Elektronické senzory. Hlavné typy snímačov a ich účel Je snímač

V automatizačných systémoch je snímač určený na prevod riadenej alebo riadenej hodnoty (parametra riadeného objektu) na výstupný signál, vhodnejší pre ďalší pohyb informácií. Preto sa snímač často nazýva prevodník, aj keď tento pojem je príliš všeobecný, pretože akýkoľvek prvok automatizácie a telemechaniky, ktorý má vstup a výstup, je do určitej miery prevodníkom.

V najjednoduchšom prípade snímač vykoná iba jednu transformáciu Y = f (X), ako sú sily v posuve (v pružine), alebo teplota v elektromotorickej sile (v termočlánku) atď. Tento typ snímača je tzv snímače priamej konverzie. V mnohých prípadoch však nie je možné priamo ovplyvniť vstupnú veličinu X na požadovanú vstupnú veličinu U (ak je takéto spojenie nevyhovujúce alebo nedáva požadované vlastnosti). V tomto prípade sa vykonávajú sekvenčné transformácie: so vstupnou hodnotou X pôsobia na medziprodukt Z a s hodnotou Z - na požadovanú hodnotu Y:

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

Výsledkom je funkcia, ktorá spája X s Y:

Y = f2 = F (X).

Počet takýchto sekvenčných transformácií môže byť viac ako dve a v všeobecný prípad funkčné spojenie medzi Y a X môže prechádzať cez množstvo medziľahlých hodnôt:

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

Senzory s takýmito závislosťami sa nazývajú snímače so sériovou konverziou. Všetky ostatné časti sú tzv medziľahlé orgány... V senzore s dvomi prevodmi nie sú žiadne medziľahlé orgány, má len snímanie a aktuátor. Často jeden a ten istý konštrukčný prvok vykonáva funkcie niekoľkých orgánov. Napríklad elastická membrána slúži ako prijímací orgán (premena tlaku na silu) a výkonný orgán (premena sily na posun).

Klasifikácia senzorov.

Výnimočná rozmanitosť senzorov používaných v modernej automatizácii si vyžaduje ich klasifikáciu. V súčasnosti sú známe nasledujúce typy snímačov, ktoré je najvhodnejšie klasifikovať podľa vstupnej hodnoty, ktorá prakticky zodpovedá princípu činnosti:

Názov snímača

Vstupná hodnota

Mechanický

Pohyb tuhého tela

Elektrický

Elektrické množstvo

Hydraulické

Prenos tekutín

Pneumatické

Pohyb plynu

Termálne

Optika

Veľkosť svetla

Akustické

Zvuková hodnota

Rádiová vlna

Rádiové vlny

Jadrové žiarenie

Uvažujú sa tu najbežnejšie snímače, v ktorých je aspoň jedna z hodnôt (vstup alebo výstup) elektrická.

Snímače sa vyznačujú aj rozsahom vstupného signálu. Napríklad niektoré elektrické snímače teploty sú určené na meranie teplôt od 0 do 100 ° C, zatiaľ čo iné - od 0 do 1600 ° C. Je veľmi dôležité, aby rozsah variácie výstupného signálu bol rovnaký (zjednotený) pre rôzne zariadenia. Zjednotenie výstupných signálov snímačov umožňuje použitie spoločných zosilňovacích a akčných prvkov pre rôzne automatizačné systémy.

Elektrické snímače patria medzi najdôležitejšie prvky automatizačných systémov. Pomocou snímačov sa sledovaná alebo regulovaná hodnota prevádza na signál, v závislosti od zmeny ktorej prebieha celý proces regulácie. Najrozšírenejšie v automatizácii sú snímače s elektrickým výstupným signálom. Vysvetľuje sa to predovšetkým pohodlnosťou prenosu elektrického signálu na diaľku, jeho spracovaním a schopnosťou premeniť elektrickú energiu na mechanická práca... Okrem elektrických sa rozšírili mechanické, hydraulické a pneumatické snímače.

Elektrické snímače sa v závislosti od princípu ich premeny delia na dva typy - modulátory a generátory.

V modulátoroch (parametrických snímačoch) vstupná energia ovplyvňuje pomocný elektrický obvod, mení jeho parametre a moduluje hodnotu a charakter prúdu alebo napätia z externého zdroja energie. To súčasne zosilňuje signál prijatý na vstupe snímača. Prítomnosť externého zdroja energie je predpokladom činnosti snímačov - modulátorov.

Ryža. 1. Funkčné bloky snímača - modulátora (a) a snímača - generátora (b).

Modulácia sa vykonáva zmenou jedného z troch parametrov - ohmický odpor, indukčnosť, kapacita. Podľa toho sa rozlišuje medzi skupinami ohmických, indukčných a kapacitných snímačov.

Každú z týchto skupín možno rozdeliť na podskupiny. Takže najrozsiahlejšiu skupinu ohmických snímačov možno rozdeliť do podskupín: tenzometre, potenciometre, termistory, fotorezistory. Druhá podskupina zahŕňa možnosti pre indukčné snímače, magnetoelastické a transformátorové. Tretia podskupina združuje rôzne typy kapacitných snímačov.

Druhý typ je, že generátory sú jednoducho prevodníky. Sú založené na výskyte elektromotorickej sily pod vplyvom rôznych procesov spojených s riadenou hodnotou. Vznik takejto elektromotorickej sily môže nastať napríklad v dôsledku elektromagnetickej indukcie, termoelektriky, piezoelektriky, fotoelektriky a iných javov, ktoré spôsobujú oddeľovanie elektrických nábojov. Podľa týchto javov sa generátorové snímače delia na indukčné, termoelektrické, piezoelektrické a fotoelektrické.

Existujú aj skupiny elektrických, elektrostatických snímačov, Hallových snímačov atď.

Potenciometrické a tenzometrické snímače.

Potenciometrické snímače sa používajú na prevod uhlových alebo lineárnych posunov na elektrický signál. Potenciometrický snímač je premenlivý odpor, ktorý je možné zapnúť podľa obvodu reostatu alebo podľa obvodu potenciometra (deliča napätia).

Konštrukčne je potenciometrický snímač elektromechanické zariadenie (obr. 2-1), ktoré pozostáva z rámu 1 s tenkým drôtom navinutým na ňom (vinutie) vyrobeným zo zliatin s vysokým odporom, klzného kontaktu - kefy 2 a vodiča 3 vyrobené vo forme klzného kontaktu alebo špirálovej pružiny.

Rám s navinutým drôtom je nehybne upevnený a kefa je mechanicky spojená s pohyblivou časťou operačného zosilňovača, ktorej pohyb je potrebné previesť na elektrický signál. Pri pohybe kefy sa mení aktívny odpor Rx časti drôtu medzi kefou a jednou zo svoriek vinutia snímača.

V závislosti od spínacieho obvodu snímača môže byť pohyb prevedený na zmenu aktívneho odporu alebo prúdu (pri sekvenčnom spínacom obvode) alebo na zmenu napätia (pri zapnutí podľa obvodu deliča napätia). Presnosť prevodu pri sériovom zapojení je výrazne ovplyvnená zmenou odporu spojovacích vodičov, prechodového odporu medzi kefkou a vinutím snímača.

V automatizačných zariadeniach sa častejšie používa zahrnutie potenciometrických snímačov podľa schémy deliča napätia. Pri jednosmernom pohybe pohyblivej časti OS sa používa jednocyklový spínací obvod, ktorý dáva nevratnú statickú charakteristiku. Pri obojstrannom pohybe sa používa spínacia schéma push-pull, ktorá dáva reverzibilnú charakteristiku (obr. 2-2).

Existuje niekoľko typov potenciometrických snímačov v závislosti od konštrukcie a funkčného zákona, ktorý spája výstup snímača s pohybom kefy.



Lineárne potenciometrické snímače.

Majú rovnakú časť rámu po celej dĺžke. Priemer drôtu a stúpanie vinutia sú konštantné. V režime naprázdno (pri zaťažení Rn → ∞ a I → 0) je výstupné napätie lineárneho potenciometrického snímača Uout úmerné pohybu kefy x: Uout = (U0 / L) x, kde U0 je snímač napájacie napätie; l je dĺžka vinutia. Napájacie napätie snímača U0 a dĺžka vinutia L sú konštantné hodnoty, teda v konečnom tvare: Uout = kx, kde k = U0 / L je koeficient prenosu.



Funkčné potenciometrické snímače.

Majú funkčný nelineárny vzťah medzi pohybom kefy a výstupným napätím: Uout = f (x). Často sa používajú funkčné potenciometre s trigonometrickou, mocninovou alebo logaritmickou charakteristikou. Funkčné potenciometre sa používajú v analógových automatických výpočtových zariadeniach, v plavákových hladinomeroch pre nádrže komplexu geometrický tvar Môžete získať požadovanú funkčnú závislosť pre potenciometrické snímače rôzne metódy: zmenou výšky rámu potenciometra (plynule alebo stupňovito), posunutím sekcií vinutia potenciometra s odpormi.

Viacotáčkové potenciometrické snímače.

Ide o konštruktívnu variáciu lineárnych potenciometrických snímačov s uhlovým pohybom kefy. Pri viacotáčkových snímačoch sa kefka musí niekoľkokrát otočiť o uhol 360°, aby sa posunula na celú dĺžku vinutia L. Výhody viacotáčkových snímačov sú vysoká presnosť, nízky prah citlivosti, malé rozmery, nevýhody - relatívne veľký trecí moment, zložitosť konštrukcie, prítomnosť niekoľkých klzných kontaktov

a ťažkosti pri použití vo vysokorýchlostných systémoch.

Potenciometrické snímače z kovového filmu.

Toto je sľubný nový dizajn pre potenciometrické snímače. Ich rám je

sklenená alebo keramická platňa, na ktorej je nanesená tenká vrstva (niekoľko mikrometrov) kovu s vysokým odporom. Signál je snímaný z kovovo-vrstvových potenciometrických snímačov so sintrovanými kefkami. Zmena šírky kovového filmu alebo jeho hrúbky umožňuje získať lineárnu alebo nelineárnu charakteristiku potenciometrického snímača bez zmeny jeho konštrukcie. Spracovaním elektronického alebo laserového lúča je možné automaticky nastaviť odpor snímača a jeho charakteristiky na zadané hodnoty. Rozmery kovovo-vrstvových potenciometrických snímačov sú oveľa menšie ako drôtové a prah citlivosti je prakticky nulový kvôli absencii závitov vinutia.

Pri hodnotení potenciometrických snímačov je potrebné poznamenať, že majú významné výhody aj veľké nevýhody. Ich výhody sú: jednoduchosť dizajnu; vysoký stupeň výstupný signál (napätie - až niekoľko desiatok voltov, prúd - až niekoľko desiatok miliampérov); schopnosť pracovať na jednosmernom aj striedavom prúde. Ich nevýhody sú: nedostatočne vysoká spoľahlivosť a obmedzená životnosť v dôsledku prítomnosti klzného kontaktu a odierania vinutia; vplyv na charakteristiku odolnosti proti zaťaženiu; straty energie v dôsledku straty výkonu aktívnym odporom vinutia; pomerne veľký krútiaci moment potrebný na otáčanie pohyblivej časti snímača pomocou kefy.

    Moderné autá sú vybavené veľkým množstvom senzorov, ktorých účel a princíp fungovania nie sú každému motoristovi jasné. Pokúsme sa pochopiť tento problém.

    Senzor hmotnostného prietoku vzduchu

    Účelom snímača hmotnostného prietoku vzduchu (MAF) je monitorovať činnosť pohonnej jednotky počas generovania systémom elektrické napätie cez vzduch vstupujúci do motora.

    Na základe údajov zozbieraných snímačom je vybudovaná najproduktívnejšia prevádzka motora, pri ktorej prúdenie vzduchu do valcov umožňuje jeho bezproblémovú premenu na elektrický prúd.

    Pracovná časť snímača - platinový závit - je citlivý anemometer. Zohrieva sa na konštantnú teplotu, ktorú udržiava termostat a elektronická riadiaca jednotka.

    Prúd vzduchu prechádzajúci cez snímač niť ochladzuje, potom riadiaci modul systému zvyšuje prívod prúdu do nej, v dôsledku čoho sa teplota ohrevu nite stále zvyšuje, až kým nedosiahne svoju konštantnú hodnotu. Z toho vyplýva, že sila prúdu potrebného na zahriatie vlákna závisí výlučne od rýchlosti prúdenia vzduchu cez snímač. A už cez sekundárny menič v systéme snímačov sa generuje elektrické napätie.

    Počas prevádzky sa na vlákne snímača hromadia rôzne usadeniny, ktoré ho znečisťujú a zhoršujú vlastnosti celého zariadenia.

    Efektívne čistenie vlákna je možné iba spaľovaním pulzným prúdom s teplotou rádovo 1 000 stupňov.

    Je však prísne zakázané umývať špinavý platinový závit snímača roztokmi obsahujúcimi éterové alebo ketónové zlúčeniny, pretože:

    Má škodlivý účinok na zlúčeninu;

    Majú schopnosť ochladzovať kryštál, v dôsledku čoho sa poškodzuje jeho štruktúra;

    Z povrchu kryštálu (ochranná polymérna vrstva v jeho strede) sa zmyje takzvaná maska.

    Závit senzora by ste sa ani nemali pokúšať umývať rôznymi rozpúšťadlami a aerosólmi s obsahom acetónu a etylu, taktiež závit anemometra nečistite vatou namočenou v benzíne, namotanou okolo zápalky alebo drevenou tyčinkou. Takéto manipulácie neprinesú žiadny účinok, ale len zhoršia prácu DMRV.

    VD-40 je možné použiť ako splachovací prostriedok, ale stojí za zváženie, že obsahuje motorovú naftu a kyslé zlúčeniny. "Vadashka" sa dobre umýva, ale zanecháva na povrchu špecifický film, ktorý je potrebné odstrániť pre normálnu prevádzku snímača. Je lepšie ho umyť alkoholovými zlúčeninami (destilovaná voda a akýkoľvek alkohol). Ako ukázala prax, na tento účel je najvhodnejší izopropylalkohol. Najúčinnejšie bude umývanie kryštálov pomocou bežnej lekárskej striekačky s ihlou malého priemeru. Pred preplachovaním je potrebné snímač a preplachovaciu kvapalinu zahriať, napríklad teplovzdušnou pištoľou.

    Senzor ovládania polohy škrtiacej klapky

    Tento prvok je inštalovaný na bloku škrtiacej klapky vedľa ovládača a je určený na ovládanie polohy plynového pedálu. Stojí za zmienku, že pri umývaní pohonnej jednotky by ste mali byť veľmi opatrní, aby ste nepoškodili tento snímač.

    Napriek tomu, že snímač škrtiacej klapky je navrhnutý na nepretržité používanie, stále niekedy zlyhá, zlyhá. Jeho porucha je signalizovaná zvýšenými voľnobežnými otáčkami, trhaním a nestabilným chodom motora počas jazdy.

    Senzor klopania

    Nachádza sa na hlave valcov medzi valcami (II a III). V závislosti od konštrukčných prvkov sa rozlišujú tieto typy týchto prvkov:

    Širokopásmové pripojenie (prezentované ako tablet);

    Rezonančné (vyzerá ako sud).

    Tieto snímače nie sú zameniteľné, to znamená, že ak jeden zlyhá, nie je možné ho nahradiť iným typom.

    Životnosť prvku je obrovská. Jediné, čo je potrebné, je pravidelne čistiť kontakty konektora pred oxidáciou. Tento snímač funguje na princípe piezo zapaľovača. To znamená, že so zvyšujúcou sa úrovňou detonácie sa elektrické napätie začína zvyšovať.

    Senzor meria úroveň klepania v pohonnej jednotke a v závislosti od toho riadi časovanie zapaľovania. V prípade zvýšenej detonácie bude zapálenie oneskorené. Ak snímač prestane fungovať, motor začne pracovať nesprávne a spotreba paliva sa zvýši.

    Má šesťhrannú štruktúru, vo vnútri ktorej sa nachádza špeciálny piezoelektrický prvok, ktorý pôsobením zvukových vibrácií na jeho telo generuje elektromotorickú silu. Ukazuje sa, že snímač klepania je akýmsi vysielačom zvukových vibrácií, vďaka čomu sú procesy prebiehajúce vo vnútri motora dostupné jednotke EFI.

    Dutiny medzi krytom a piezoelektrickým prvkom snímača sú vyplnené zmesou špeciálneho zloženia. Okrem ochranného účelu má zlúčenina ešte jednu vec: jej prítomnosť umožňuje vyvinúť amplitúdovo-frekvenčnú charakteristiku čo najbližšie k frekvencii detonačných procesov vo vnútri pohonnej jednotky.

    Keď dôjde k klepaniu vo vnútornom priestore motora, snímač zmeria jeho úroveň a odošle signál jednotke EFI, ktorá automaticky nastaví časovanie zapaľovania, kým úroveň klepania neklesne alebo úplne nezmizne.

    Výsledkom je, že v dôsledku prítomnosti snímača klepania v systéme pohonnej jednotky sa vytvorí najpriaznivejšie zloženie palivovej zmesi. Takýto koncept charakterizovaný v automobilovom slangu slovným spojením „klepanie prstov“ charakterizuje poruchu snímača klepania. To výrazne znižuje výkon motora a zvyšuje spotrebu paliva.

    Senzor tlaku oleja

    Tento ovládací prvok sa nachádza v olejovom potrubí. Senzor je napájaný z elektrického systému vozidla a má indikátor na prístrojovej doske. Okrem ukazovateľa môže mať prístrojový panel regulátor tlaku oleja s indikáciou jeho hodnoty.

    Pomerne často je tento snímač monitorovacou súčasťou riadiaceho systému motora, ktorý sa pri dosiahnutí kritického tlaku oleja vypne pohonná jednotka.

    Okrem snímača tlaku oleja je možné nainštalovať snímač, ktorý monitoruje teplotu motorového oleja v systéme.

    Snímač teploty nemrznúcej zmesi

    Pri konštrukcii pohonnej jednotky zaberá tento snímač miesto medzi termostatom a hlavou valcov. Má dva kontakty a prevádzka zariadenia je založená na nasledujúcom princípe: čím nižšia je teplota motora, tým je možné získať obohatenú pracovnú zmes.

    V chladiacom systéme je snímač reprezentovaný odporom špeciálnej konštrukcie (termistor), ktorý mení svoj odpor so zmenou teploty chladiacej kvapaliny. Čím vyššia teplota, tým nižší odpor a naopak – čím nižšia teplota, tým vyšší odpor termistora. Je známe, že zmena teploty chladiacej kvapaliny ovplyvňuje výkon motora rôznymi spôsobmi.

    Jeho konštrukcia je celkom spoľahlivá. Môže zlyhať len preto, že na jeho svorkách alebo vo vnútri zariadenia nie je žiadny kontakt.

    Jeho nefunkčnosť možno posúdiť podľa spustenia ventilátora ešte v studenom stave motora, nemožnosti alebo problémov so štartovaním vyhrievanej pohonnej jednotky, zvýšenej spotreby paliva.

    Lambda sonda

    Alebo jednoduchým spôsobom – kyslíkový senzor. Jeho účelom je zistiť množstvo obsahu kyslíka vo výfukových plynoch automobilu. Tento elektrochemický prvok sa nachádza v konštrukcii tlmiča.

    Neprítomnosť kyslíka v palivovej zmesi svedčí o jej obohatení, a naopak, jej zvýšený obsah obohatenie znižuje. Preto je lambda sonda určená na vytvorenie správneho zloženia pracovná zmes... Viac o lambde sa dozviete tu.

    Olovnatý benzín nepriaznivo ovplyvní činnosť lambda sondy a v prípade poruchy je zaručená zvýšená spotreba paliva a nadbytok škodlivých zlúčenín vo výfukových plynoch auta.

    PKV snímač (poloha kľukového hriadeľa)

    Pomerne silný a spoľahlivý prvok, ktorého dizajnom je cievka drôtu s magnetickým jadrom vo vnútri. Nachádza sa v priestore remenice a číta polohu kľukového hriadeľa z rizík vyznačených na remenici. Prvok generuje signál hneď, ako sa zmení poloha ozubeného kotúča umiestneného na kľukovom hriadeli. Riadiaca jednotka na základe tohto signálu sleduje pracovné procesy prebiehajúce vo vnútri valca a riadi prísun palivovej zmesi a iskry.

    V prípade poruchy prudko klesnú prevádzkové otáčky motora a v najhoršom prípade sa pohonná jednotka úplne zastaví.

    Fázový snímač alebo snímač polohy vačkového hriadeľa (DPRV)

    Spravidla je súčasťou konštrukcie osem- a šestnásťventilových motorov, na ktorých je umiestnený bezprostredne za remenicou vačkového hriadeľa sacieho hriadeľa na vrchu hlavy bloku, a je určený na vstrekovanie paliva do jedného valca. Jeho rozpad v dôsledku zvýšenej spotreby narúša prísun palivovej zmesi, čo spôsobuje jej prudké obohatenie.

    Regulátor voľnobežných otáčok

    Nepostrádateľný prvok v konštrukcii motora, ktorý reguluje voľnobežné otáčky motora a zabezpečuje jeho stabilnú a maximálne produktívnu prevádzku. Konštrukcia zariadenia pozostáva z krokového motora s odpruženou ihlou kužeľového typu.

    Keď pohonná jednotka beží na voľnobeh, vzduch cirkuluje okolo uzavretého škrtiaceho ventilu. To je možné vďaka kužeľovej ihle snímača, ktorá reguluje priemer prierezu prídavného prívodného potrubia vzduchu. Snímač teda určuje optimálne množstvo kyslíka potrebné pre hladkú a produktívnu prevádzku jednotky.

    Umiestnenie regulátora je teleso škrtiacej klapky. Tu musíte venovať pozornosť tomu, že je pripevnený dvoma skrutkami, ktorých hlavy sú vo väčšine automobilov pokryté vrstvou laku alebo jednoducho vyvŕtané, čo predstavuje určitú prekážku pri demontáži regulátora voľnobehu. Preto je často potrebné uchýliť sa k odstráneniu telesa klapky za účelom výmeny regulátora alebo čistenia potrubia znečisteného vzduchu.

    Keďže regulátor patrí medzi výkonný typ zariadení, nie je poskytovaná jeho systémová diagnostika. Ak sa teda pokazí, na prístrojovej doske sa nemusí rozsvietiť chyba „Skontrolujte motor“.

    Jeho porucha je indikovaná nasledujúcimi faktormi:

    - "plávajúce" voľnobežné otáčky motora;

    Často sa pohonná jednotka zastaví po vypnutí prevodovky;

    Studený štart motora nie je sprevádzaný zvýšením voľnobežných otáčok, ako by malo byť;

    Nestabilita voľnobežných otáčok pri zapnutí záťaže.

    Ovládač voľnobežných otáčok je potrebné demontovať len pri odpojení batérie. Ak to chcete urobiť, vyberte z neho konektor a odskrutkujte skrutky zaisťujúce snímač. Regulátor sa inštaluje v opačnom poradí. Jediná vec, ktorú je potrebné urobiť v čase jeho inštalácie, je namazať tesnenie na prírube. Motorový olej je na to ideálny.

    Vzťah rôznych typov snímačov v systéme riadenia voľnobežných otáčok motora

    Množstvo vzduchu v motore riadi vyššie popísaný snímač DMRV a v závislosti od jeho objemu ECU vypočítava dodávku obohatenej pracovnej zmesi do motora.

    Riadiaca jednotka pomocou snímača polohy kľukového hriadeľa zisťuje otáčky motora a na základe toho riadi systém riadenia otáčok voľnobehu prívod vzduchu, pričom obchádza uzavretú škrtiacu klapku.

    Počas státia riadiaca jednotka udržiava konštantné voľnobežné otáčky na teplom motore. Ak je pohonná jednotka studená, systém ich úpravou voľnobežných otáčok zvýši, čím umožní motoru zahriať sa pri vysokých otáčkach. Vďaka tomu je povolený pohyb bez zahrievania pohonnej jednotky.

    Všetky tieto senzory sa nachádzajú na väčšine moderných automobilov a teraz bude pre vás oveľa jednoduchšie orientovať sa vo výsledkoch diagnostiky a nákupe potrebného náhradného dielu v autoservise.

Až do 70. roku minulého storočia bolo každé auto vybavené maximálne tromi snímačmi: hladina paliva, teplota chladiacej kvapaliny a tlak oleja. Boli napojené na magnetoelektrické a svetelné signalizačné zariadenia na prístrojovej doske. Ich účelom bolo len informovať vodiča o parametroch motora a množstve paliva. V tom čase bolo zariadenie automobilových senzorov veľmi jednoduché.

Ale čas plynul a v 70. rokoch toho istého storočia začali výrobcovia automobilov znižovať obsah škodlivé látky vo výfukových plynoch vychádzajúcich z ich automobilových dopravníkov. K tomu potrebné automobilové senzory už vodičovi nič nehlásili, ale iba prenášali informácie o chode motora. Ich celkový počet v každom aute výrazne vzrástol. Nasledujúce desaťročie sa nieslo v znamení boja o bezpečnosť pri používaní strojov, na to boli navrhnuté nové senzory. Boli navrhnuté tak, aby ovládali protiblokovací brzdový systém a aktivovali airbagy pri dopravných nehodách.

ABS

Tento systém je navrhnutý tak, aby zabránil úplnému zablokovaniu kolies pri brzdení. Preto zariadenie nevyhnutne obsahuje snímače rýchlosti kolies. Ich dizajny sú rôzne. Sú pasívne alebo aktívne.

    • Pasívne snímače sú väčšinou indukčné snímače. Samotný snímač pozostáva z oceľového jadra a cievky s Vysoké číslo závity tenkého smaltovaného medeného drôtu. Aby mohol vykonávať svoje funkcie, je na pohon kolesa alebo náboj nalisovaný oceľový ozubený krúžok. A snímač je upevnený tak, že keď sa koleso otáča, zuby prechádzajú blízko jadra a indukujú elektrické impulzy v cievke. Ich frekvencia opakovania bude úmerná rýchlosti otáčania kolesa. Výhody tohto typu zariadenia sú: jednoduchosť, žiadne napájanie a nízka cena. Ich nevýhodou je príliš malá amplitúda impulzu pri rýchlostiach do 7 km/h.

  • Aktívne, ktoré sú dvoch typov. Niektoré sú založené na známom Hallovom efekte. Iné sú magnetorezistívne na základe fenoménu rovnakého mena. Magnetorezistentný efekt spočíva v zmene elektrického odporu polovodiča pri jeho vstupe do magnetického poľa. Oba typy aktívnych snímačov sa vyznačujú dostatočnou amplitúdou impulzu pri všetkých rýchlostiach. Ich štruktúra je však komplikovanejšia a náklady sú vyššie ako pasívne. A to, že potrebujú jedlo, nie je výhoda.

Mazací systém

Automobilové snímače, ktoré riadia parametre tohto systému, sú troch typov:


Chladenie motora

Auto s karburátorovým motorom bolo vybavené dvoma teplotnými snímačmi. Jeden z nich zapol elektrický ventilátor chladiča, aby udržal prevádzkovú teplotu. Indikačné zariadenie snímalo údaje z druhého. Chladiaci systém moderného automobilu vybaveného elektronickou riadiacou jednotkou motora (ECU) má aj dva snímače teploty. Jeden z nich využíva ukazovateľ teploty chladiacej kvapaliny v združenom prístroji. Na fungovanie ECU je potrebný ďalší tepelný snímač. Ich zariadenie sa zásadne nelíši. Oba sú NTC termistory. To znamená, že ich odpor klesá s klesajúcou teplotou.

Nasávací trakt

  • Snímač hmotnostného prietoku vzduchu (DMRV). Určené na určenie objemu vzduchu vstupujúceho do valcov. Je to potrebné na výpočet množstva paliva potrebného na vytvorenie vyváženej zmesi vzduch-palivo. Uzol tvoria panny vyrobené z platiny, cez ktoré prechádza elektrický prúd. Jeden z nich je v prúde vzduchu vstupujúceho do motora. Tá druhá, referenčná, je vedľa nej. Prúdy prechádzajúce cez ne sa porovnávajú v ECU. Rozdiel medzi nimi určuje objem vzduchu vstupujúceho do motora. Niekedy sa pre väčšiu presnosť berie do úvahy teplota vzduchu.

  • Senzor absolútneho tlaku pre sacie potrubie, nazývaný aj senzor MAP. Používa sa na určenie objemu vzduchu vstupujúceho do valcov. Môže byť alternatívou k snímaču hmotnostného prietoku vzduchu pre turbomotory. Zariadenie sa skladá z tela a keramickej membrány s naprašovaným tenzorodným filmom. Objem tela je rozdelený na 2 časti membránou. Jeden z nich je utesnený a vzduch je z neho evakuovaný. Druhý je spojený rúrkou so sacím potrubím, takže tlak v ňom sa rovná tlaku vzduchu napumpovaného do motora. Pod vplyvom tohto tlaku sa membrána deformuje, čím sa mení odpor fólie na nej. Tento odpor charakterizuje absolútny tlak vzduchu v potrubí.
  • Snímač polohy škrtiacej klapky (TPS). Vydáva signál úmerný uhlu otvorenia vzduchovej klapky. Ide v podstate o premenlivý odpor. Jeho pevné kontakty sú spojené so zemou a s referenčným napätím. A z pohyblivého, mechanicky spojeného s osou škrtiacej klapky, je výstupné napätie odstránené.

Výfukový systém

Senzor kyslíka. Toto zariadenie zohráva úlohu spätná väzba udržiavať správny pomer vzduchu a paliva v spaľovacích komorách. Jeho práca je založená na princípe pôsobenia galvanického článku s pevným elektrolytom. Posledne menovaná je keramika na báze zirkónu. Elektródy konštrukcie sú platinové nanesené na oboch stranách keramiky. Prístroj začne pracovať po zahriatí na teplotu 300 až 400 ◦ C.

Zahrievanie na takéto vysoká teplota sa zvyčajne vyskytuje pri horúcich výfukových plynoch alebo pri vykurovacom telese. Takéto teplotný režim je nevyhnutná na to, aby došlo k vodivosti keramického elektrolytu. Prítomnosť nespáleného paliva vo výfukových plynoch motora je dôvodom vzniku potenciálneho rozdielu na elektródach snímača. Napriek tomu, že každý je zvyknutý nazývať toto zariadenie kyslíkovým senzorom, ide skôr o senzor nespáleného paliva. Pretože výstupný signál sa objaví, keď jeho povrch nie je v kontakte s kyslíkom, ale s palivovými parami.

Iné senzory


V prvom rade je potrebné rozlišovať medzi pojmami „senzor“ a „senzor“. Senzor je tradične chápaný ako zariadenie schopné konvertovať vstupnú akciu akéhokoľvek fyzikálne množstvo do signálu vhodného pre budúce použitie. V súčasnosti existuje množstvo požiadaviek na moderné snímače:

  • Jednoznačná závislosť výstupnej hodnoty od vstupnej hodnoty.
  • Stabilné hodnoty bez ohľadu na čas používania.
  • Vysoký index citlivosti.
  • Malá veľkosť a nízka hmotnosť.
  • Nedostatok vplyvu snímača na riadený proces.
  • Schopnosť pracovať v rôznych podmienkach.
  • Kompatibilné s inými zariadeniami.

Každý snímač obsahuje nasledujúce prvky: citlivý prvok a signalizačné zariadenie. V niektorých prípadoch je možné pridať zosilňovač a volič signálu, ale často nie sú potrebné. Komponenty snímača určujú aj princíp jeho ďalšej činnosti. V tom momente, keď nastanú nejaké zmeny v objekte pozorovania, sú fixované citlivým prvkom. Ihneď potom sa zmeny zobrazia na oznamovači, ktorého údaje sú objektívne a informatívne, ale nie je možné ich automaticky spracovať.

Ryža. 22.

Príkladom najjednoduchšieho snímača je ortuťový teplomer. Ortuť sa používa ako citlivý prvok, teplotná stupnica funguje ako signalizačné zariadenie a predmetom pozorovania je teplota. Je však dôležité pochopiť, že hodnoty senzorov sú súbory údajov a nie informácie. Nie sú uložené vo vonkajšej ani vnútornej pamäti a nie sú vhodné na automatizované spracovanie, ukladanie a prenos.

Všetky senzory používané rôznymi technologickými riešeniami z oblasti IoT možno rozdeliť do niekoľkých kategórií. Jedna z najpohodlnejších klasifikácií je založená na účele zariadení „3:

  • snímače prítomnosti a pohybu;
  • detektory polohy, posunutia a hladiny;
  • snímače rýchlosti a zrýchlenia;
  • snímače sily a dotyku;
  • Senzory tlaku;
  • prietokomery;
  • akustické senzory;
  • snímače vlhkosti;
  • detektory svetla;
  • snímače teploty;
  • chemické a biologické senzory.

Činnosť snímačov je veľmi odlišná od činnosti snímačov. V prvom rade je potrebné pozastaviť sa nad definíciou pojmu „senzor“. Senzor je zariadenie schopné premeniť zmeny, ku ktorým došlo v objekte pozorovania, na informačný signál vhodný na ďalšie ukladanie, spracovanie a prenos.

Schéma činnosti snímača je blízka reťazcu typickému pre snímač. V istom zmysle možno senzor interpretovať ako vylepšený senzor, keďže jeho štruktúra môže byť vyjadrená vo forme „komponentov senzora“ + „jednotky na spracovanie informácií“. Funkčná schéma snímača je nasledovná.


Ryža. 23.

V tomto prípade je klasifikácia senzorov podľa účelu ekvivalentná rovnakej klasifikácii pre senzory. Senzory a senzory môžu často merať rovnakú hodnotu na rovnakom objekte, ale senzory zobrazia údaje a senzory ich tiež prevedú na informačný signál.

Okrem toho existuje špeciálny typ senzora, ktorý má zmysel zvážiť, aby ste pochopili koncept internetu vecí. Ide o takzvané „inteligentné“ senzory, funkčný diagram ktorý je doplnený o prítomnosť algoritmov na primárne spracovanie zozbieraných informácií. Bežný senzor je teda schopný spracovať dáta a poskytnúť ich vo forme informácií a „inteligentný“ senzor je schopný vykonávať akékoľvek akcie s nezávisle zachytenými informáciami z vonkajšie prostredie.

V budúcnosti možno očakávať seriózny vývoj ZO-senzorov schopných s vysokou presnosťou snímať okolitý priestor a skonštruovať jeho virtuálny model. Takže v súčasnosti je Capri 3D senzor schopný detekovať pohyby ľudí a ich metrické charakteristiky.

teória. Okrem toho dokáže tento snímač naskenovať objekt z vonkajšieho prostredia a uložiť informácie do súboru EPS na ďalšie odoslanie do tlače na tlačiarni GE.

Ryža. 24. Senzor Capri 3D pripojený k Samsung Nexus 10

Osobitnú pozornosť si zaslúži vývoj zariadení kombinujúcich niekoľko senzorov naraz. odlišné typy... Ako je uvedené v odseku 2.2.1, s cieľom získať vedomosti, informácie o rozdielne vlastnosti objekt. A použitie rôznych senzorov vám umožní získať potrebné informácie. V istom zmysle takéto zariadenia skutočne dokážu rozpoznať ľudí. Príkladom takéhoto zariadenia je bezdrôtový ovládač Kinekt používaný v moderných videohrách.

Senzor farieb IR žiariča

Mikrofón ar ray

Ryža. 25. Zariadenie bezdrôtového ovládača Kinekt 57

Ovládač Kinekt obsahuje niekoľko komponentov naraz: infračervený žiarič; infračervený prijímač; farebná kamera;

sada 4 mikrofónov a procesor zvukového signálu; prostriedky na korekciu sklonu.

Princíp činnosti ovládača Klpek! dosť jednoduché. Lúče vyžarované z infračerveného žiariča sa odrážajú a vstupujú do infračerveného prijímača. Vďaka tomu je možné získať informácie o priestorovej polohe osoby, ktorá hrá videohru. Kamera je schopná zachytiť rôzne farebné dáta a mikrofóny sú schopné zachytiť hlasové povely hráča. Vďaka tomu je ovládač schopný nazbierať dostatok informácií o človeku, aby mohol ovládať hru pohybmi alebo hlasovými príkazmi.

V istom zmysle ovládač Ktek! patrí do oblasti IoT technológií. Je schopný identifikovať hráča, zbierať o ňom informácie a prenášať sa do iných zariadení (herná konzola). Ale podobná sada senzorov môže byť potenciálne použitá aj v iných oblastiach, ktoré sú perspektívne pre koncept internetu vecí, vrátane nasadenia inteligentných domácich technológií.

Indukčný senzor priblíženia. Vzhľad

V priemyselnej elektronike sa veľmi široko používajú indukčné a iné snímače.

Článok bude recenziou (ak chcete, populárno-náučnou). Poskytuje skutočné pokyny pre senzory a odkazy na príklady.

Typy snímačov

Takže, čo je to senzor vo všeobecnosti. Senzor je zariadenie, ktoré vysiela špecifický signál, keď nastane špecifická udalosť. Inými slovami, za určitých podmienok sa senzor aktivuje a na jeho výstupe sa objaví analógový (úmerný vstupnej akcii) alebo diskrétny (binárny, digitálny, t.j. dve možné úrovne).

Presnejšie, môžeme sa pozrieť na Wikipédiu: Senzor (snímač) je pojem v riadiacich systémoch, primárny prevodník, prvok meracieho, signálneho, regulačného alebo riadiaceho zariadenia systému, ktorý premieňa regulovanú hodnotu na signál vhodný na použitie.

Je tam aj veľa iných informácií, ale ja mám vlastnú, inžiniersko-elektronickú, víziu problematiky.

Existuje veľké množstvo rôznych senzorov. Uvediem len tie typy snímačov, s ktorými sa musí elektrikár a elektronik popasovať.

Indukčné. Aktivuje sa prítomnosťou kovu v spúšťacej zóne. Ďalšie názvy sú snímač priblíženia, snímač polohy, indukčný, snímač prítomnosti, indukčný spínač, snímač priblíženia alebo spínač. Význam je rovnaký a nemal by sa zamieňať. V angličtine sa hovorí „proximity sensor“. V skutočnosti ide o kovový snímač.

Optické.Ďalšie názvy sú fotosenzor, fotoelektrický senzor, optický spínač. Používajú sa aj v každodennom živote, nazývajú sa „svetelný senzor“

Kapacitný. Spúšťa prítomnosť takmer akéhokoľvek predmetu alebo látky v oblasti činnosti.

Tlak... Neexistuje žiadny tlak vzduchu alebo oleja - signál do ovládača alebo poruchy. Ak je to diskrétne. Môže ísť o snímač s prúdovým výstupom, ktorého prúd je úmerný absolútnemu tlaku alebo diferenčnému tlaku.

Koncové spínače(elektrický snímač). Ide o normálny pasívny spínač, ktorý sa spustí, keď objekt prejde alebo naň zatlačí.

Senzory môžu byť tiež tzv senzory alebo iniciátorov.

Zatiaľ dosť, prejdime k téme článku.

Indukčný snímač je diskrétny. Signál na jeho výstupe sa objaví, keď je v špecifikovanej zóne kov.

Senzor priblíženia je založený na generátore s induktorom. Preto ten názov. Keď sa v elektromagnetickom poli cievky objaví kov, toto pole sa dramaticky zmení, čo ovplyvňuje činnosť obvodu.

Indukčné senzorové pole. Kovová doska mení rezonančnú frekvenciu oscilačného obvodu

Obvod indukčného snímača npn. Je znázornená funkčná schéma, na ktorej: generátor s oscilačným obvodom, prahové zariadenie (komparátor), výstupný tranzistor NPN, ochranné zenerove diódy a diódy

Väčšina obrázkov v článku nie je moja, na konci si môžete stiahnuť zdroje.

Aplikácia indukčného snímača

Indukčné snímače priblíženia sú široko používané v priemyselnej automatizácii na určenie polohy konkrétnej časti mechanizmu. Signál z výstupu snímača môže ísť na vstup regulátora, frekvenčného meniča, relé, štartéra atď. Jedinou podmienkou je dodržanie prúdu a napätia.

Činnosť indukčného snímača. Vlajka sa posunie doprava a keď dosiahne zónu citlivosti senzora, senzor sa spustí.

Mimochodom, výrobcovia snímačov upozorňujú, že sa neodporúča pripájať žiarovku priamo na výstup snímača. O dôvodoch som už písal -.

Charakteristika indukčných snímačov

Aký je rozdiel medzi snímačmi.

Takmer všetko, čo je uvedené nižšie, platí nielen pre indukčné, ale aj pre optické a kapacitné snímače.

Konštrukcia, typ karosérie

Existujú dve hlavné možnosti - valcové a pravouhlé... Iné kryty sa používajú zriedka. Materiál tela - kov (rôzne zliatiny) alebo plast.

Priemer valcového meradla

Základné rozmery - 12 a 18 mm... Iné priemery (4, 8, 22, 30 mm) sa používajú zriedka.

Na upevnenie 18 mm snímača potrebujete 2 kľúče 22 alebo 24 mm.

Spínacia vzdialenosť (pracovná medzera)

Toto je vzdialenosť od kovovej dosky, pri ktorej je zaručená spoľahlivá odozva snímača. Pre miniatúrne snímače je táto vzdialenosť od 0 do 2 mm, pre snímače s priemerom 12 a 18 mm - do 4 a 8 mm, pre veľké snímače - do 20 ... 30 mm.

Počet vodičov na pripojenie

Dostať sa k obvodom.

2-drôtový. Snímač je pripojený priamo k záťažovému obvodu (napríklad cievka štartéra). Rovnako ako my doma rozsvietime. Pohodlné na inštaláciu, ale náladové na zaťaženie. Pracujú zle pri vysokom aj nízkom zaťažení.

2-vodičový snímač. Schéma zapojenia

Záťaž je možné pripojiť na akýkoľvek vodič, pre konštantné napätie je dôležité dodržať polaritu. Pre snímače určené na prácu so striedavým napätím nezáleží ani na zapojení záťaže, ani na polarite. Vôbec nemusíte rozmýšľať, ako ich spojiť. Hlavná vec je poskytnúť prúd.

3-drôtový. Najčastejšie. Existujú dva vodiče pre napájanie a jeden pre záťaž. Viac vám poviem samostatne.

4- a 5-vodičové. To je možné, ak sú pre záťaž použité dva výstupy (napríklad PNP a NPN (tranzistor), alebo spínací (relé)) Piaty vodič - výber prevádzkového režimu alebo stavu výstupu.

Typy výstupov senzorov podľa polarity

Všetky diskrétne snímače môžu mať iba 3 typy výstupov v závislosti od kľúčového (výstupného) prvku:

relé. Tu je všetko jasné. Relé spína požadované napätie alebo jeden z napájacích vodičov. To poskytuje úplné galvanické oddelenie od napájacieho obvodu snímača, čo je hlavnou výhodou takéhoto obvodu. To znamená, že bez ohľadu na napájacie napätie snímača môžete zapnúť / vypnúť záťaž s akýmkoľvek napätím. Používa sa hlavne vo veľkých snímačoch.

Tranzistor PNP. Toto je snímač PNP. Výstupom je PNP tranzistor, to znamená, že kladný vodič je spínaný. Záťaž je trvalo pripojená k mínusu.

Tranzistor NPN.Výstupom je tranzistor NPN, to znamená, že „záporný“ alebo neutrálny vodič je spínaný. Záťaž je trvalo pripojená na „plus“.

Môžete sa jasne naučiť rozdiel, pochopiť princíp činnosti a spínací obvod tranzistorov. Toto pravidlo pomôže: Tam, kde je pripojený vysielač, je tento vodič prepnutý. Druhý vodič je trvalo pripojený k záťaži.

Nižšie budú uvedené spínacie obvody snímačov, ktorá tieto rozdiely jasne ukáže.

Typy snímačov podľa stavu výstupu (NC a NO)

Nech je snímač akýkoľvek, jedným z jeho hlavných parametrov je elektrický stav výstupu v momente, keď snímač nie je aktivovaný (nie je nijako ovplyvnený).

Výstup v tomto okamihu môže byť zapnutý (záťaž je napájaná) alebo vypnutá. V súlade s tým hovoria - normálne uzavretý (normálne uzavretý, NC) kontakt alebo normálne otvorený (NO) kontakt. V cudzom zariadení, respektíve - NC a NO.

To znamená, že hlavná vec, ktorú potrebujete vedieť o tranzistorových výstupoch senzorov, je, že môžu existovať 4 typy v závislosti od polarity výstupného tranzistora a od počiatočného stavu výstupu:

  • PNP Č
  • PNP NC
  • NPN Č
  • NPN NC

Pozitívna a negatívna logika práce

Tento koncept sa týka skôr akčných členov, ktoré sú pripojené k snímačom (ovládače, relé).

NEGATÍVNA alebo POZITÍVNA logika sa vzťahuje na úroveň napätia, ktorá aktivuje vstup.

NEGATÍVNA logika: vstup ovládača je aktivovaný (logická „1“), keď je pripojený k zemi. S / S svorka ovládača (spoločný vodič pre digitálne vstupy) musí byť pripojená k +24 V DC. Pre snímače typu NPN sa používa negatívna logika.

POZITÍVNA logika: vstup sa aktivuje po pripojení k +24 V DC. Svorka ovládača S / S musí byť pripojená k GROUND. Použite pozitívnu logiku pre PNP senzory. Najčastejšie sa používa pozitívna logika.

Existujú možnosti pre rôzne zariadenia a pripojenie senzorov k nim, opýtajte sa v komentároch, spoločne sa nad tým zamyslíme.

Pokračovanie článku -. V druhej časti sú uvedené reálne obvody a uvažuje sa o praktickej aplikácii. odlišné typy snímače s tranzistorovým výstupom.

mob_info