Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Информационные технологии на автомобильном транспорте

Аналоговые датчики

Датчики с аналоговыми выходными сигналами представлены на транспортных средствах широкой гаммой для контроля большинства рабочих параметров узлов автомобиля. В аналоговых датчиках используют два основных принципа - или изменение электрического параметра датчика в зависимости от величины контролируемого параметра, или генерация электрического сигнала, пропорционального контролируемом параметру. Среди последних наиболее распространены термоэлектрические и пьезоэлектрические датчики.

Термоэлектрические датчики (или термопары) генерируют определенный уровень напряжения, пропорциональной величине разницы температур спаев, состоят из двух спаев из разных проводников (ХК, ХА, ЗК, ПП), причем спаи должны находиться при разной температуре ( "холодный" и "горячий" спай ) (рис. 5.6).

Схема термоэлектрического генераторного датчика температуры

Рисунок 5.6 - Схема термоэлектрического генераторного датчика температуры

Для различных термопар коэффициент термо-ЭДС разный. Из-за различной работы выходов электронов в различных проводниках возникает разность потенциалов (эффект Т. Зеебека), пропорциональна разности температуры спаев. Для определения абсолютного значения температуры необходимо снять температуру холодного спая термопары с помощью термистора Rt.

Пьезоэлектрические датчики основаны на свойстве некоторых кристаллов преобразовывать механические деформации на изменение электростатических зарядов на их гранях, что связано с изменением подвижности носителей электричества в кристаллической решетке. Пьезоэлектрический эффект был открыт в кварце Пьером Кюри 1880 года.

Это явление обратимое: при подаче электрического напряжения к граням кристалла последний деформируется [12]. Поэтому пьезоэлектрические датчики - это устройства переменного тока с достаточно широким частотным диапазоном (от тысячных частей герца до десятков килогерц), которые широко используются как генераторы и приемники ультразвуковых колебаний, пьезорезисторы. Пьезоэлектрические элементы могут использоваться в форме монокристалла (как в датчике детонации) или в виде много слоистых структур, разделенных электрическими цепями, или в виде полимерных пленок. Пьезоэлектрические пленки могут быть изготовлены на основе трафаретной печати (как в шелкографии) из титаната цирконата свинца или поливинилденфторид (PVDF). Толщина пьезопливок колеблется в пределах 25. .100 Мкм, а полная толщина пленочного датчика с учетом компрессионной пленки с силиконовой резины и защитных слоев не превышает 200 мкм. Датчики с пьезоэлектрических пленок могут использоваться для измерения небольших перемещений. Сигналы генераторных датчиков микропроцессор обрабатывает как длину периода между частотными импульсами.

Значительное количество датчиков с аналоговым выходным сигналом после обработки электронным блоком передаются в сети как частотные сигналы генераторных датчиков, упрощает и ускоряет их обработку процессором. Аналоговый принцип контроля параметров также распространен на транс портных средствах (рис. 5.7).

Схема частотной обработки аналоговых сигналов

Рисунок 5.7 - Схема частотной обработки аналоговых сигналов

Например, терморезис-Торна или термисторная датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик массового расхода воздуха термоанемометрического типа для определения количества воздуха, подаваемого в цилиндры, датчик потенциометрического типа для измерения уровня топлива или контроля положения дроссельной заслонки карбюратора и тому подобное.

Датчики массового расхода воздуха термоанемометрического типа различаются по виду измерительной схемы:

а) по методу постоянной температуры;

б) методом постоянного тока через элемент, нагревается;

в) по методу постоянной разницы температур между чувствительным элементом и средой (рис. 5.8). На рисунке показано включение платы-нового терморезистора с термокомпенсацией.

Датчик массового расхода воздуха

Рисунок 5.8 - Датчик массового расхода воздуха

Чувствительным элементом датчика является платиновая нить, которая во время работы двигателя разогревается до температуры 150 ° С Воздух, который всасывается в цилиндры двигателя, охлаждает нить, а электронная схема датчика поддерживает температуру нити постоянной (150 ° С). На поддержание температуры платиновой

нити на прежнем уровне тратится определенная электрическая мощность, которая является параметром для определения массового расхода воздуха.

В термоанемометрического расходомере фирмы Bosch с пленочным платиновым резистором разница температур поддерживается на уровне 160 ° С. При этом в рабочем диапазоне выиграть 10 ... 50 кг / час. ток нагрева регулируется от 0,5 до 1,2 А.

Распространенными в датчиках давления является тензорезистивные элементы, в которых собственное сопротивление изменяется под действием микродеформации. Первыми тензоелементамы были металлические нити, наклеенные на диэлектрические пленки (рис. 5.9).

Схема датчика давления

Рисунок 5.9 - Схема датчика давления

Такой датчик в виде константановых фольги (сплав меди с никелем, полимерной пленки) наклеивается на мембрану, воспринимает давление масла или паров топлива. Действие давления вызывает прогиб мембраны и соответственно пленки тензорезистора, изменяя его сопротивление пропорционально деформации.

Микродеформации частей кузова, напор педали газа воспринимают также оптоэлектронные датчики, шо используют различные физические явления в световоде оптоволоконного проводника (рассеяния и ослабления луча света, фазовый сдвиг, поворот плоскости поляризации), проложенного между деформирующими частями. Изменение кривизны световода приводит к изменению угла полного внутреннего отражения, вызывает потери при пропускании луча.

В датчиках для измерения концентрации СО: используется эффект рассеивания луча, в зависимости от спектра поглощения, который зависит от концентрации (рис. 5.10).

Детектор измерения концентрации СО2

Рисунок 5.10 - Детектор измерения концентрации СО2

Датчик состоит из двух камер, в которых одна сторона прозрачная (стеклянная), а на другую сторону нанесено отражающее покрытие. Рабочая камера заполнена реагентом и имеет газопроницаемых покрытия. Вторая камера является эталонной. Излучения светодиода (λ = 560 нм) через стекло попадает в камеры и, отразившись, возвращается на фотоприемники. Далее дифференциальная схема определяет разницу интенсивностей и соответственно концентрацию СО2.

Для приема и обработки сигналов аналоговых датчиков их сигнал электронной схеме усиливаются, оцифровываются с помощью аналогово- цифрового преобразователя (АЦП) и передаются в микропроцессора для программной обработки (рис. 5.11).

Структура модуля обработки аналогового сигнала

Рисунок 5.11 - Структура модуля обработки аналогового сигнала

При изменении величины контролируемого параметра соответственно изменяется выходной электрический сигнал датчика А. Если это сигнал на напряжения, а электроизоляционных параметра, то сигнал преобразуется в изменение напряжения U, которая поступает на вход АЦП. При обработке аналогового сигнала в АЦП происходит его дискретизации, когда определенному уровню аналогового сигнале U соответствует определенный двоичный код N, например при U = 3 код будет 011 и т. Д. (Рис. 5.12).

Дискретизации сигнала в АЦП

Рисунок 5.12 - Дискретизация сигнала в АЦП

В зависимости от разрядности АЦП величина каждой класса напряжения кода будет разная. Величина разрядности указывает на число дискрет, на которые будет делиться входной аналоговый сигнал. На транспорте используют АЦП средней разрядности, достаточной для точности измерения (16-разрядные. 32,64).

Интеллектуальные датчики

Учитывая переход бортовых систем автомобилей на цифровые сети все шире используют цифровые датчики, имеющие в составе интегральной микросхемы все необходимые компоненты для обработки сигнала датчика и встроенный микропроцессор для передачи цифрового сигнала по сети (в соответствии с рис. 5.11) или непосредственного управления определенным узлом , как, например, в системе антиблокировки колес или управления подачей топлива. Тенденция к интеллектуализации транспортных средств ведет к появлению все большего числа интеллектуальных датчиков, объединяющих в одном модуле (иногда кристалле) процессы преобразования первичной информации с последующей комплексной ее переработкой и выдачей итоговой информации в необходимом для контроля и управления форме.

Например, интеллектуальный датчик уровня топлива имеет в своей структуре усилитель сигнала разницы емкости на электродах, датчик температуры для учета плотности топлива, элементы для преобразования сигнала, сохранение в памяти и формирования информационного сигнала для передачи на органы управления и индикации уровня для водителя (рис . 5.13). Изменение уровня топлива вызывает перемещение подвижного электрода - мембраны, относительно неподвижных электродов, в свою очередь изменяет разницу емкости между подвижным и неподвижными электродами. После усиления напряжения АЦП преобразует сигнал в цифровой и передает его на встроенный в микросхему микрокомпьютерах. Аналогичная структура современных автомобильных датчиков температуры, давления, микросхема которых реагирует на изменение величины контролируемого параметра, усиливает его, оцифровывает и обрабатывает согласно встроенной программы.

Схема цифрового датчика уровня топлива

Рисунок 5.13 - Схема цифрового датчика уровня топлива

Рассмотренные выше составлены датчики во многих случаях являются компонентами интеллектуальных датчиков, которые скорее следует называть измерительными комплексами (например, радар, который измеряет скорость автомобиля, движущегося или датчик положения автомобиля включает GPS-приемник и синхронную систему обработки данных с цифровой картой местности ). Перспективные волоконно-оптические датчики, нечувствительны к электромагнитным помехам, но чувствительны к изменениям давления, температуры.

Развитие нанотехнологий приводит к появлению беспроводной системы датчиков, где связь осуществляется в GSM диапазоне (f = 2,4 ГГц) на расстоянии до 15 до 20 метров. Это так называемая Smart (разумный) технология, которая в будущем обещает создать интеллектуальную сеть, предназначенную для сбора, анализа, обработки и хранения данных в системах транспортной телематики.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее