Czujniki elektroniczne. Główne typy czujników i ich przeznaczenie Czy czujnik

W systemach automatyki czujnik przeznaczony jest do konwersji kontrolowanej lub kontrolowanej wartości (parametr kontrolowanego obiektu) na sygnał wyjściowy, wygodniejszy dla dalszego przepływu informacji. Dlatego czujnik jest często nazywany konwerterem, chociaż termin ten jest zbyt ogólny, ponieważ każdy element automatyki i telemechaniki, mający wejście i wyjście, jest w taki czy inny sposób konwerterem.

W najprostszym przypadku czujnik wykonuje tylko jedną transformację Y = f (X), taką jak siły przemieszczenia (w sprężynie), temperatura w sile elektromotorycznej (w termoelemencie) itp. Ten typ czujnika nazywa się czujniki bezpośredniej konwersji. Jednak w wielu przypadkach nie jest możliwe bezpośrednie wpłynięcie na wielkość wejściową X na wymaganą wielkość wejściową U (jeśli takie połączenie jest niewygodne lub nie daje pożądanych właściwości). W tym przypadku przeprowadzane są przekształcenia sekwencyjne: z wartością wejściową X działają na pośrednią Z, a z wartością Z - na wymaganą wartość Y:

Z = f1 (X); Y = f2 (Z)

Wynikiem jest funkcja, która łączy X z Y:

Y = f2 = F (X).

Liczba takich przekształceń sekwencyjnych może być większa niż dwa, a in przypadek ogólny połączenie funkcjonalne między Y i X może przechodzić przez szereg wartości pośrednich:

Y = fn (...) = F (X).

Czujniki z takimi zależnościami nazywają się czujniki z konwersją szeregową. Wszystkie inne części są nazywane instytucje pośredniczące... W czujniku z dwiema konwersjami nie ma organów pośrednich, ma tylko czujnik i aktuator. Często jeden i ten sam element strukturalny pełni funkcje kilku narządów. Na przykład elastyczna membrana służy jako narząd odbiorczy (przekształcający nacisk w siłę) i wykonawczy (przekształcający siłę w przemieszczenie).

Klasyfikacja czujników.

Wyjątkowa różnorodność czujników stosowanych w nowoczesnej automatyce wymusza ich klasyfikację. Obecnie znane są następujące typy czujników, które najlepiej sklasyfikować według wartości wejściowej, co praktycznie odpowiada zasadzie działania:

Nazwa czujnika	Ilość wejściowa
Mechaniczny	Przesuwanie sztywnego ciała
Elektryczny	Ilość elektryczna
Hydrauliczny	Przenoszenie płynów
Pneumatyczny	Ruch gazu
Termiczny
Optyczny	Jasność
Akustyczny	Wartość dźwięku
Fala radiowa	Fale radiowe
	Promieniowanie jądrowe

Rozważane są tutaj najpopularniejsze czujniki, w których przynajmniej jedna z wartości (wejście lub wyjście) ma charakter elektryczny.

Czujniki wyróżnia także zasięg sygnału wejściowego. Na przykład niektóre elektryczne czujniki temperatury są przeznaczone do pomiaru temperatury od 0 do 100 ° C, a inne - od 0 do 1600 ° C. Bardzo ważne jest, aby zakres zmienności sygnału wyjściowego był taki sam (ujednolicony) dla różnych urządzeń. Ujednolicenie sygnałów wyjściowych czujników pozwala na zastosowanie wspólnych elementów wzmacniających i wykonawczych dla różnych systemów automatyki.

Czujniki elektryczne należą do najważniejszych elementów systemów automatyki. Za pomocą czujników monitorowana lub regulowana wartość jest przetwarzana na sygnał, w zależności od zmiany, w której przebiega cały proces regulacji. Najbardziej rozpowszechnione w automatyce są czujniki z elektrycznym sygnałem wyjściowym. Tłumaczy się to przede wszystkim wygodą przesyłania sygnału elektrycznego na odległość, przetwarzania go i możliwości przekształcania energii elektrycznej w Praca mechaniczna... Oprócz czujników elektrycznych, mechanicznych, hydraulicznych i pneumatycznych rozpowszechniły się.

Czujniki elektryczne, w zależności od zasady ich konwersji, dzielą się na dwa typy - modulatory i generatory.

W modulatorach (czujnikach parametrycznych) energia wejściowa wpływa na pomocniczy obwód elektryczny, zmieniając jego parametry oraz modulując wartość i charakter prądu lub napięcia z zewnętrznego źródła energii. To jednocześnie wzmacnia sygnał odbierany na wejściu czujnika. Obecność zewnętrznego źródła energii jest warunkiem koniecznym działania czujników - modulatorów.

Ryż. 1. Bloki funkcjonalne czujnik - modulator (a) i czujnik - generator (b).

Modulacja odbywa się poprzez zmianę jednego z trzech parametrów - rezystancji omowej, indukcyjności, pojemności. W związku z tym rozróżnia się grupy czujników rezystancyjnych, indukcyjnych i pojemnościowych.

Każdą z tych grup można podzielić na podgrupy. Tak więc najbardziej rozbudowaną grupę czujników omowych można podzielić na podgrupy: tensometry, potencjometry, termistory, fotorezystory. Druga podgrupa obejmuje opcje dla czujników indukcyjnych, magnetoelastycznych i transformatorowych. Trzecia podgrupa łączy różne typy czujników pojemnościowych.

Drugi rodzaj polega na tym, że generatory są po prostu przetwornikami. Opierają się one na występowaniu siły elektromotorycznej pod wpływem różnych procesów związanych z kontrolowaną wielkością. Pojawienie się takiej siły elektromotorycznej może nastąpić np. na skutek indukcji elektromagnetycznej, termoelektryczności, piezoelektryczności, fotoelektryczności i innych zjawisk powodujących oddzielenie ładunków elektrycznych. Zgodnie z tymi zjawiskami czujniki generatora dzielą się na indukcyjne, termoelektryczne, piezoelektryczne i fotoelektryczne.

Istnieją również grupy czujników elektrycznych, elektrostatycznych, czujników Halla itp.

Czujniki potencjometryczne i tensometryczne.

Czujniki potencjometryczne służą do przetwarzania przemieszczeń kątowych lub liniowych na sygnał elektryczny. Czujnik potencjometryczny jest rezystorem zmiennym, który może być załączany zgodnie z obwodem potencjometru lub zgodnie z obwodem potencjometru (dzielnika napięcia).

Strukturalnie czujnik potencjometryczny jest urządzeniem elektromechanicznym (ryc. 2-1), składającym się z ramy 1 z nawiniętym na nią cienkim drutem (uzwojenie) wykonanym ze stopów o wysokiej rezystywności, styku ślizgowego - szczotki 2 i przewodnika 3 wykonane w formie styku ślizgowego lub sprężyny śrubowej.

Rama z nawiniętym drutem jest nieruchoma, a szczotka jest mechanicznie połączona z ruchomą częścią wzmacniacza operacyjnego, której ruch musi być zamieniony na sygnał elektryczny. Podczas ruchu szczotki zmienia się rezystancja czynna Rx odcinka drutu pomiędzy szczotką a jednym z zacisków uzwojenia czujnika.

W zależności od obwodu przełączającego czujnika, ruch może być zamieniony na zmianę czynnej rezystancji lub prądu (przy sekwencyjnym obwodzie przełączającym) lub zmianę napięcia (przy załączeniu zgodnie z obwodem dzielnika napięcia). Na dokładność konwersji przy połączeniu szeregowym istotny wpływ ma zmiana rezystancji przewodów łączących, rezystancja przejścia między szczotką a uzwojeniem czujnika.

W urządzeniach automatyki częściej stosuje się czujniki potencjometryczne zgodnie ze schematem dzielnika napięcia. Przy jednokierunkowym ruchu ruchomej części OS stosowany jest jednocyklowy obwód przełączający, który daje nieodwracalną charakterystykę statyczną. Przy ruchu dwustronnym stosuje się schemat przełączania push-pull, który daje odwracalną charakterystykę (ryc. 2-2).

Istnieje kilka rodzajów czujników potencjometrycznych, w zależności od konstrukcji i zasady działania, która wiąże wyjście czujnika z ruchem szczotki.

Liniowe czujniki potencjometryczne.

Na całej długości mają taki sam przekrój ramy. Średnica drutu i skok uzwojenia są stałe. W trybie bez obciążenia (przy obciążeniu Rn → ∞ i I → 0) napięcie wyjściowe liniowego czujnika potencjometrycznego Uout jest proporcjonalne do ruchu szczotki x: Uout = (U0 / L) x, gdzie U0 jest czujnikiem napięcie zasilania; l to długość uzwojenia. Napięcie zasilania czujnika U0 i długość uzwojenia L są wartościami stałymi, dlatego w ostatecznej postaci: Uout = kx, gdzie k = U0 / L jest współczynnikiem przenoszenia.

Funkcjonalne czujniki potencjometryczne.

Mają funkcjonalną nieliniową zależność między ruchem szczotki a napięciem wyjściowym: Uout = f (x). Często stosowane są potencjometry funkcjonalne o charakterystyce trygonometrycznej, potęgowej lub logarytmicznej. Potencjometry funkcjonalne stosowane są w analogowych automatycznych urządzeniach obliczeniowych, w pływakowych miernikach poziomu cieczy w zbiornikach złożonych kształt geometryczny itd. Możesz uzyskać wymaganą zależność funkcjonalną dla czujników potencjometrycznych różne metody: zmieniając wysokość ramy potencjometru (płynnie lub stopniowo), bocznikując odcinki uzwojenia potencjometru rezystorami.

Wieloobrotowe czujniki potencjometryczne.

Stanowią konstruktywną odmianę liniowych czujników potencjometrycznych z ruchem kątowym szczotki. W przypadku czujników wieloobrotowych szczotka musi kilkakrotnie obrócić się o kąt 360°, aby przemieścić się na całą długość uzwojenia L. Zaletami czujników wieloobrotowych są duża dokładność, niski próg czułości, małe wymiary, wady - stosunkowo duży moment tarcia, złożoność konstrukcji, obecność kilku styków ślizgowych

oraz trudności w stosowaniu w szybkich systemach.

Czujniki potencjometryczne z metalową folią.

To obiecujący nowy projekt czujników potencjometrycznych. Ich rama jest

płyta szklana lub ceramiczna, na którą nakładana jest cienka warstwa (kilka mikrometrów) metalu o wysokiej rezystywności. Sygnał odbierany jest z metalowych czujników potencjometrycznych ze spiekanymi szczotkami. Zmiana szerokości folii metalowej lub jej grubości umożliwia uzyskanie liniowej lub nieliniowej charakterystyki czujnika potencjometrycznego bez zmiany jego konstrukcji. Wykorzystując obróbkę wiązki elektronicznej lub laserowej możliwe jest automatyczne dostosowanie rezystancji czujnika i jego charakterystyki do określonych wartości. Wymiary czujników potencjometrycznych z metalową folią są znacznie mniejsze niż czujników drutowych, a próg czułości jest praktycznie zerowy ze względu na brak zwojów uzwojenia.

Oceniając czujniki potencjometryczne należy zauważyć, że mają one zarówno istotne zalety, jak i poważne wady. Ich zalety to: prostota konstrukcji; wysoki poziom sygnał wyjściowy (napięcie - do kilkudziesięciu woltów, prąd - do kilkudziesięciu miliamperów); możliwość pracy zarówno na prądzie stałym, jak i przemiennym. Ich wady to: niewystarczająco wysoka niezawodność i ograniczona trwałość ze względu na obecność styku ślizgowego i ścieranie uzwojenia; wpływ na charakterystykę rezystancji obciążenia; straty energii spowodowane rozpraszaniem mocy przez czynną rezystancję uzwojenia; stosunkowo duży moment obrotowy wymagany do obracania ruchomej części czujnika za pomocą szczotki.

Nowoczesne samochody są wyposażone w dużą liczbę czujników, których cel i zasada działania nie są jasne dla każdego kierowcy. Spróbujmy zrozumieć ten problem.

Czujnik przepływu masy powietrza

Celem czujnika masowego przepływu powietrza (MAF) jest monitorowanie pracy jednostki napędowej podczas generowania przez system napięcie elektryczne przez powietrze wchodzące do silnika.

Na podstawie danych zebranych przez czujnik budowana jest najbardziej wydajna praca silnika, podczas której przepływ powietrza do cylindrów pozwala na bezproblemowe przekształcenie go w prąd elektryczny.

Część robocza czujnika - nić platynowa - to czuły anemometr. Jest podgrzewany do stałej temperatury, którą utrzymuje termostat i elektroniczna jednostka sterująca.

Przepływ powietrza przechodzący przez czujnik chłodzi nić, następnie moduł sterujący układu zwiększa dopływ do niej prądu, w wyniku czego temperatura nagrzewania nici nadal rośnie, aż do osiągnięcia stałej wartości. Wynika z tego, że siła prądu potrzebnego do rozgrzania żarnika zależy wyłącznie od prędkości przepływu powietrza przez czujnik. I już przez konwerter wtórny w systemie czujników generowane jest napięcie elektryczne.

Podczas pracy na włóknie czujnika gromadzą się różne osady, zanieczyszczając go i pogarszając charakterystykę całego urządzenia.

Skuteczne czyszczenie żarnika jest możliwe tylko przez spalanie prądem pulsacyjnym o temperaturze rzędu 1000 stopni.

Zabrania się jednak mycia zabrudzonej platynowej nici czujnika roztworami zawierającymi związki eteru lub ketonów, ponieważ:

Ma szkodliwy wpływ na związek;

Posiadają zdolność chłodzenia kryształu, w wyniku czego jego struktura ulega uszkodzeniu;

Z powierzchni kryształu zmywana jest tzw. maska ​​(w jej środku znajduje się ochronna warstwa polimeru).

Nie należy nawet próbować myć nici czujnika różnymi rozpuszczalnikami i aerozolami zawierającymi aceton i etyl, nie należy również czyścić nici anemometru wacikiem nasączonym benzyną, owiniętym wokół zapałki lub drewnianego patyczka. Takie manipulacje nie przyniosą żadnego efektu, a jedynie pogorszą pracę DMRV.

VD-40 może być stosowany jako spłukiwanie, ale warto wziąć pod uwagę, że zawiera olej napędowy i związki kwasowe. „vadashka” dobrze się myje, jednak pozostawia na powierzchni specyficzny film, który należy usunąć, aby czujnik działał prawidłowo. Lepiej zmyć go związkami alkoholowymi (woda destylowana i dowolny alkohol). Jak pokazała praktyka, do tego celu najbardziej odpowiedni jest alkohol izopropylowy. Najskuteczniejsze będzie mycie kryształów zwykłą strzykawką medyczną z igłą o małej średnicy. Przed płukaniem czujnik i płyn płuczący należy podgrzać, np. za pomocą opalarki.

Czujnik kontroli położenia przepustnicy

Element ten montowany jest na bloku przepustnicy obok siłownika i służy do sterowania położeniem pedału gazu. Warto zauważyć, że podczas mycia jednostki napędowej należy zachować szczególną ostrożność, aby nie uszkodzić tego czujnika.

Pomimo tego, że czujnik przepustnicy jest przeznaczony do ciągłego użytkowania, nadal czasami zawodzi, zawodzi. Jego awarię sygnalizują zwiększone obroty biegu jałowego, szarpnięcia i niestabilna praca silnika podczas jazdy.

Czujnik stuku

Znajduje się na głowicy cylindrów między cylindrami (II i III). W zależności od cech konstrukcyjnych rozróżnia się następujące rodzaje tych elementów:

Broadband (przedstawiony jako tablet);

Rezonans (wygląda jak beczka).

Czujniki te nie są wymienne, to znaczy, jeśli jeden ulegnie awarii, nie można go zastąpić innym typem.

Żywotność elementu jest ogromna. Jedyne, co jest konieczne, to regularne czyszczenie styków złącza z utleniania. Ten czujnik działa na zasadzie zapalniczki piezoelektrycznej. Oznacza to, że wraz ze wzrostem poziomu detonacji napięcie elektryczne zaczyna rosnąć.

Czujnik mierzy poziom stukania w jednostce napędowej i, w zależności od tego, kontroluje czas zapłonu. W przypadku zwiększonej detonacji zapłon będzie spóźniony. Jeśli czujnik przestanie działać, silnik zacznie pracować nieprawidłowo, a zużycie paliwa wzrośnie.

Ma strukturę heksagonalną, wewnątrz której znajduje się specjalny element piezoelektryczny, który dzięki działaniu drgań dźwiękowych na jego ciało generuje siłę elektromotoryczną. Okazuje się, że czujnik stuków jest swego rodzaju transmiterem drgań dźwiękowych, dzięki czemu procesy zachodzące wewnątrz silnika są dostępne dla jednostki EFI.

Puste przestrzenie pomiędzy obudową a elementem piezoelektrycznym czujnika wypełnione są mieszanką o specjalnym składzie. Oprócz funkcji ochronnej związek ma jeszcze jedną rzecz: jego obecność umożliwia uzyskanie charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej jak najbardziej zbliżonej do częstotliwości procesów detonacyjnych wewnątrz bloku energetycznego.

Gdy pukanie występuje w wewnętrznej przestrzeni silnika, czujnik mierzy jego poziom i przesyła sygnał do jednostki EFI, która automatycznie reguluje kąt wyprzedzenia zapłonu, aż poziom pukania zmniejszy się lub całkowicie zniknie.

W rezultacie, dzięki obecności czujnika spalania stukowego w układzie jednostki napędowej, powstaje najkorzystniejszy skład mieszanki paliwowej. Taka koncepcja, charakteryzująca się w slangu motoryzacyjnym zwrotem „pukanie palców”, charakteryzuje awarię czujnika stuków. To drastycznie zmniejsza wydajność silnika i zwiększa zużycie paliwa.

Czujnik ciśnienia oleju

Ten element sterujący znajduje się w sieci olejowej. Czujnik zasilany jest z instalacji elektrycznej pojazdu i posiada wskaźnik na desce rozdzielczej. Oprócz wskaźnika tablica przyrządów może mieć regulator ciśnienia oleju ze wskazaniem jego wartości.

Dość często czujnik ten jest częścią monitorującą układu sterowania silnikiem, który po osiągnięciu krytycznego poziomu ciśnienia oleju wyłącza się jednostka mocy.

Oprócz czujnika ciśnienia oleju można zainstalować czujnik monitorujący temperaturę oleju silnikowego w układzie.

Czujnik temperatury przeciwzamrożeniowej

W konstrukcji jednostki napędowej czujnik ten zajmuje miejsce między termostatem a głowicą cylindra. Posiada dwa styki, a działanie urządzenia opiera się na następującej zasadzie: im niższa temperatura silnika, tym bardziej wzbogaconą mieszankę roboczą można uzyskać.

W układzie chłodzenia czujnik jest reprezentowany przez rezystor o specjalnej konstrukcji (termistor), który zmienia swoją rezystancję wraz ze zmianą temperatury chłodziwa. Im wyższa temperatura, tym niższa rezystancja i odwrotnie - im niższa temperatura, tym wyższa rezystancja termistora. Wiadomo, że zmiana temperatury płynu chłodzącego w różny sposób wpływa na osiągi silnika.

Jego konstrukcja jest dość niezawodna. Może zawieść tylko dlatego, że nie ma kontaktu na jego zaciskach lub wewnątrz urządzenia.

Jego awarię można ocenić po uruchomieniu wentylatora, gdy silnik jest jeszcze zimny, niemożliwości lub problemach z uruchomieniem nagrzanego zespołu napędowego, zwiększeniu zużycia paliwa.

Sonda Lambda

Lub w prosty sposób – czujnik tlenu. Jego celem jest określenie zawartości tlenu w spalinach samochodu. Ten element elektrochemiczny znajduje się w konstrukcji tłumika.

Brak tlenu w mieszance paliwowej wskazuje na jej wzbogacenie i odwrotnie, jego zwiększona zawartość zmniejsza wzbogacenie. Dlatego sonda lambda ma za zadanie uformować właściwy skład mieszanina robocza... Dowiedz się więcej o lambdzie tutaj.

Benzyna ołowiowa niekorzystnie wpłynie na pracę sondy lambda, a w przypadku awarii gwarantowane jest zwiększone zużycie paliwa i nadmiar szkodliwych związków w spalinach samochodu.

Czujnik PKV (pozycja wału korbowego)

Dość mocny i niezawodny element, którego konstrukcja to zwój drutu z rdzeniem magnetycznym w środku. Znajduje się w przestrzeni koła pasowego i odczytuje odczyt położenia wału korbowego z zagrożeń oznaczonych na kole pasowym. Element generuje sygnał w momencie zmiany położenia tarczy zębatej znajdującej się na wale korbowym. Na podstawie tego sygnału jednostka sterująca monitoruje procesy robocze zachodzące wewnątrz cylindra oraz steruje dopływem mieszanki paliwowej i iskry.

W przypadku awarii prędkość robocza silnika gwałtownie spadnie, aw najgorszym przypadku jednostka napędowa całkowicie się zatrzyma.

Czujnik fazy lub czujnik położenia wałka rozrządu (DPRV)

Jest on z reguły uwzględniony w konstrukcji silników ośmio- i szesnastozaworowych, w których znajduje się bezpośrednio za kołem pasowym wałka rozrządu zaworów dolotowych na górze głowicy bloku, i jest przeznaczony do formowania wtrysku paliwa do jednego cylindra. Jego rozkład zakłóca dostarczanie mieszanki paliwowej, co powoduje jej gwałtowne wzbogacenie w wyniku zwiększonego zużycia.

Regulator prędkości biegu jałowego

Niezbędny element w konstrukcji silnika, który reguluje obroty biegu jałowego silnika, zapewniając jego stabilną i maksymalnie produktywną pracę. Konstrukcja urządzenia składa się z silnika krokowego ze sprężynową igłą typu stożkowego.

Gdy jednostka napędowa pracuje na biegu jałowym, powietrze przepływa przez zamkniętą przepustnicę. Jest to możliwe dzięki stożkowej iglicy czujnika, która reguluje średnicę przekroju dodatkowego przewodu doprowadzającego powietrze. W ten sposób czujnik określa optymalną ilość tlenu wymaganą do płynnej i wydajnej pracy urządzenia.

Lokalizacja regulatora to korpus przepustnicy. Tutaj trzeba zwrócić uwagę na to, że jest on mocowany na dwie śruby, których główki w większości samochodów są pokryte warstwą lakieru lub po prostu wywiercone, co stanowi pewną przeszkodę przy demontażu regulatora obrotów biegu jałowego. Dlatego często konieczne jest usunięcie korpusu przepustnicy w celu wymiany regulatora lub oczyszczenia przewodu zanieczyszczonego powietrza.

Ponieważ regulator należy do urządzeń typu wykonawczego, nie jest przewidziana jego diagnostyka systemowa. Dlatego jeśli się zepsuje, błąd „Sprawdź silnik” na tablicy rozdzielczej może się nie zapalić.

Na jego awarię wskazują następujące czynniki:

- "pływająca" prędkość obrotowa silnika na biegu jałowym;

Często jednostka napędowa zatrzymuje się po wyłączeniu transmisji;

Zimnemu rozruchowi silnika nie towarzyszy wzrost obrotów biegu jałowego, jak powinien;

Niestabilność biegu jałowego przy włączonym obciążeniu.

Zdemontowanie regulatora prędkości biegu jałowego jest konieczne tylko wtedy, gdy akumulator jest odłączony. W tym celu należy wyjąć z niego złącze i odkręcić śruby mocujące czujnik. Regulator montuje się w odwrotnej kolejności. Jedyne, co należy zrobić w momencie jego montażu, to nasmarować uszczelkę na kołnierzu. Olej silnikowy jest do tego idealny.

Związek różnych typów czujników w układzie sterowania prędkością obrotową silnika na biegu jałowym

Ilość powietrza w silniku jest kontrolowana przez czujnik DMRV opisany powyżej iw zależności od jego objętości ECU wylicza dopływ wzbogaconej mieszanki roboczej do silnika.

Za pomocą czujnika położenia wału korbowego jednostka sterująca wykrywa prędkość obrotową silnika i na tej podstawie układ sterowania prędkością biegu jałowego steruje dopływem powietrza z pominięciem zamkniętej przepustnicy.

Podczas postoju jednostka sterująca utrzymuje stałą prędkość biegu jałowego na rozgrzanym silniku. Jeśli jednostka napędowa jest zimna, system, dostosowując prędkość biegu jałowego, zwiększa ją, umożliwiając rozgrzanie silnika przy dużych prędkościach. Dzięki temu ruch jest możliwy bez rozgrzewania jednostki napędowej.

Wszystkie te czujniki znajdują się w większości nowoczesnych samochodów, a teraz znacznie łatwiej będzie Ci nawigować po wynikach diagnostyki i kupować niezbędną część zamienną w sklepie samochodowym.

Do lat 70. ubiegłego wieku każdy samochód był wyposażony w maksymalnie trzy czujniki: poziomu paliwa, temperatury płynu chłodzącego i ciśnienia oleju. Zostały one połączone z urządzeniami magnetoelektrycznymi i świetlnymi na tablicy rozdzielczej. Ich celem było jedynie poinformowanie kierowcy o parametrach silnika i ilości paliwa. W tamtym czasie urządzenie czujników samochodowych było bardzo proste.

Ale czas minął i w latach 70. tego samego wieku producenci samochodów zaczęli ograniczać zawartość szkodliwe substancje w spalinach wychodzących z ich przenośników samochodowych. Potrzebne do tego czujniki samochodu nie zgłaszały już niczego kierowcy, a jedynie przekazywały informacje o pracy silnika. Ich łączna liczba w każdym samochodzie znacznie wzrosła. Kolejna dekada to walka o bezpieczeństwo w użytkowaniu maszyn, do których zaprojektowano nowe czujniki. Zostały zaprojektowane do obsługi układu przeciwblokującego i wyzwalania poduszek powietrznych podczas wypadków drogowych.

ABS

Ten system ma zapobiegać całkowitemu blokowaniu kół podczas hamowania. Dlatego urządzenie koniecznie zawiera czujniki prędkości kół. Ich projekty są różne. Są pasywni lub aktywni.

• Czujniki pasywne to głównie czujniki indukcyjne. Sam czujnik składa się ze stalowego rdzenia i cewki z duża liczba zwoje cienkiego emaliowanego drutu miedzianego. Aby spełniał swoje funkcje, na napęd koła lub piastę wciskany jest stalowy pierścień zębaty. A czujnik jest zamocowany tak, że gdy koło się obraca, zęby przechodzą w pobliżu rdzenia i indukują impulsy elektryczne w cewce. Ich częstotliwość powtarzania będzie proporcjonalna do prędkości obrotowej koła. Zaletami tego typu urządzenia są: prostota, brak zasilania i niski koszt. Ich wadą jest zbyt mała amplituda impulsu przy prędkościach do 7 km/h.

• Aktywne, które są dwojakiego rodzaju. Niektóre są oparte na dobrze znanym efekcie Halla. Inne są magnetorezystancyjne oparte na zjawisku o tej samej nazwie. Efekt magnetorezystancyjny polega na zmianie rezystancji elektrycznej półprzewodnika po wejściu w pole magnetyczne. Oba typy czujników aktywnych charakteryzują się wystarczającą amplitudą impulsów przy wszystkich prędkościach. Ale ich struktura jest bardziej skomplikowana, a koszt jest wyższy niż pasywnych. A fakt, że potrzebują jedzenia, nie jest zaletą.

System smarowania

Czujniki samochodowe, które kontrolują parametry tego systemu, są trzech typów:

Chłodzenie silnika

Samochód z silnikiem gaźnikowym został wyposażony w dwa czujniki temperatury. Jeden z nich włączył elektryczny wentylator chłodnicy, aby utrzymać temperaturę roboczą. Urządzenie wskazujące pobierało odczyty z drugiego. Układ chłodzenia nowoczesnego samochodu wyposażonego w elektroniczną jednostkę sterującą silnika (ECU) ma również dwa czujniki temperatury. Jeden z nich wykorzystuje wskaźnik temperatury płynu chłodzącego w zestawie wskaźników. Do działania ECU wymagany jest kolejny czujnik termiczny. Ich urządzenie nie różni się zasadniczo. Oba są termistorami NTC. Oznacza to, że ich rezystancja maleje wraz ze spadkiem temperatury.

Droga dolotowa

• Czujnik masowego przepływu powietrza (DMRV). Zaprojektowany do określania objętości powietrza wchodzącego do butli. Jest to konieczne do obliczenia ilości paliwa potrzebnego do wytworzenia zbilansowanej mieszanki paliwowo-powietrznej. Węzeł składa się z panien wykonanych z platyny, przez które przepływa prąd elektryczny. Jeden z nich znajduje się w strumieniu powietrza wpadającym do silnika. Druga, referencyjna, jest na uboczu. Przepływające przez nie prądy są porównywane w ECU. Różnica między nimi określa objętość powietrza wchodzącego do silnika. Czasami, dla większej dokładności, brana jest pod uwagę temperatura powietrza.

• Czujnik ciśnienia bezwzględnego kolektora dolotowego, zwany także czujnikiem MAP. Służy do określania objętości powietrza wchodzącego do butli. Może stanowić alternatywę dla czujnika masowego przepływu powietrza do silników z turbodoładowaniem. Urządzenie składa się z korpusu i ceramicznej membrany z napyloną warstewką tensorystyczną. Objętość ciała jest podzielona na 2 części przez przeponę. Jedna z nich jest zapieczętowana, a powietrze jest z niej ewakuowane. Drugi jest połączony rurką z kolektorem dolotowym, więc ciśnienie w nim jest równe ciśnieniu powietrza pompowanego do silnika. Pod wpływem tego ciśnienia membrana odkształca się, co zmienia opór folii na niej. Opór ten charakteryzuje bezwzględne ciśnienie powietrza w kolektorze.
• Czujnik położenia przepustnicy (TPS). Wyprowadza sygnał proporcjonalny do kąta otwarcia przepustnicy. Jest to w istocie rezystor zmienny. Jego stałe styki są połączone z masą i napięciem odniesienia. A z ruchomej, połączonej mechanicznie z osią przepustnicy, napięcie wyjściowe jest usuwane.

System wydechowy

Czujnik tlenu. To urządzenie odgrywa rolę sprzężenie zwrotne utrzymanie prawidłowego stosunku powietrza i paliwa w komorach spalania. Jego działanie opiera się na zasadzie działania ogniwa galwanicznego ze stałym elektrolitem. Ten ostatni to ceramika na bazie cyrkonu. Elektrody struktury są platynowe po obu stronach ceramiki. Urządzenie rozpoczyna pracę po podgrzaniu do temperatury 300 do 400 ◦C.

Rozgrzewam się do takich wysoka temperatura zwykle występuje w przypadku gorących spalin lub elementu grzejnego. Taki reżim temperaturowy jest konieczne, aby wystąpiło przewodnictwo ceramicznego elektrolitu. Obecność niespalonego paliwa w spalinach silnika jest przyczyną pojawienia się różnicy potencjałów na elektrodach czujnika. Pomimo tego, że wszyscy przywykli nazywać to urządzenie czujnikiem tlenu, to raczej czujnik niespalonego paliwa. Ponieważ pojawienie się sygnału wyjściowego następuje, gdy jego powierzchnia styka się nie z tlenem, ale z parą paliwa.

Inne czujniki

Przede wszystkim konieczne jest rozróżnienie pojęć „czujnik” i „czujnik”. Czujnik jest tradycyjnie rozumiany jako urządzenie zdolne do konwersji działania wejściowego dowolnego wielkość fizyczna w sygnał dogodny do wykorzystania w przyszłości. Obecnie istnieje szereg wymagań dla nowoczesnych czujników:

• Jednoznaczna zależność wartości wyjściowej od wartości wejściowej.
• Stabilne odczyty niezależnie od czasu użytkowania.
• Wysoki wskaźnik czułości.
• Mały rozmiar i niewielka waga.
• Brak wpływu czujnika na kontrolowany proces.
• Umiejętność pracy w różnych warunkach.
• Kompatybilny z innymi urządzeniami.

Każdy czujnik zawiera następujące elementy: element czuły i urządzenie sygnalizacyjne. W niektórych przypadkach można dodać wzmacniacz i selektor sygnału, ale często nie są one potrzebne. Elementy składowe czujnika określają również zasadę jego dalszej pracy. W tym momencie, gdy w obiekcie obserwacji zachodzą jakiekolwiek zmiany, są one utrwalane przez czuły element. Zaraz po tym zmiany są wyświetlane na komunikatorze, którego dane są obiektywne i informacyjne, ale nie mogą być przetwarzane automatycznie.

Ryż. 22.

Przykładem najprostszego czujnika jest termometr rtęciowy. Jako czuły pierwiastek wykorzystywany jest rtęć, skala temperatury działa jako urządzenie sygnalizacyjne, a przedmiotem obserwacji jest temperatura. Ważne jest jednak, aby zrozumieć, że odczyty czujnika to zestawy danych, a nie informacje. Nie są one przechowywane w pamięci zewnętrznej ani wewnętrznej i nie nadają się do automatycznego przetwarzania, przechowywania i przesyłania.

Wszystkie czujniki wykorzystywane przez różne rozwiązania technologiczne z dziedziny IoT można podzielić na kilka kategorii. Jedna z najwygodniejszych klasyfikacji opiera się na celu urządzeń „3:

• czujniki obecności i ruchu;
• detektory położenia, przemieszczenia i poziomu;
• czujniki prędkości i przyspieszenia;
• czujniki siły i dotyku;
• czujniki ciśnienia;
• przepływomierze;
• czujniki akustyczne;
• czujniki wilgotności;
• detektory światła;
• czujniki temperatury;
• czujniki chemiczne i biologiczne.

Działanie czujników bardzo różni się od działania czujników. Przede wszystkim należy zastanowić się nad definicją pojęcia „czujnik”. Czujnik to urządzenie zdolne do przekształcania zmian zachodzących w obiekcie obserwacji na sygnał informacyjny nadający się do dalszego przechowywania, przetwarzania i przesyłania.

Schemat działania czujnika jest zbliżony do łańcucha typowego dla czujnika. W pewnym sensie czujnik można interpretować jako czujnik ulepszony, ponieważ jego strukturę można wyrazić w postaci „elementów czujnika” + „jednostka przetwarzania informacji”. Schemat funkcjonalny czujnika jest następujący.

Ryż. 23.

W tym przypadku klasyfikacja czujników według celu jest równoważna tej samej klasyfikacji czujników. Często czujniki i czujniki mogą mierzyć tę samą wartość na tym samym obiekcie, ale czujniki będą wyświetlać dane, a czujniki również przekształcą je na sygnał informacyjny.

Ponadto istnieje specjalny rodzaj czujnika, który warto rozważyć, aby zrozumieć koncepcję Internetu Rzeczy. Są to tzw. czujniki „inteligentne”, schemat funkcjonalny co jest uzupełnione obecnością algorytmów do pierwotnego przetwarzania zebranych informacji. Zatem konwencjonalny czujnik jest w stanie przetwarzać dane i dostarczać je w formie informacji, a „inteligentny” czujnik jest w stanie wykonywać dowolne działania z niezależnie przechwyconymi informacjami z otoczenie zewnętrzne.

W przyszłości można spodziewać się poważnego rozwoju ZO-sensorów, które będą w stanie z dużą dokładnością skanować otaczającą przestrzeń i konstruować jej wirtualny model. Tak więc w tej chwili czujnik Capri 3D jest w stanie wykrywać ruchy ludzi i ich charakterystykę metryczną.

terystyka. Ponadto czujnik ten może skanować obiekt w środowisku zewnętrznym i zapisywać informacje w pliku EPS w celu dalszego wysłania do druku na drukarce GE.

Ryż. 24. Czujnik 3D Capri podłączony do Samsung Nexus 10

Na szczególną uwagę zasługuje rozwój urządzeń łączących kilka czujników jednocześnie. różne rodzaje... Jak wspomniano w punkcie 2.2.1, w celu zdobycia wiedzy, informacji o: różne cechy obiekt. A zastosowanie różnych czujników pozwala uzyskać niezbędne informacje. W pewnym sensie takie urządzenia faktycznie potrafią rozpoznawać ludzi. Przykładem takiego urządzenia jest bezprzewodowy kontroler Kinekt stosowany we współczesnych grach wideo.

Czujnik koloru emitera podczerwieni

Promień mikrofonu

Ryż. 25. Urządzenie kontrolera bezprzewodowego Kinekt 57

Kontroler Kinekt zawiera jednocześnie kilka elementów: emiter podczerwieni; odbiornik podczerwieni; kamera kolorowa;

zestaw 4 mikrofonów i procesor sygnału audio; środki korekcji przechyłu.

Zasada działania sterownika Klpek! wystarczająco proste. Promienie emitowane z nadajnika podczerwieni są odbijane i trafiają do odbiornika podczerwieni. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie informacji o położeniu przestrzennym osoby grającej w grę wideo. Kamera jest w stanie przechwytywać różne dane kolorystyczne, a mikrofony są w stanie odbierać polecenia głosowe gracza. Dzięki temu kontroler jest w stanie zebrać wystarczającą ilość informacji o osobie, aby móc sterować grą za pomocą ruchów lub poleceń głosowych.

W pewnym sensie kontroler Ktek! należy do dziedziny technologii IoT. Potrafi zidentyfikować gracza, zbierać informacje o nim i przenosić na inne urządzenia (konsola do gier). Jednak podobny zestaw czujników może potencjalnie znaleźć zastosowanie w innych obiecujących dla koncepcji Internetu Rzeczy obszarach, w tym we wdrażaniu technologii inteligentnego domu.

Indukcyjny czujnik zbliżeniowy. Wygląd zewnętrzny

W elektronice przemysłowej bardzo szeroko stosowane są czujniki indukcyjne i inne.

Artykuł będzie recenzją (jak kto woli popularnonaukową). Zawiera prawdziwe instrukcje dotyczące czujników i linki do przykładów.

Rodzaje czujników

Czym więc jest ogólnie czujnik. Czujnik to urządzenie, które emituje określony sygnał, gdy wystąpi określone zdarzenie. Innymi słowy, pod pewnymi warunkami czujnik jest aktywowany, a na jego wyjściu pojawia się sygnał analogowy (proporcjonalny do działania wejścia) lub dyskretny (binarny, cyfrowy, czyli dwa możliwe poziomy).

Dokładniej możemy spojrzeć na Wikipedię: Czujnik (czujnik) to pojęcie stosowane w układach sterowania, przekształtnik pierwotny, element urządzenia pomiarowego, sygnałowego, regulacyjnego lub sterującego systemu, który przekształca kontrolowaną wartość na wygodny w użyciu sygnał.

Jest też sporo innych informacji, ale mam własną, inżyniersko-elektroniczną wizję zagadnienia.

Istnieje wiele różnych czujników. Wymienię tylko te typy czujników, z którymi elektryk i elektronik ma do czynienia.

Indukcyjny. Jest aktywowany przez obecność metalu w strefie wyzwalania. Inne nazwy to czujnik zbliżeniowy, czujnik położenia, indukcyjny, czujnik obecności, przełącznik indukcyjny, czujnik zbliżeniowy lub przełącznik. Znaczenie jest takie samo i nie należy go mylić. Po angielsku mówią „czujnik zbliżeniowy”. W rzeczywistości jest to czujnik metalowy.

Optyczny. Inne nazwy to fotoczujnik, czujnik fotoelektryczny, przełącznik optyczny. Są one również używane w życiu codziennym, nazywane są „czujnikiem światła”

Pojemnościowy. Wyzwala obecność prawie każdego przedmiotu lub substancji w polu działania.

Ciśnienie... Brak ciśnienia powietrza lub oleju - sygnał do sterownika lub przerwy. To jest dyskretne. Może to być czujnik z wyjściem prądowym, którego prąd jest proporcjonalny do ciśnienia bezwzględnego lub różnicy ciśnień.

Wyłączniki krańcowe(czujnik elektryczny). Jest to normalny przełącznik pasywny, który jest uruchamiany, gdy obiekt przejedzie nad nim lub go popchnie.

Czujniki można również nazwać czujniki lub inicjatorzy.

Na razie wystarczy, przejdźmy do tematu artykułu.

Czujnik indukcyjny jest dyskretny. Sygnał na jego wyjściu pojawia się, gdy w określonej strefie znajduje się metal.

Czujnik zbliżeniowy oparty jest na generatorze z cewką indukcyjną. Stąd nazwa. Kiedy w polu elektromagnetycznym cewki pojawia się metal, to pole zmienia się drastycznie, co wpływa na działanie obwodu.

Pole czujnika indukcyjnego. Metalowa płytka zmienia częstotliwość rezonansową obwodu oscylacyjnego

Obwód czujnika indukcyjnego npn. Pokazano schemat funkcjonalny, na którym: generator z obwodem oscylacyjnym, urządzenie progowe (komparator), tranzystor wyjściowy NPN, ochronne diody Zenera i diody

Większość zdjęć w artykule nie jest moja, na koniec możesz pobrać źródła.

Zastosowanie czujnika indukcyjnego

Indukcyjne czujniki zbliżeniowe są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej do określania położenia określonej części mechanizmu. Sygnał z wyjścia czujnika może trafić na wejście sterownika, przetwornicy częstotliwości, przekaźnika, rozrusznika i tak dalej. Jedynym warunkiem jest zgodność z prądem i napięciem.

Działanie czujnika indukcyjnego. Flaga przesuwa się w prawo, a gdy dotrze do strefy czułości czujnika, czujnik zostanie wyzwolony.

Nawiasem mówiąc, producenci czujników ostrzegają, że nie zaleca się podłączania żarówki żarowej bezpośrednio do wyjścia czujnika. Już pisałem o przyczynach -.

Charakterystyka czujników indukcyjnych

Jaka jest różnica między czujnikami.

Prawie wszystko, co zostało powiedziane poniżej, dotyczy nie tylko indukcyjności, ale także czujniki optyczne i pojemnościowe,.

Budowa, typ nadwozia

Istnieją dwie główne opcje - cylindryczny i prostokątny... Inne obudowy są rzadko używane. Materiał korpusu - metal (różne stopy) lub plastik.

Średnica miernika cylindrycznego

Podstawowe wymiary - 12 i 18 mm... Inne średnice (4, 8, 22, 30 mm) są rzadko stosowane.

Do zamocowania czujnika 18 mm potrzebne są 2 klucze 22 lub 24 mm.

Odległość przełączania (przerwa robocza)

Jest to odległość do metalowej płytki, przy której gwarantowana jest niezawodna odpowiedź czujnika. Dla czujników miniaturowych odległość ta wynosi od 0 do 2 mm, dla czujników o średnicy 12 i 18 mm - do 4 i 8 mm, dla czujników dużych - do 20...30 mm.

Liczba przewodów do podłączenia

Dotarcie do obwodów.

2-przewodowy. Czujnik jest podłączony bezpośrednio do obwodu obciążenia (na przykład cewka rozruchowa). Tak jak zapalamy światło w domu. Wygodny w instalacji, ale kapryśny w stosunku do obciążenia. Słabo pracują zarówno przy wysokiej, jak i niskiej rezystancji obciążenia.

Czujnik 2-przewodowy. Diagram połączeń

Obciążenie można podłączyć do dowolnego przewodu, dla stałego napięcia ważne jest przestrzeganie biegunowości. W przypadku czujników zaprojektowanych do pracy z napięciem przemiennym ani podłączenie obciążenia, ani polaryzacja nie mają znaczenia. Nie musisz w ogóle myśleć o tym, jak je połączyć. Najważniejsze jest zapewnienie prądu.

3-przewodowy. Najpopularniejszy. Są dwa przewody do zasilania i jeden do obciążenia. Więcej powiem ci osobno.

4- i 5-przewodowy. Jest to możliwe, gdy do obciążenia wykorzystywane są dwa wyjścia (np. PNP i NPN (tranzystor) lub przełączające (przekaźnik) Piąty przewód - wybór trybu pracy lub stanu wyjścia.

Rodzaje wyjść czujników według polaryzacji

Wszystkie czujniki dyskretne mogą mieć tylko 3 rodzaje wyjść, w zależności od kluczowego elementu (wyjścia):

Przekaźnik. Tutaj wszystko jest jasne. Przekaźnik przełącza wymagane napięcie lub jeden z przewodów zasilających. Zapewnia to całkowitą izolację galwaniczną od obwodu zasilania czujnika, co jest główną zaletą takiego obwodu. Czyli niezależnie od napięcia zasilania czujnika można włączać/wyłączać obciążenie dowolnym napięciem. Stosowany jest głównie w czujnikach o dużych rozmiarach.

Tranzystor PNP. To jest czujnik PNP. Wyjściem jest tranzystor PNP, to znaczy przewód dodatni jest przełączany. Obciążenie jest na stałe podłączone do minusa.

Tranzystor NPN.Wyjściem jest tranzystor NPN, to znaczy przewód „ujemny” lub neutralny jest przełączany. Obciążenie jest na stałe podłączone do „plusa”.

Możesz wyraźnie poznać różnicę, rozumiejąc zasadę działania i obwód przełączający tranzystorów. Ta zasada pomoże: Tam, gdzie jest podłączony emiter, ten przewód jest przełączany. Drugi przewód jest na stałe podłączony do obciążenia.

Poniżej zostaną podane obwody przełączania czujników, co wyraźnie pokaże te różnice.

Rodzaje czujników według stanu wyjścia (NC i NO)

Niezależnie od czujnika jednym z jego głównych parametrów jest stan elektryczny wyjścia w momencie, gdy czujnik nie jest aktywowany (nie ma na to żadnego wpływu).

Wyjście w tym momencie może być włączone (obciążenie jest zasilane) lub wyłączone. W związku z tym mówią - styk normalnie zamknięty (normalnie zamknięty, NC) lub styk normalnie otwarty (NO). W sprzęcie zagranicznym odpowiednio - NC i NO.

Oznacza to, że najważniejszą rzeczą, którą musisz wiedzieć o wyjściach tranzystorowych czujników, jest to, że mogą być ich 4 rodzaje, w zależności od polaryzacji tranzystora wyjściowego i początkowego stanu wyjścia:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NR
• NPN NC

Pozytywna i negatywna logika pracy

Pojęcie to odnosi się raczej do elementów wykonawczych, które są połączone z czujnikami (sterownikami, przekaźnikami).

Logika NEGATYWNA lub DODATNIA odnosi się do poziomu napięcia, który aktywuje wejście.

Logika NEGATYWNA: wejście kontrolera jest aktywowane (logika „1”) po podłączeniu do MASY. Zacisk S/S kontrolera (wspólny przewód dla wejść cyfrowych) musi być podłączony do +24 VDC. Logika ujemna jest stosowana w czujnikach typu NPN.

Logika POSITIVE: wejście jest aktywowane po podłączeniu do +24 VDC. Zacisk kontrolera S/S musi być podłączony do MASY. Użyj logiki dodatniej dla czujników PNP. Najczęściej używana jest logika pozytywna.

Są opcje dla różnych urządzeń i podłączenia do nich czujników, zapytaj w komentarzach, pomyślimy o tym razem.

Kontynuacja artykułu -. W drugiej części podano rzeczywiste obwody i rozważono praktyczne zastosowanie. różne rodzaje czujniki z wyjściem tranzystorowym.