Сигнальные тракты систем управления двигателями предназначены для сбора информации о процессах, происходящих при работе двигателя и передачи её электронному блоку управления. Первичными измерительными преобразователями каждого сигнального тракта являются датчики (сенсоры).
Основное предназначение датчика состоит в восприятии физической величины определенного вида Х (входного сигнала) и преобразование ее в величину другого вида Y (выходной сигнал).
Как правило, выходные сигналы датчиков относятся к группе электрических физических величин – напряжение, ток, сопротивление и др.
Зависимость между выходным сигналом Y датчика и его входным сигналом Х, реализуемая датчиком в установившемся режиме называется статической характеристикой датчика. Иначе ее называют выходной характеристикой. В случае, когда входным и выходным сигналам приписаны нормированные значения физических величин (выраженные в определенных, стандартных единицах величин с определенной точностью), такая характеристика называется градуировочной.
Очевидно, между входным Х и выходным сигналами датчика должна существовать взаимнооднозначная зависимость, т.е. каждому значению входного сигнала Х должно соответствовать единственное значение выходного сигнала Y и наоборот – каждому значению Y – единственное значение Х.
Это обстоятельство накладывает следующее требование к градуировочной характеристике. Если ее представить в виде функции Y = f (х), то эта функция должна быть монотонной, т.е. не иметь максимумов, минимумов и так называемых точек перегиба.
Следует помнить, что датчик только тогда является первичным измерительным преобразователем, когда ему приписана градуировочная характеристика, т.е. последняя является основной характеристикой датчика.
|
|
|
Градуировочные характеристики должны быть стабильными, т.е. в течение заданного интервала времени сохранять свои основные параметры. Для автомобильных СУД этот интервал, как правило, совпадает с ресурсом датчика.
Прочими характеристиками датчиков являются: точность, чувствительность, рабочий диапазон измерений, динамические характеристики, входной и выходной импедансы и др.
Точность характеризуется величиной погрешности датчика, которая, в свою очередь, задается допустимыми отклонениями статической (градуировочной) характеристики от номинальной.
Чувствительность датчика характеризуется минимальным отклонением входной величины Х, которое приводит к изменению выходной величины.
Рабочий диапазон датчика характеризует интервал изменения входной величины, в котором выполняются свойства статической характеристики и погрешность датчика не превышает установленные пределы.
Динамические характеристики датчика, такие как постоянная времени, время запаздывания показаний, переходная функции и др., в основном используют для учета погрешностей датчика, связанных с его инерционностью как любой физической системы.
Применяемые в автомобильных СУД датчики подразделяются на генераторные
(активные) и параметрические (пассивные).
В генераторных датчиках под воздействием входного сигнала формируется энергетический сигнал, например, сигнал напряжения, сигнал тока, световой импульс и т.п.
|
|
|
В пассивных, параметрических датчиках изменение входного сигнала влияет на соответствующее изменение некого электрического параметра датчика, например, сопротивления, емкости и т.п., которые в дальнейшем используются для формирования энергетических сигналов с помощью электронных схем.
В зависимости от числа элементов (ступеней), участвующих в преобразовании входной физической величины в соответствующее значение выходной, датчики подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые. Первая ступень, непосредственно воспринимающая воздействие входной величины называется чувствительным элементом. В качестве примера можно привести двухступенчатый параметрический датчик давления, в котором чувствительным элементом является мембранная коробка, реагирующая на изменение внешнего давления Р. Реакцией мембранной коробки является механическое перемещение S ползунка потенциометра, которое приводит к изменению его сопротивления R.
По видам входных сигналов классификация датчиков соответствует классификации физических величин: датчики температуры, перемещения, давления, ускорения, химического состава газов и т.п.
По видам выходных сигналов датчики подразделяются на датчики напряжения, тока, сопротивления, емкости, индуктивности, частоты и пр.
Важными параметрами датчиков являются входной и выходной импедансы, т.е. активное и реактивное сопротивление датчика, измеренные на входе и выходе датчика соответственно. В зависимости от импедансов датчики подразделяются на низкоомные и высокоомные.
|
|
|
В зависимости от выходных сигналов датчики подразделяются также на аналоговые (непрерывные) и цифровые (дискретные). В структуре последних присутствует ступень, выполняющая тем или иным образом аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровые датчики более предпочтительны для современных СУД, имеющие в своем составе цифровой блок управления (компьютер).
В дальнейшем материале темы мы остановимся на наиболее часто встречающихся в СУД датчиках и рассмотрим их отличительные схемные решения и конструктивные особенности.
