сгорает внутри цилиндров в избытке или в недостатке, что напрямую влияет на работу двигателя.

Почему проблемы все еще возникают после замены старого датчика массового расхода воздуха?

Эти проблемы беспокоят водителей, потому что они даже не знают, в чем причина. Вот несколько возможных причин:

Неправильная установка

Неправильная установка является одной из наиболее распространенных причин, из-за которой ваш автомобиль не работает должным образом после замены нового датчика массового расхода воздуха. Как мы знаем, процесс замены ДМРВ достаточно сложен. Поэтому, когда мы выполняем этот процесс самостоятельно, часто мы сталкиваемся с некоторыми ошибками в процессе замены. И в результате новый датчик массового расхода воздуха потеряет свою функцию.

Забыли сбросить ошибки

Не сбрасывать компьютер вашего автомобиля — это вторая вещь, которую легко забыть при замене датчика массового расхода воздуха. Как мы знаем, датчик MAF собирает соответствующую информацию для выбора точного количества топлива, а затем передает эти данные в блок управления двигателем (ECU). ЭБУ работает и обеспечивает двигатель правильным количеством топлива. Если не сбросить ошибки, коды с датчика не будут синхронизированы с ЭБУ. Поэтому, когда некоторые коды не синхронизированы с ЭБУ, вы столкнётесь с некоторыми проблемами, такие как горящая лампочка Check Engine, или нестабильная работа двигателя.

Неподходящий новый датчик массового расхода воздуха

Покупка неподходящего датчика — самая распространенная причина, с которой сталкиваются многие водители при замене датчика на автомобиле. ДМРВ посылает сигнал ЭБУ о том, сколько воздуха поступает в ваш двигатель. На самом деле, есть несколько разных типов датчиков, которые имеют те же функции, которые используют подвижные заслонки (более старые модели). По этой причине вы не можете просто заменить датчик старого типа на датчик другого бренда или одного производителя на датчик другого, даже если эти датчики одного типа.

Что делать после замены датчика массового расхода воздуха?

Наша последняя цель при замене неисправного датчика массового расхода воздуха заключается в том, чтобы этот датчик распознавался вашим двигателем. Тем не менее, в некоторых случаях проблемы все же могут возникнуть после процесса замены, и все это можно предотвратить, если после замены датчика массового расхода воздуха выполнить несколько простых, но важных действий:

Отсоедините клеммы аккумулятора

Когда вы закончите установку ДМРВ, процесс еще не окончен. Вместо этого потребуются дополнительные шаги, чтобы полностью заменить его. И настоятельно рекомендуется отсоединить аккумулятор примерно на 10-15 минут. Цель этого шага – помочь ЭБУ автомобиля иметь достаточно времени для сброса и удаления старой информации и обновления новой настройки для записи нового параметра с новой заменой. Не все автомобили могут автоматически сбрасывать код ошибки, если вы отсоедините аккумулятор на несколько минут, поэтому вам нужно попробовать этот шаг, чтобы убедиться, что ваш клапан массового расхода воздуха работает нормально. При подключении аккумулятора ЭБУ начнет загружать каждый бит информации, связанной с новым датчиком массового расхода воздуха. Когда клеммы аккумулятора отсоединены, это не должно вызвать никаких проблем.

Убедитесь в правильной замене

Если вы производите замену датчика массового расхода воздуха у себя в гараже, убедитесь, что вы правильно следуете инструкциям. Неправильно установленный ДМРВ приводит к ошибочным показаниям, из-за которых ECU отправляет в двигатель неправильное количество топлива. Кроме того, следствием может быть неправильная топливно-воздушная смесь, вызывающая неровную работу двигателя на холостом ходу. Есть несколько замечаний, которые следует учитывать при замене нового датчика массового расхода воздуха:

Сброс ошибок ЭБУ

Сброс ошибок ЭБУ означает удаление всей памяти компьютера вашего автомобиля, чтобы избавиться от всех ошибок. В большинстве современных моделей ECU и ECM автоматически перепрограммируются после замены датчика массового расхода воздуха. Но в некоторых старых моделях это невозможно, поэтому необходимо сбросить ошибки ЭБУ. Это наиболее эффективный способ решения проблем при замене нового датчика массового расхода воздуха. Повторная калибровка ЭБУ иногда требует некоторых технических деталей, которые будут зависеть от типа вашего автомобиля. Вы можете сбросить ошибки ЭБУ двумя способами: отсоединив автомобильный аккумулятор (современные автомобили) или используя автоматический сканер (сканер OBDII).

Вывод

Когда датчик массового расхода воздуха неисправен, в это время он не может точно направлять поток воздуха в ваш двигатель, из-за чего ЭБУ неправильно рассчитывает количество впрыска топлива. Это вызывает некоторые проблемы: глохнет двигатель, неровный холостой ход и плохое ускорение. Необходимо понимание важности этого датчика при его замене. Убедитесь, что вы правильно следуете инструкции по его замене, чтобы помочь вашему автомобилю достичь наилучших характеристик.