Классификация датчиков

Лекция 2

Датчики автомобильных электронных систем

Классификация датчиков

Различные датчики ЭСАУ преобразуют информацию о значениях контролируемых неэлектрических параметров в электрический сигнал — напряжение, ток, частоту, фазу и т. д. Эти сигналы преобразуются в цифровой код и поступают в микроконтроллер. Микроконтроллер па основании значений этих сигналов и в соответствии с заложенным в него программным обеспечением принимает решения, управляет через исполнительные механизмы (реле, соленоиды, электродвигатели) объектом.

Возможность совершенствования автомобильных электронных систем во многом зависит от наличия надежных, точных и недорогих датчиков.

Понятие датчик следует отличать от понятия преобразователь. Преобразователь конвертирует один вид энергии в другой, тогда как датчик обеспечивает преобразование любого типа энергии внешнего воздействия в параметр электрического сигнала. Датчик такого типа будем называть датчиком прямого действия. Одни датчики прямого действия под влиянием входных воздействий могут непосредственно вызывать электрический сигнал - ток, напряжение. Такие датчики будем называть генераторными.

Другие датчики, изменяя свои электрические параметры и будучи включенными в соответствующие схемы, изменяют параметры электрического сигнал а - напряжение, ток, частоту, фазу. Такие датчики являются параметрическими и по своему изменяемому параметру могут являться резистивными, индуктивными, емкостными.

В ряде случаев входное воздействие проходит многократное превращение, прежде чем станет электрическим сигналом; например, давление газа превращается в перемещение поршня или штока, который изменяет положение сердечника в катушке индуктивности, а изменение индуктивности, включенной в колебательный контур, в свою очередь, изменяет частоту генератора. Такой датчик давления следует отнести к классу составных датчиков. (так как несколько преобразователей), а по способу превращения входного воздействия в параметр электрического сигнала - к индуктивным датчикам. Если же усилие штока приложить к пьезоэлектрическому преобразователю, то на выходе его будет генерироваться электрическое напряжение. Тогда такой составной датчик будет генераторным пьезоэлектрическим датчиком. Развитие микромеханики и нанотехнологий вызвало появление новых типов составных датчиков, которые можно назвать активными в отличие от перечисленных выше - пассивных. В активных составных датчиках в чувствительном элементе искусственно возбуждается некоторый физический процесс, а измеряемое воздействие изменяет параметры этого процесса и по этому изменению оценивают величину (значение) воздействия, Примером могут служить так называемые резонансные датчики. В этих датчиках в объеме, принимающем измеряемые воздействия определенным образом возбуждаются колебания на резонансной частоте (механические или оптические). При внешнем воздействии условия резонанса изменяются, и это изменение является мерой входного воздействия. На этом принципе могут работать датчики: давления, деформации, температуры, ускорения.

Датчики автомобильных электронных систем можно классифицировать по трем признакам: принципу действия, типу энергетического преобразования и основному назначению.

По принципу действия датчики подразделяют на электроконтактные, потепциометрические, оптические, оптоэлектронные, электромагнитные, индуктивные, магпиторезистивные, магнитострикционные, фото- и пьезоэлектрические, датчики па эффектах Холла, Доплера, Кармана, Зеебека, Вигонда.

В зависимости от энергетического преобразования (рис. 2.1, б) датчики бывают активными (поз. 2 на рис. 2.1, б), в которых выходной электрический сигнал возникает как следствие входного неэлектрического воздействия без приложения сторонней электрической энергии за счет внутреннего физического эффекта (например фотоэффекта), и пассивными (поз. 3 на рис. 2.1, б), в которых электрический сигнал есть следствие модуляции внешней электрической энергии управляющим неэлектрическим воздействием.

Например, потенциометрический датчик, показанный па рис. 2.1, б (поз. 5), является пассивным преобразователем угла поворота оси потенциометра (чувствительного элемента ЧЭ) в электрический сигнал. Электрический сигнал (ЭС) появится на выходе потенциометра только после того, как на резистивную дорожку (П) будет подано внешнее напряжение (ВЭ). Следует отметить, что внутри датчика, посредством чувствительного элемента (ЧЭ), всегда имеет место внутреннее преобразование внешнего неэлектрического воздействия (НВ) в промежуточный неэлектрический сигнал (НС), что показано на рис. 2.1, б" (поз. 1). Применительно к датчику угла поворота, угловое положение оси потенциометра является неэлектрическим сигналом (НС) на выходе чувствительного элемента (ЧЭ). Этому неэлектрическому сигналу (НС) соответствует выходной электрический сигнал (ЭС) датчика, если поданное па резистивную дорожку (П) внешнее напряжение (ВЭ) постоянно (рис. 2.1, б> поз. 4). Линейная характеристика преобразования (рис. 2.1, (?, поз. 6) может быть легко изменена на квадратичную, ступенчатую и любую нелинейную с заданной крутизной, что достигается подбором конструктивных размеров (длины, ширины, толщины) резистивной дорожки

Любой датчик всегда состоит, как минимум, из двух частей — из чувствительного элемента. способного воспринимать входное неэлектрическое воздействие, и из преобразователя промежуточного неэлектрического сигнала от чувствительного элемента в выходной электрический сигнал.

По назначению датчики классифицируются по типу управляющего неэлектрического воздействии: датчики краевых положений, датчики угловых и линейных перемещений, датчики частоты вращения и числа оборотов, датчики относительного или фиксированного положения, датчики механического воздействия, датчики давления, датчики температуры, датчики влажности, датчики концентрации кислорода, датчик радиации и др.

Датчики давления

На современных автомобилях используется большое число датчиков давления (от давления масла до дифференциального давления воздуха по разные стороны кузова), и их количество постоянно растет.

Измерение давления в различных жидкостных и газообразных текучих средах производится на автомобиле в процессе разработки, производства и эксплуатации. Результаты этих измерений необходимы для проведения экспериментальных исследований, обеспечения нормальной безопасной эксплуатации автомобиля, выдачи информации водителю, для диагностики. Водителю обычно выдается информация со следующих датчиков: давления масла в двигателе, уровня топлива, уровня масла, давления охлаждающей жидкости, уровня охлаждающей жидкости, уровня жидкости в омывателе, уровня жидкости в коробке переключения передач, давления в шинах.

Независимо от метода измерения в технических системах определяется избыточное, абсолютное или дифференциальное давление.

Датчики давления непрерывного действия представляют собой либо потенциометр, ползунок которого связан с мембраной, либо катушку индуктивности, в которую мембрана под действием давления вдвигает магнитный сердечник.

Современные интегральные датчики (рис. 2.3) подключаются к микропроцессору ЭБУ через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Для 8-разрядного контроллера шаг дискретизации может составлять до 4 мс, для 16-разрядного — до 2 мс.

Погрешность датчика абсолютного давления во впускном коллекторе обычно около 1%.

2.3 Датчики температуры

Датчики температуры бывают разной конструктивной формы в зависимости от области применения.

Литература

1. Дж. Фрайден. Современные датчики. Справочник. – Москва: Техносфера, 2005. – 592 с.

2. Соснин Д.А., Яковлев В.Ф. Новейшие автомобильные электронные системы. – М.: Солон-пресс, 2005. 240 с.(С.12-53)

1.1. Классификация исполнительных механизмов

Внастоящее время разработано и применяется большое количество разнообразных исполнительных механизмов, основанных на различных принципах действия и выполняющих различные функции в зависимости от характера технологического процесса и получения заданного закона изменения положения регулирующего органа.

Поэтому возникает необходимость классификации исполнительных механизмов как по виду потребляемой энергии, по их устройству, конструкции и принципу действия, так и по назначению и характеру их использования в автоматических системах.

По виду потребляемой энергии все исполнительные механизмы можно разделить на следующие группы:

- электрические, использующие для своего действия электрическую энергию;

- пневматические, использующие энергию сжатого воздуха или газа;

- гидравлические, использующие энергию жидкости.

Каждый из перечисленных типов исполнительных механизмов, в свою очередь, можно классифицировать по типу, конструкции и принципу действия исполнительного двигателя.

По характеру и назначению работы в автоматических системах исполнительные механизмы разделяются:

- работающие по дискретному принципу "открыто" - закрыто";

- работающие по закону непрерывной функции. К ним относятся исполнительные механизмы позиционного и пропорционального действия;

- исполнительные механизмы следящего и программного действия.

По скорости вращения или движения:

- тихоходные и быстроходные.

Однако классификация по этому признаку является чисто условной, так как для разных процессов одни и те же исполнительные механизмы при одной и той же скорости их выходных звеньев могут быть и быстроходными, и тихоходными.

По времени работы исполнительные механизмы могут быть разбиты на три основные группы:

- с продолжительным режимом работы;

- с кратковременным режимом работы;

- с повторно-кратковременным режимом работы.

Этот признак имеет существенное значение для электрических исполнительных механизмов, где режимы работы определяют их тепловые нагрузки.

По способу управления исполнительные механизмы можно разделить на механизмы:

- местного действия;

- дистанционного действия;

- телеуправляемые.

Классификацию исполнительных механизмов можно также вести по другим признакам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: