氣流檢測電路

在許多應用或系統(tǒng)中，通常都需要進行氣流檢測，以便對系統(tǒng)的正常運行情況進行描述。例如，我們需要檢測發(fā)動機中的空氣流量，以估算發(fā)動機的燃料添加量；我們需要檢測空氣流量，以檢查污染量或使用空氣等化學介質(zhì)的污染轉移情況。對于高功率密度的電子設備，我們需要空氣流量檢測來確保設備不會過熱。

氣流檢測器電路的原理：

這里開發(fā)的是一個簡單的氣流檢測器電路，使用電阻溫度檢測器作為基本元件。該電路基于兩個原理：a) 電阻隨溫度變化；b) 空氣是絕緣體。 當電流流過電阻時，電阻會被加熱。當空氣流經(jīng)熱電阻時，作為絕緣體的空氣會使電阻器冷卻。因此電阻開始減小，熱電阻上的電壓也隨之降低。使用定時器電路可檢測到這種壓降變化，從而提供空氣流量指示。

空氣流量檢測器電路圖：

電路元件：

V1 = 12 V

R1 = 38 歐姆

D1= 4.7 V 齊納二極管，1N4732

R2 = 100 歐姆

Rx = HEL-700 鉑熱電阻

R3 = 10K

C2= 1uF

C1= 0.01uF

LED = 5V，綠色 LED

IC = 555 定時器

氣流檢測電路設計：

該電路旨在為熱電阻提供恒定電流輸入，使其在開始時輕微加熱。這里選用的熱電阻是 HEL-700 鉑熱電阻，其最大工作電流為 2 mA。在這里，我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓器，為熱電阻提供恒定電流。

要設計齊納穩(wěn)壓器，我們首先需要選擇齊納二極管。這里選擇了一個 Vz = 4.7V 的齊納二極管。由于輸入電壓為 12V，所需的輸出電流為 2mA，因此我們選擇 100 歐姆的負載電阻，以便最大電流流過負載，而只有少量電流流過熱電阻。所選輸入電阻由 (Vin-Vz)/(Iz+IL) 得出，等于 38 歐姆。此處使用 38 歐姆電阻作為輸入電阻。

下一步需要設計定時器單穩(wěn)態(tài)多振動器。定時器為 LED 提供約 5V 的偏置電壓。當熱電阻兩端的電壓降低時，LED 需要發(fā)光。這里我們選擇一個 10K 電阻和一個 1uF 的電解質(zhì)電容器。 一個 0.01uF 的陶瓷電容器用于將控制引腳連接到地。

氣流探測器電路操作：

該電路使用 12V 電池供電。電池電壓通過齊納二極管調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生恒定電壓。最初，電流流過熱電阻時，熱電阻會發(fā)熱，溫度升高，從而電阻增大。 現(xiàn)在，由于電流恒定，電阻兩端的電壓也趨于增加。 當該電壓加到定時器的觸發(fā)引腳時，無法觸發(fā)定時器，LED 處于關閉狀態(tài)?，F(xiàn)在，當空氣流過熱電阻時，它開始冷卻。這就降低了設備的溫度。隨著溫度的降低，電阻也隨之減小，器件上的電壓也隨之降低。當電壓降低到某一點以下時，定時器被觸發(fā)，LED 指示燈開始閃爍。隨著電壓的進一步下降，表明溫度下降，LED 開始全亮。這表明空氣在流動。

空氣流量檢測器電路背后的理論：

該電路背后的基本理論涉及三個基本部分的知識：使用齊納二極管的穩(wěn)壓器、電阻溫度檢測器和定時器電路。

使用齊納二極管的穩(wěn)壓器：

齊納二極管是一種在反向偏置條件下工作的簡單 PN 結二極管。它的基本工作原理是擊穿--雪崩和齊納。齊納擊穿發(fā)生在 2V 至 8V 的反向偏置電壓下，此時高強度的電場會使電子脫離原子，形成自由電子空穴對。雪崩擊穿發(fā)生在 8V 以上，此時高速電荷載流子因碰撞而導致共價鍵斷裂，形成自由電子。

從特性中可以看出，當通過二極管的電流變化很大時，二極管兩端的電壓保持很小或恒定不變。在許多應用中，使用齊納二極管作為電壓調(diào)節(jié)器，就可以利用這一獨特功能。

電阻溫度檢測器：

電阻溫度檢測器或 RTD 是一種金屬電阻器，其電阻隨溫度變化而變化。其原理是，隨著溫度的升高，金屬晶格的振動也會增加。這些振動會引起電子之間的碰撞。隨著碰撞的增加，電子的能量降低，導致自由電子流減少，從而導致低導電率。因此，隨著溫度的升高，電阻也會增加。熱電阻基本上是用鉑制成的。在 0 攝氏度時，熱電阻的電阻約為 100 歐姆。

555 定時多諧器：

多諧器電路用于產(chǎn)生脈沖輸出信號。當?shù)碗娖叫盘柺┘拥郊呻娐返挠|發(fā)引腳時，它就會被觸發(fā)。555 定時器集成電路是一個 8 引腳集成電路，輸出信號的定時由 T=1.1 RC 給定。

氣流檢測器電路的應用：

該電路可用于檢測汽車發(fā)動機等部位的氣流，以估算發(fā)動機所需的燃料量。除了用作空氣流量檢測器外，該電路還可用作溫度檢測器電路。只要稍加改動，該電路就能根據(jù)溫度感應來控制風扇等負載。

氣流檢測器電路的局限性：

由于使用了齊納二極管，電路的效率會受到影響。這是因為在重負載情況下，串聯(lián)電阻的損耗會導致效率下降。

所使用的電阻溫度檢測器價格昂貴，容易受到?jīng)_擊和振動的影響。