Pomiar temperatury spalin z użyciem EGT-K i termopary typu K

[ArT]

Pomiar temperatury gazów wylotowych silnika staje się coraz bardziej popularny. I nie chodzi tu tylko o zmodyfikowane silniki, ale coraz częściej o fabryczne mocno wysilone jednostki. Zbyt wysoka temperatura spalin może szybko doprowadzić do przegrzania głowicy (a nawet stopienia tłoków), a w efekcie uszkodzenia silnika. Można temu łatwo zaradzić kontrolując ten parametr - sprawa jest całkiem prosta.

Co potrzeba do pomiaru temperatury spalin?

• czujnik, tj. zwykła termopara typu "K" lub termopara typu "K" z inconelu (polecana do bardziej wysilonych jednostek benzynowych),
• wzmacniacz termopary, np. EGT-K (wzmacniacz konwertuje nieliniowy sygnał o bardzo niskim napięciu na liniowy sygnał 0-5V)
• urządzenie pomiarowe: może to być UKP lub UKP-PRO, ale EGT-K jest kompatybilny z większością komputerów dla tunerów, m.in. AEM EMS, GReddy e-MANAGE, Motec, Stack, ACR systems, HRC itd (wszystkie które akceptują 0-5V na wejściu)

Jako czujnik najczęściej stosuje się termopary typu-k ze względu na ich szeroki zakres pomiarowy (ponad 1000 stopni Celsjusza). Niestety sygnał z takiego czujnika jest po pierwsze mocno nieliniowy, a po drugie o niskiej amplitudzie (napięcie rzędu milivolt) - dlatego potrzebny jest wzmacniacz termopary. Wzmacniacz pełni rolę konwertera sygnału i na wyjściu podaje obrobiony (co ważne liniowy) sygnał rzędu 0-5V co często odpowiada temperaturom 0-1000C czy jak w przypadku EGT-K jest to zakres 0-1250C.
Pozostaje jeszcze urządzenie które dalej ten sygnał przetworzy, wyświetli temperaturę i ostrzeże kiedy będzie za wysoka.

EGT-K występuje w wariancie 1-, 2- lub 4- kanałów pomiarowych. UKP-PRO obsłuży do 4 kanałów jednocześnie (po drobnej modyfikacji do 6x EGT), także można mierzyć temperaturę spalin z każdego cylindra osobno w silniku 4- lub 6-cylindrowym. Dla większości zastosowań amatorskich wystarczy pomiar z wykorzystaniem pojedynczego czujnika. Czasem zachodzi potrzeba pomiaru z większej ilości cylindrów, wtedy mogą być potrzebne np dwa 4-kanałowe wzmacniacze EGT-K oraz dwa moduły UKP-PRO (np. na silnik 8-cylindrowy).

Jak podłączyć czujnik (termopare k)?

Każda termopara posiada 2 przewody: plus i minus. Oba należy podłączyć na wejścia "+" i "-" wzmacniacza termopary (np. EGT-K). Co do kolorów - różne kraje mają różne standardy, zwykle jeżeli jest zielony (+) i biały (-) / czerwony (+) i biały (-) / czerwony (+) i czarny (-) / żółty (+) i czerwony (-) (tak, kiedy jest żółty to czerwony jest minusem ).

Źródło: http://www.pyromation.com/Downloads/Data/ColorCodessheet.pdf

thermocouple-type-k_wire_colours.jpg (55.25 KiB) Viewed 22194 times

Źródło: Pyromation - ColorCodesheet

W przypadku odwrotnego podłączenia nic się nie uszkodzi, najwyżej nie będzie działać pomiar. Ważna uwaga: jeżeli dowolny z przewodów termopary (lub sama końcówka pomiarowa) lub też ekran termopary (jeżeli jest w metalowym oplocie) będzie dotykać innych elementów przewodzących (np. innego metalu) to termoparę należy uziemić, tj. sygnał minusowy termopary należy podłączyć do masy. Jeżeli tego się nie zrobi to wskazania będą nieprawidłowe i niestabilne. Jeżeli żaden z przewodów z termopary nie ma kontaktu z innymi elementami przewodzącymi to nie trzeba tego robić.

Uwaga: przewodów termopary nie należy przedłużać "zwykłymi" przewodami - są wykonane ze specjalnego stopu metalu i można je przedłużać tylko przewodami dedykowanymi do termopary typu K - użycie zwykłym przewodów wprowadzi znaczny błąd pomiarowy.

Jak zamontować czujnik EGT?

Termopary posiadają złącza zaciskowe w skład którego wchodzi nakrętka, baryłka zaciskowa oraz tulejka do montażu np. w kolektorze wydechowym. Przykłady takiego zestawu montażowego:

Złącze zaciskowe - średnica 5mm

egt-compression-lock-5mm.jpg (7.72 KiB) Viewed 14745 times

Złącze zaciskowe - średnica 3mm

egt-compression-lock-3mm.jpg (9.25 KiB) Viewed 14745 times

Tulejkę montuje się np. w kolektorze wydechowym, posiada ona zwykle gwint 1/8" NPT (stożkowy) jednak i tak zaleca się ją wspawać. Termoparę najlepiej montować jak najbliżej głowicy, jednak w przypadku silników turbodoładowanych bezpieczniej jest ją umiejscowić za turbiną. Sondę najlepiej wsunąć tak, aby końcówka pomiarowa znajdowała się w środku średnicy rury (minimum 30mm). Następnie zakręca się nakrętkę zaciskając baryłkę, która uszczelni połączenie. Bardzo ważne jest aby powierzchnie były wcześniej dokładnie odtłuszczone aby przy dużym ciśnieniu gazów wylotowych nie wypchnęło sondy.

Jak ustawić pomiar EGT w UKP?

W przypadku UKP, wyjście z EGT-K należy podłączyć na dowolne wejście analogowe 0-5V (AdcX) i w aplikacji wybrać "czujnik temperatury spalin EGT":

ustawienia-pomiaru-temperatury-spalin-egt.jpg (138.05 KiB) Viewed 24653 times

A następnia w ustawieniach zaawansowanych dla EGT należy ustawić dane:
a = 250.0 , b = 0.0

nastawy-egt-k.jpg (55.74 KiB) Viewed 24653 times

Na koniec można ustawić sobie alerty

alerty-egt.jpg (65.28 KiB) Viewed 24653 times

UWAGA: od wersji 3.5 w UKP-PRO istnieje możliwość pomiaru temperatury spalin z 6 kanałów jednocześnie. Ponadto doszła praktyczna funkcja data-loggera - istnieje możliwość rejestrowania parametrów a później wyeksportowania logów do pliku i podglądu np. na wykresach. Data logger został opisany w tym temacie.

EGT-gauge-display.jpg (35.19 KiB) Viewed 24643 times

Pełny opis EGT-K.
Pełny opis UKP i UKP-PRO.

[Misio]

a jak podpiąć wzmacniacz? Nigdzie nie mogę nic na ten temat znaleźć.

[ArT]

Na wzmacniaczu na etykiecie są rozpisane wejścia.
Do TC+ i TC- podłączasz +/- termopary.
Wyjscie OUT do wejścia AdcX w UKP.
No i wzmacniacz potrzebuje zasilania do pracy (+8..+32V) na wejścia VCC i GND. Może być to samo zasilanie co do UKP.

[Misio]

Okej wszystko fajnie natomiast na Out GND ma być inna masa niż ta od zasilania ? Np przykręcić do budy ?

[ArT]

OUT GND jest ta sama masa co na zasilaniu (wewnątrz połączenie). Może zostać niepodłączone.

[krisbe]

Hmmm jedna rzecz jest dla mnie niejasna.
W opisie jest uwaga:

Ważna uwaga: jeżeli dowolny z przewodów termopary (lub sama końcówka pomiarowa) lub też ekran termopary (jeżeli jest w metalowym oplocie) będzie dotykać innych elementów przewodzących (np. innego metalu) to termoparę należy uziemić, tj. sygnał minusowy termopary należy podłączyć do masy. Jeżeli tego się nie zrobi to wskazania będą nieprawidłowe i niestabilne. Jeżeli żaden z przewodów z termopary nie ma kontaktu z innymi elementami przewodzącymi to nie trzeba tego robić.


Czyli rozumiem, że termoparę trzeba uziemić ? Czy dociągnąć uziemienie do wzmacniacza EGT-K ?
Raczej niemożliwe jest by termoparę dociągnąć do kabiny bez styku z innymi przewodami.

[ArT]

Sam oplot nie ma fizycznego połączenia z przewodami pomiarowymi od termopary (wewnątrz jest ekran izolujący z włókna szklanego), ale w niektórych przypadkach metalowy oplot może zbierać zakłócenia elektromagnetyczne, które będą zakłócać sam odczyt z termopary (objawia się to bardzo niestabilnym i pływającym pomiarem). W takim przypadku zaleca się podłączenie go do masy osobnym przewodem (wyjście GND we wzmacniaczu lub masa pojazdu jeżeli między nimi jest oporność <2ohm) wtedy oplot działa jak uziemiony ekran (w samochodach zwykle nie ma takiej potrzeby bo w miejscu mocowania termopary tj. połączenie: gwint - termopara - ekran) jest dobry kontakt masy. Z kolei jeżeli przewody pomiarowe zbierają zakłócenia (bo np. nie ma uziemionego ekranu na całej długości termopary) to spotkałem się z rozwiązaniem kiedy jedną z końcówek termopary (TC-) podłącza się do masy, ale osobiście nigdy nie miałem potrzeby tak robić (nie testowałem). Jedyny przypadek z jakim się spotkałem gdzie trzeba było uziemiać ekran nie dotyczył samochodu (ekran termopary dotykał obudowy innego urządzenia o dużych zakłóceniach elektromagnetycznych (silnik elektryczny) i było to w maszynowni statku).

Inna kwestia jest taka że w EGT-K jest filtr na wejściu termopary, filtr na wyjściu pomiarowym i w samym UKP również są filtry na kanałach pomiarowych.

[krisbe]

Dziękuje za obszerną odpowiedź teraz wszystko jasne

[Ujmen]

Czy niewielkie odgięcie lub zagięcie metalowej części czujnika jest dopuszczalne, czy spowoduje uszkodzenie termopary?

[ArT]

Wersje pro (3mm, z inconelu) spokojnie można przegiąć wedle uznania, nawet wyprostować, grunt żeby nie robić tak kilka razy.
Wersje zwykła (5mm, ze stali nierdzewnej) raz można delikatnie przegiąć (30-40st będzie bezpieczne), ale nie przeginałbym jej do pełnego wyprostu.