При рассмотрении предыдущего материала отмечалось наличие датчиков в подсистемах зажигания и топливно-эмиссионной. Поскольку в комплексных СУД информация от датчиков обрабатывается в едином блоке управления то в этом разделе более подробно остановимся на конструктивных особенностях и характеристиках основных датчиков без привязки их к конкретной подсистеме.
Измерители расхода воздуха
Потенциометрический датчик расхода
В измерителе расхода воздуха, представленном на рис.2.1.1, воздушный поток воздействует на заслонку 2, закрепленную на оси в специальном канале. Воздействие воздушного потока на заслонку 2 уравновешивается пружиной. Демпфер 7 с демпфирующей заслонкой 4, выполненной как одно целое с измерительной заслонкой 2, служит для гашения колебаний, вызванных пульсациями воздушного потока и динамическими воздействиями, характерными для движущегося автомобиля. Заслонка воздействует на потенциометр, сопротивление которого пропорционально углу поворота заслонки.
Рис. 2.1.1. Датчик расхода воздуха (датчик типа заслонки):
1 - шунтирующий (обходной) канал; 2 - заслонка датчика расхода воздуха; 3 - запорный клапан; 4 - демпфирующая заслонка; 5 - датчик температуры; 6 - цепь потенциометра; 7 - камера демпфирования; 8 - керамическое основание с резисторами r0...r10 и проводниками; 9 - металлическая шина; 10 - щеткодержатель; 11 - щетка; 12 - защитный
выключатель топливного насоса. Позиция “выключено” при a
= 0°; 13 - зубчатый венец пружины предварительного
Проволочный датчик определения массового расхода воздуха
Был разработан для измерения массового расхода воздуха независимо от высоты над уровнем моря. Кроме того, в этом датчике отсутствует погрешность, вызванная пульсацией воздушного потока
Датчик этого типа состоит из нагретого провода диаметром 70 мкм, установленного в измерительной трубке, расположенной перед дроссельной заслонкой.
Работа датчика массового расхода воздуха основана на принципе постоянства температуры. Нагретый платиновый провод, расположенный в воздушном потоке, является одним из плеч резисторного моста. При этом за счет изменения силы тока, протекающей через резисторный мост, поддерживается постоянная температура (около 100°С) платинового провода, обдуваемого воздушным потоком (см. рис. 2.1.2).
Рис. 2.1.2 Проволочный датчик массового расхода воздуха
При увеличении расхода воздуха платиновый провод остывает и его сопротивление падает. Резисторный мост становится несимметричным и возникает напряжение, подаваемое на усилитель и направленное на повышение температуры провода. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температура и сопротивление провода не приведут к равновесию системы. Диапазон силы тока, протекающего через провод, составляет 500 мкА...1200мкА.
Этот ток также протекает через калиброванный резистор R3 (см. рис. 2.1.3 и 2.1..4), на котором возникает напряжение, поступающее в блок электронного управления для вычисления количества впрыскиваемого топлива.
Изменение температуры воздуха компенсируется резистором Rс. Этот резистор представляет собой платиновое кольцо, имеющее сопротивление примерно 500 Ом и расположенное в воздушном потоке. Изменение температуры воздуха одновременно изменяет сопротивление провода датчика и резистора R, поэтому равновесие резисторного моста не нарушается.
Рис. 2.1.3 Составные части проволочного датчика:
1 - печатная плата; 2 - электрическая схема. В дополнение к резисторному мосту содержит контрольную схему поддержания постоянной температуры и схему самоустановки; 3 - внутренняя трубка; 4 - калиброванный резистор; 5 - нагретый проволочный элемент; 6 - резистор температурной компенсации; 7 - защитная сетка; 8 - корпус.
При эксплуатации платиновый провод неизбежно загрязняется. Для предотвращения загрязнения после выключения двигателя провод в течение 1 с накаляется до температуры 1000°С. При этом вся налипшая на него грязь сгорает. Этот процесс контролируется электронным блоком управления.
Датчик массового расхода воздуха используется в системах Bosch LH Jetronic и
Lucas.
Рис. 2.1.4. Электрическая схема датчика для измерения массового расхода воздуха
Толстопленочный датчик давления
Еще одним из направлений модернизации датчиков расхода воздуха является разработка датчика измерения давления. Этот датчик состоит из толстопленочной диафрагмы, расположенной на керамической основе.
Датчик измеряет (см. рис. 2.1.5) разрежение во впускном коллекторе на основе измерения деформации пленочной диафрагмы. Измерительные элементы расположены внутри пленки.
На рис. 2.1.5 и 2.1.6 показано расположение электронных компонентов датчика. Пленочная диафрагма устанавливается во впускном коллекторе и представляет собой датчик измерения разрежения с малой инерционностью.
Рис. 2.1.5. Датчик давления для измерения массового расхода воздуха (толстопленочный датчик давления)
Рис. 2.1.6. Датчик давления для измерения массового расхода воздуха (толстопленочный датчик давления воздуха)
Другие датчики измерения расхода воздуха не получили такого широкого распространения.
Датчики давления
Датчикам давления с мембранным чувствительным элементом 3 (рис. 2.1.7, а) присущи существенные недостатки: наличие механических элементов и сравнительно большое число звеньев в цепи передачи информации, что отрицательно сказывается на точности и надежности измерительной системы.
В бесконтактных индуктивных датчиках при перемещении чувствительного элемента - мембранной камеры 9 (рис. 2.1.7, б) изменяется воздушный зазор в магнитопроводе, магнитное сопротивление магнитопровода и индуктивность катушки. Катушка включена в измерительный мост. При разбалансировке моста появляется электрический сигнал, поступающий в блок управления.
Рис. 2.1.7. Датчики давления:
а - с мембранным чувствительным элементом;
б - бесконтактный индуктивный; в - интегральный с полупроводниковыми тензоэлементами; 1 - потенциометр; 2
- корпус мембранного механизма; 3 - мембрана; 4 - калиброванная пружина;
5 - шток; 6 - амортизатор; 7 - стальной сердечник; 8 - первичная обмотка; 9 - мембранная камера; 10-корпус;
11 —вторичная обмотка; 12-
электрические контакты; 13 - полупроводниковый
тензорезистор; 14 - контактная площадка
Применение микроэлектронной технологии позволило перейти к полностью статическим конструкциям датчиков.
Датчики температуры
В автомобильных системах контроля в качестве датчиков температуры широко используются полупроводниковые терморезисторы, размещаемые в металлическом корпусе, имеющем разъем для включения датчика в измерительную цепь (см. рис. 2.1.8).
а) б)
Рис. 2.1.8. Датчик температуры:
а – конструкция; б – типичная градуировочная характеристика; 1 – полупроводниковый резистор; металлический корпус; электрические контакты
Выходная (градуировочная) характеристика температурного датчика, как правило, имеет характер обратной зависимости (см. рис. 2.1.8, б).В системах управления находят применение более совершенные типы датчиков температуры, обладающих высокой стабильностью и малым технологическим разбросом номинального сопротивления, высокой технологичностью, малой инерционностью и простотой конструкции. Это интегральные датчики температуры. Они представляют собой однокристальные термочувствительные полупроводниковые элементы с периферийными схемами (усилители и т.д.). Выходным сигналом датчика является напряжение. Это также датчики на основе термочувствительных ферритов и конденсаторов, в которых используются зависимости магнитной и диэлектрической проницаемости от температуры. Однако из-за сложности конструкции они нетехнологичны.