Содержание

Вид материала

Реферат

Содержание Принцип работы Схема синхрогизации сигналов Технические особенности и функциональные возможности: Реакция на продольные и поперечные перемещения автомобиля Не нуждается в регулировке Малые размеры (25 x 43 x 12 мм) Принцип действия парктроника Виды парктроников «Sho Me» Плюсы использования парктроников

Подобный материал:

• Содержание дисциплины наименование тем, их содержание, объем в часах лекционных занятий, 200.99kb.
• Содержание рабочей программы Содержание обучения по профессиональному модулю (ПМ) Наименование, 139.63kb.
• Заключительный отчет июль 2010 содержание содержание 1 список аббревиатур 3 введение, 6029.85kb.
• 5. Содержание родительского правоотношения Содержание правоотношения, 110.97kb.
• Содержание введение, 1420.36kb.
• Сборник статей Содержание, 1251.1kb.
• Сборник статей Содержание, 1248.25kb.
• Анонсы ведущих периодических изданий содержание выпуска, 806.18kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «Коммерческая деятельность», 28.08kb.
• Конспект лекций содержание содержание 3 налог на прибыль организаций 5 Плательщики, 795.2kb.

Автомобильные датчики

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………3
   
2. Понятие датчика………………….…….………………………….3
   
3. Общие свойства автомобильных датчиков……………………....7
   
4. Существующие автомобильные датчики:………………………10
   

• ссылка скрыта………………………..10
  
• Датчик оборотов коленчатого вала и BMT (CPS)……..11
  
• Датчики электрических приборов……………………...13
  
• Указатели автомобильных информационных измерительных систем…………………………………..18
  
• Термометры………………………………………………22
  
• Измерители давления……………………………………22
  
• Измерители уровня топлива…………………………….23
  
• Измерители зарядного режима аккумуляторной батареи……………………………………………………24
  
• Спидометры и тахометры……………………………….25
  
• Тахографы………………………………………………..27
  
• Электронные информационные системы………………27
  

5) Автомобильные охранные системы и электронные сервисные комплексы……………………………………………………………..28

• Общие сведения об автомобильных сигнализациях…..28
  
• Основные режимы работы………………………………28
  
• Сервисные системы…………………………………...…29
  
• Датчики……………...……………………………………29
  
• Автомобильные пейджеры………………………...……33
  
• Электронные датчики…………………………………....33
  
• Датчики объема…………………………………………..34
  
• Датчики заднего хода……………………………………34
  
• Антирадары………………………………………………35
  
• Пейджерные противоугонные системы………………...36
  

6) Новинки автомобильных датчиков:………………………………37

• Датчик аварии DA-01……………………………………37
  
• Датчик перемещения AG-2 Luxe………………………..38
  
• Парктроник……………………………………………….39
  
• Новый аккумуляторный датчик от Bosch………………40
  
• Новые датчики давления в шинах от Motorola………...41
  
• Композитная заслонка от Bosch………………………...41
  

7) Список использованной литературы…………………………..….42


1)Введение:

За последние годы в технике измерения и регулирования параметров различных процессов всё более и более возрастает роль отрасли изготовления и применения датчиков. Эта отрасль, постоянно развиваясь, служит основой создания разнообразных вариантов систем автоматического регулирования.

Такое развитие обусловлено прежде всего гигантским прогрессом микроэлектроники. Широкий спектр применений микро-ЭВМ в бытовой технике, автомобилестроении и других областях промышленности всё в большей мере требует недорогих датчиков, выпускаемых крупными сериями. Как следствие этого появляются новые интересные и в то же время недорогие устройства на датчиках.

Постоянное совершенствование автомобилей является важнейшим фактором в развитии экономики нашей страны. Современный автомобиль состоит из большого количества механических узлов, которые достаточно совершенны. Поэтому в последнее время наметилась тенденция к усложнению и развитию электрического и электронного оборудования автомобилей, стоимость которого в современных грузовых автомобилях зачастую превышает 30% от общей стоимости.

Одной из важнейших проблем современного автотранспортного предприятия является быстрое и качественное выявление неисправностей у автомобилей. При эксплуатации автомобиля могут возникать скрытые неисправности внешне не чем себя не проявляющие, но, будучи незамеченными, они могут привести к серьезным поломкам, а, следовательно, к дорогостоящему ремонту.

Кроме того, профилактическая диагностика позволяет предприятию экономить значительные средства за счет выявления неисправностей и своевременного их устранения, что сокращает время простоя в ремонте, а, следовательно, позволяет снизить трудозатраты и стоимость ремонта.

Появление полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, миниатюрных микро-ЭВМ позволяет быстро и качественно обнаруживать возникающие неисправности и устранять их как в процессе эксплуатации автомобиля, так и в процессе его подготовки к работе.

По вопросам решения этих задач, применения полученных результатов имеются многочисленые научные публикации отечественных и зарубежных ученых, выполнено большое число исследований как в Российской Федерации, так и за рубежем. Основополагающие научные результаты по теории и принципам построения систем диагностирования получены в государственном научно-исследовательском институте автомобильного транспорта ( НИИАТ ), во Владимирском государственном университете и других научных учреждениях, занимающихся исследованиями в области диагностики.

Исследования показали, что для диагностирования тех или иных параметров автомобиля необходимы в первую очередь надежные, высокоточные датчики. При этом принятия решений по различным параметрам должны осуществляться сразу по нескольким признакам, характеризующим по их совокупности состояния той или иной системы в целом.


2)Понятие датчика:

Человек глазами воспринимает форму, размеры и цвет окружающих предметов, ушами слышит звуки, носом чувствует запахи. Обычно говорят о пяти видах ощущений, связанных со зрением, слухом, обонянием, вкусом и осязанием. Для формирования ощущений человеку необходимо внешнее раздражение определенных органов - "датчиков чувств". Для различных видов ощущений роль датчиков играют определенные органы чувств:

Зрение......Глаза

Слух........Уши

Вкус........Язык

Обоняние....Нос

Осязание....Кожа

Однако, для получения ощущения одних только органов чувств недостаточно. Например, при зрительном ощущении совсем не значит, что человек видит только благодаря глазам. Общеизвестно, что через глаза раздражения от внешней среды в виде сигналов по нервным волокнам передаются в головной мозг и уже в нем формируется ощущение большого и малого, черного и белого и т.д. Эта общая схема возникновения ощущения относится также к слуху, обонянию и другим видам ощущения, т.е. фактически внешние раздражения как нечто сладкое или горькое, тихое или громкое оцениваются головным мозгом, которому необходимы датчики, реагирующие на эти раздражения.

Аналогичная система формируется и в автоматике. Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им управляющих сигналов на исполнительные устройства. Для приема информации служат датчики неэлектрических величин. Таким образом, контролируется температура, механические перемещения, наличие или отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п.

Принцип действия и классификация

Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы. Существует множество явлений и эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые можно использовать для создания датчиков. В табл. 1 приведен сравнительно скромный перечень.

При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или химических явлениях и свойствах.

Основные виды:

Температурные датчикия. С температурой мы сталкиваемся ежедневно, и это наиболее знакомая нам физическая величина.

Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространненых.

Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних времен и широко используется в наши дни. Терморезисторы сопротивления которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), С положительной характеристикой (с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении температуры). Обычно сопротивление под влиянием температуры изменяется довольно резко. Для расширения линейного участка этого изменения параллельно и последовательно терморезистору присоединяются резисторы.

Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами. Диапазон измеряемых термопарой температур зависит от применяемых металлов. В термочувствительных ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответственно на магнитную и диэлектрическую проницаемость, начиная с некоторого значения, которое называется температурой Кюри и для конкретного датчика зависит от применяемых в нем материалов.

Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковым датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n-перехода (обычно на кристалле кремния). В последнее время практическое применение нашли так называемые интегральные температурные датчики, представляющие собой термочувствительный диод на одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.

Оптические датчикия. Подобно температурным оптические датчики от личаются большим разнообразием и массовостью применения. Как видно из табл. 3, по принципу оптико-электрического преобразования эти датчики можно разделить на четыре типа: на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии, фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических.

Фотогальваническая эмиссия, или внешний фотоэффект, - это испускание электронов при падении света физическое тело. Для вылета электронов из физического тела им необходимо преодолеть энергетический барьер. Поскольку энергия фотоэлектронов пропорциональна hc/л (где h - постоянная Планка, с - скорость света, л - длина волны света), то, чем короче длина волны облучающего света, тем больше энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.

Эффект фотопроводимости, или внутренний фотоэффект, - это изменение электрического сопротивления физического тела при облучении его светом. Среди материалов, обладающих эффектом фотопроводимости, - ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максимум спектральной чувствительности CdS приходится приблизительно на свет с длиной волны 500-550 нм, что соответствует приблизительно середине зоны чувствительности человеческого зрения. Оптические датчики, работающие на эффекте фотопроводимости, рекомендуется использовать в экспонометрах фото- и кинокамер, в автоматических выключателях и регуляторах света, обнаружителях пламени и др. Недостаток этих датчиков - замедленная реакция (50 мс и более).

Фотогальванический эффект заключается в возникновении ЭДС на выводах p-n-перехода в облучаемом светом полупроводнике. Под воздействием света внутри p-n-перехода появляются свободные электроны и дырки и генерируется ЭДС. Типичные датчики, работающие по этому принципу, - фотодиоды, фототранзисторы. Такой же принцип действия имеет оптико-электрическая часть двухмерных твердотельных датчиков изображения, например датчиков на приборах с зарядовой связью (ПЗС-датчиков). В качестве материала подложки для фотогальванических датчиков чаще всего используется кремний. Сравнительно высокая скорость отклика и большая чувствительность в диапазоне от ближней инфракрасной (ИК) зоны до видимого света обеспечивает этим датчакам широкую сферу применения.

Пироэлектрические эффекты - это явления, при которых на поверхности физического тела вследствие изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами: и множество других так нызываемых пироэлектрических материалов. В корпус датчика встроен полевой транзистор, позволяющий преобразовывать высокое полное сопротивление пиротехнического элемента с его оптимальными электрическими зарядами в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика. Из датчиков этого типа наиболее часто используются ИК-датчики.

Среди оптических датчиков мало найдется таких, которые обладали бы достаточной чувствительностью во всем световом диапазоне. Большинство датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, или видимой, или инфракрасной части спектра.

Основные преимущества перед датчиками других типов:

1. Возмож ность бесконтактного обнаружения.

2. Возможность (при соот ветствующей оптике) измерения объектов как с чрезвычайно большими, так и с необычайно малыми раз мерами.

3. Высокая скорость отклика.

4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и полупроводниковые),

обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

5. Обширная сфера использования: измерение различных физических величин, определение формы, распознавания объектов и т.д.

Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и некоторыми недостатками, а именно чувствительны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего света, светового фона, а также температуры (при полупроводниковой основе).

Датчики давления. В датчиках давления всегда испытывается боль шая потребность, и они находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении.

В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полкпроводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами и легко интегрируются с периферийными схемами. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с n-продимостью формируется круглая диафрагма. На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы, имеющие p-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одних резисторов увеличивается, а других - уменьшается. Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которою входят эти резисторы.

Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа, подобные вышеописанному, широко используются в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это температурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы.

Датчики влажности и газовые анализаторы

Влажность - физический параметр, с которым, как и с температурой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос, удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения влажности используется полимерная пленка, покрытая хлористым литием, набухающим от влаги. Однако датчики на этой основе обладают гистерезисом, нестабильностью характеристик во времени и узким диапазоном измерения. Более современными являются датчики, в которых используются керамика и твердые электролиты. В них устранены вышеперечисленные недостатки. Одна из сфер применения датчиков влажности - разнообразные регуляторы атмосферы.

Газовые датчики широко используются на производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях - для обнаружения утечки горючего газа. Во многих случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и желательно иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой относительно газовой среды. Однако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов, гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции, поглощения инфракрасных лучей и т.д. Для регистрации утечки бытового газа, например сжиженного природного или горючего газа типа пропан, используется главным образом полупроводниковая керамика, в частности, или устройства, работающие по принципу каталитического горения.

При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.

Магнитные датчикия. Главной особеностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, но в отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Однако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнитных датчиков необходима достаточная близость к воздействующему магнитному полю.

Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС, выполненных на кремниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам.

Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживились исследования и разработки магниторезистивных датчиков, в которых используется ферромагнетики. Недостатком этих датчиков является узкий динамический диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, составляют несомненные преимущества.


3) Общие свойства автомобильных датчиков.

На датчик могут одновременно воздействовать различные физические величины (давление, температура, влажность, вибрация, ядерная реакция, магнитные и электрические поля и т. д.), но воспринимать он должен только одну величину, называемую естественной величиной .

На рисунке 1 показано устройство воспринимающей системы. Датчик возвращает некую величину , зависящую от , которая затем поступает на предварительную обработку.


Рис. 1. Устройство воспринимающей системы с получением, обработкой и преобразованием сигнала: - первичный процесс, - вторичный процесс, - измерительный мост, Amp – усилитель.

Функциональную зависимость выходной величины датчика от естественной измеряемой величины в статических условиях, выраженную аналитически, таблично или графически, называют статической характеристикой датчика.

Статическая чувствительность представляет собой отношение малых приращений выходной величины к соответствующим малым приращениям входной величины в статических условиях. По определению, статическая чувствительность равна или, переходя к пределу, будем иметь

.

Это соотношение является постоянным, когда выходная величина (выходной сигнал) представляет собой линейную функцию входной величины (выходного сигнала). Если имеется нелинейная функция, то должны быть указаны точки, к которым относится данная чувствительность. В некоторых случаях чувствительность может быть представлена в виде наклона секущей между двумя характеристическими точками статической нелинейной характеристики.

Понятие статической чувствительности аналогично понятию коэффициента усиления; градиента; коэффициента чувствительности.

Чувствительность датчика – это, как правило, именованная величина с разнообразной размерностью, зависящей от природы входной и выходной величин.

Понятие чувствительности можно распространить на динамические условия работы. При этом под чувствительностью подразумевают отношение скорости изменения выходного сигнала к соответствующей скорости изменения входного сигнала:

.

В случае периодических, в частности синусоидальных, сигналов чувствительность может быть определена как отношение амплитуд выхода и входа.

Под порогом чувствительности датчика понимают минимальное изменение измеряемой величины (входного сигнала), вызывающее изменение входного сигнала. Наиболее характерным показателем качества датчика является полный диапазон датчика, выражаемый отношением

,

где - естественный предел измерения; - порог чувствительности датчика.

Для каждого типа датчиков существует практически достижимый предел величины , определяемый принципом действия и характеристиками чувствительного элемента.

Гистерезисом называют неоднозначность хода статической характеристики датчика при увеличении и уменьшении входной величины.

Для упругих элементов (мембраны, пружины и т. д.) в понятие гистерезис также включают понятие упругое последействие.

Гистерезис относится в общем случае к случайным погрешностям, так как его величина определяется не только значениями входной величины, но и временными характеристиками работы датчика. Гистерезис выражается в процентах

,

где - изменение выходной величины в рабочих пределах.

Гистерезис возникает в датчиках из-за внутреннего трения в упругих элементах, трения в подвижных элементах, ползучести (например, в наклеиваемых тензодатчиках), магнитного гистерезиса и т. п.

Основной погрешностью датчика является максимальная разность между действительным значением выходного сигнала и его величиной, соответствующей истинному значению входного параметра. Эта разность определяется по статической характеристике датчика при нормальных условиях и обычно относится к разности предельных значений выходной величины:

.

Нормальными условиями эксплуатации датчика являются: температура окружающей среды ; атмосферное давление Па/мм рт. ст.; относительная влажность окружающего воздуха ; отсутствие вибрации и полей, кроме гравитационного.

Дополнительные погрешности датчика – это погрешности, вызываемые изменением внешних условий по сравнению с нормальными. Они выражаются в процентах, отнесённых к изменению неизмеряемого параметра (например, температурная погрешность на и т. д.).

Первичной погрешностью датчика называют отклонение его параметра от расчётного значения:

,

где - первичная погрешность параметра ; - расчётное значение параметра ; - индекс (номер) преобразователя; - индекс (номер) параметра.

Первичная погрешность датчика вызывает отклонение выходной величины от её расчётного значения при заданном значении входной величины . Это отклонение принято называть частной погрешностью датчика:

;

.

Суммарная погрешность датчика определяется как сумма частных погрешностей. Способ суммирования определяется природой первичных погрешностей.

При систематических первичных погрешностях частная погрешность датчика определяется по зависимости

.

Если первичные погрешности случайные, то предельное значение погрешности датчика можно определить квадратичным суммированием предельных значений частных погрешностей:

.

Практическая оценка погрешности измерений различных физических параметров часто усложняется большим числом одновременно действующих независимых факторов, вызывающих частные погрешности.

4) Существующие автомобильные датчики:

• ссылка скрыта.
  

Термометры применяются для контроля теплового режима двигателя, а также (на некоторых автомобилях) для контроля теплового состояния аккумуляторной батареи, системы смазки, гидравлической трансмиссии, отопителя и т.п. В настоящее время для замера величин температуры на автомобилях устанавливаются системы с магнитоэлектрическим логометром и терморезистивным датчиком. Приборы указывают температуру охлаждающей двигатель жидкости, температуру масла или температуру электролита аккумуляторной батареи.


Приборы, контролирующие температуру двигателя, работают с датчиками ТМ 100, А, В или ТМ 106. Модификации датчиков ТМ 100, А, В, не отличаются по выходным параметрам и обеспечивают величину сопротивления при температуре +40°С - 400-530 Ом, при +100°С - 80-95 Ом. Датчик ТМ 106, устанавливаемый на автомобили ВАЗ, обеспечивает величину сопротивления при +30°С - 1350-1880 Ом, при +90°С-155-196 Ом.

Замер температуры электролита осуществляется датчиком 11.3842 с величиной сопротивления при нулевой температуре в пределах 210-370 Ом.


Логометрические указатели потребляют ток до 0,25 А (У К 193 - 0,1 А). На автомобилях ВАЗ-21083, -21093, оборудованных микропроцессорной системой, в качестве датчика температуры установлена интегральная микросхема 19.3828 с диапазоном измерения температуры -40...+125°С и потреблением тока 0,001 А.


ссылка скрыта используются в системе аварийных сигнализаторов температуры.

Температура размыкания контактов на 10°С ниже температуры их замыкания

• Датчик оборотов коленчатого вала и BMT (CPS):
  

Внешний вид датчика:




Расположение датчика в автомобиле: