Электронные датчики. Классификация датчиков и их назначение Электромеханические датчики принцип работы

Датчики представляют собой сложные устройства, которые часто используются для обнаружения и реагирования на электрические или оптические сигналы. Устройство преобразует физический параметр (температура, кровяное давление, влажность, скорость) в сигнал, который может быть измерен прибором.

Классификация датчиков при этом может быть различной. Есть несколько основных параметров распределения измерительных устройств, о которых речь пойдет дальше. В основном такое разделение связано с действием различных сил.

Это просто объяснить на примере измерения температуры. Ртуть в стеклянном термометре расширяется и сжимает жидкость, чтобы преобразовать измеренную температуру, которая может быть считана наблюдателем с калиброванной стеклянной трубки.

Критерии выбора

Существуют определенные особенности, которые необходимо учитывать при классификации датчика. Они указаны ниже:

1. Точность.
2. Условия окружающей среды - обычно датчики имеют ограничения по температуре, влажности.
3. Диапазон - предел измерения датчика.
4. Калибровка - необходима для большинства измерительных приборов, так как показания меняются со временем.
5. Стоимость.
6. Повторяемость - изменяемые показания многократно измеряются в одной и той же среде.

Распределение по категориям

Классификации датчиков подразделяются на следующие категории:

1. Первичное входное количество параметров.
2. Принципы трансдукции (использование физических и химических эффектов).
3. Материал и технология.
4. Назначение.

Принцип трансдукции является фундаментальным критерием, которому следуют для эффективного сбора информации. Обычно материально-технические критерии выбираются группой разработки.

Классификация датчиков на основе свойств распределяется следующим образом:

1. Температура: термисторы, термопары, термометры сопротивления, микросхемы.
2. Давление: оптоволоконные, вакуумные, эластичные манометры на жидкой основе, LVDT, электронные.
3. Поток: электромагнитные, перепад давления, позиционное смещение, тепловая масса.
4. Датчики уровня: перепад давления, ультразвуковая радиочастота, радар, тепловое смещение.
5. Близость и смещение: LVDT, фотоэлектрический, емкостный, магнитный, ультразвуковой.
6. Биосенсоры: резонансное зеркало, электрохимический, поверхностный плазмонный резонанс, светоадресуемый потенциометрический.
7. Изображение: устройства с зарядовой связью, CMOS.
8. Газ и химия: полупроводник, инфракрасный, проводимость, электрохимический.
9. Ускорение: гироскопы, акселерометры.
10. Другие: датчик влажности, датчик скорости, масса, датчик наклона, сила, вязкость.

Это большая группа, состоящая из подразделов. Примечательно, что с открытием новых технологий разделы постоянно пополняются.

Назначение классификации датчиков, основанное на направлении использования:

1. Контроль, измерение и автоматизация производственного процесса.
2. Непромышленное использование: авиация, медицинские изделия, автомобили, бытовая электроника.

Датчики могут быть классифицированы в зависимости от требований к питанию:

1. Активный датчик - приборы, которые требуют питания. Например, LiDAR (обнаружение света и дальномер), фотопроводящая ячейка.
2. Пассивный датчик - датчики, которые не требуют питания. Например, радиометры, пленочная фотография.

В эти два раздела входят все известные науке приборы.

В текущих применениях назначение классификации датчиков можно распределить по группам следующим образом:

1. Акселерометры - основаны на технологии микроэлектромеханического сенсора. Они используются для мониторинга пациентов, которые включают кардиостимуляторы. и динамических систем автомобиля.
2. Биосенсоры - основаны на электрохимической технологии. Применяются для тестирования продуктов питания, медицинских устройств, воды и обнаружения опасных биологических патогенов.
3. Датчики изображения - основаны на технологии CMOS. Они используются в бытовой электронике, биометрии, наблюдении за дорожным движением и безопасностью, а также на компьютерных изображениях.
4. Детекторы движения - основаны на инфракрасной, ультразвуковой и микроволновой/ радиолокационной технологиях. Задействуются в видеоиграх и симуляторах, световой активации и обнаружении безопасности.

Типы датчиков

Есть и основная группа. Она разделена на шесть основных направлений:

1. Температура.
2. Инфракрасное излучение.
3. Ультрафиолет.
4. Сенсор.
5. Приближение, движение.
6. Ультразвук.

В каждую группу могут входить подразделы, если технология даже частично используется в составе конкретного устройства.

1. Датчики температуры

Это одна из основных групп. Классификация датчиков температуры объединяет все устройства, имеющие способность проводить оценку параметров исходя из нагрева или остывания конкретного типа вещества либо материала.

Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную для другого оборудования или человека. Лучшая иллюстрация датчика температуры - ртуть в стеклянном термометре. Ртуть в стекле расширяется и сжимается в зависимости от изменений температуры. Наружная температура является исходным элементом для измерения показателя. Положение ртути наблюдает зритель, чтобы измерить параметр. Существует два основных типа датчиков температуры:

1. Контактные датчики. Этот тип устройств требует прямого физического контакта с объектом или носителем. Они контролируют температуру твердых веществ, жидкостей и газов в широком диапазоне температур.
2. Бесконтактные датчики. Этот тип датчиков не требует какого-либо физического контакта с измеряемым объектом или носителем. Они контролируют неотражающие твердые вещества и жидкости, но бесполезны для газов из-за их естественной прозрачности. Эти приборы используют закон Планка для измерения температуры. Этот закон касается тепла, излучаемого источником для измерения контрольного показателя.

Работа с различными устройствами

Принцип действия и классификация датчиков температуры разделяются и на использование технологии в других типах оборудования. Это могут быть приборные панели в автомобиле и специальные производственные установки в промышленном цеху.

1. Термопара - модули изготовлены из двух проводов (каждый - из разных однородных сплавов или металлов), которые образуют измерительный переход путем соединения на одном конце. Этот измерительный узел открыт для изучаемых элементов. Другой конец провода заканчивается измерительным устройством, где формируется опорный переход. Ток протекает по цепи, так как температура двух соединений различна. Полученное милливольтное напряжение измеряется для определения температуры на стыке.
2. Термодатчики сопротивления (RTD) - это типы терморезисторов, которые изготавливаются для измерения электрического сопротивления при изменении температуры. Они дороже, чем любые другие устройства для определения температуры.
3. Термисторы. Они представляют собой другой тип термического резистора, в котором большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.

2. ИК-датчик

Это устройство излучает или обнаруживает инфракрасное излучение для определения конкретной фазы в окружающей среде. Как правило, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре. Этот датчик обнаруживает тип источника, который не виден человеческим глазом.

Основная идея состоит в том, чтобы использовать инфракрасные светодиоды для передачи световых волн на объект. Другой ИК-диод того же типа должен использоваться для обнаружения отраженной волны от объекта.

Принцип действия

Классификация датчиков в системе автоматики в этом направлении распространена. Это связано с тем, что технология дает возможность задействовать дополнительные средства для оценки внешних параметров. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию инфракрасного света, на проводах возникает разность напряжений. Электрические свойства компонентов ИК-датчика можно использовать для измерения расстояния до объекта. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию света, разность потенциалов возникает через провода.

Где применяется:

1. Термография: согласно закону об излучении объектов, можно наблюдать за окружающей средой с видимым освещением или без него, используя эту технологию.
2. Нагревание: инфракрасное излучение можно использовать для приготовления и разогревания пищевых продуктов. Они могут убрать лед с крыльев самолета. Преобразователи популярны в промышленной области, такой как печать, формование пластмасс и сварка полимеров.
3. Спектроскопия: этот метод используется для идентификации молекул путем анализа составляющих связей. Технология использует световое излучение для изучения органических соединений.
4. Метеорология: измерить высоту облаков, рассчитать температуру земли и поверхности возможно, если метеорологические спутники оснащены сканирующими радиометрами.
5. Фотобиомодуляция: используется для химиотерапии у онкологических больных. Дополнительно технология используется для лечения вируса герпеса.
6. Климатология: мониторинг обмена энергией между атмосферой и землей.
7. Связь: инфракрасный лазер обеспечивает свет для связи по оптоволокну. Эти излучения также используются для связи на короткие расстояния между мобильными и компьютерными периферийными устройствами.

3. УФ-датчик

Эти датчики измеряют интенсивность или мощность падающего ультрафиолетового излучения. Форма электромагнитного излучения имеет большую длину волны, чем рентгеновское излучение, но все же короче, чем видимое излучение.

Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного измерения ультрафиолета. Приборы могут обнаруживать различное воздействие на окружающую среду.

Критерии выбора устройства:

1. Диапазоны длин волн в нанометрах (нм), которые могут быть обнаружены ультрафиолетовыми датчиками.
2. Рабочая температура.
3. Точность.
4. Диапазон мощности.

Принцип действия

Ультрафиолетовый датчик принимает один тип энергетического сигнала и передает другой тип сигналов. Для наблюдения и записи этих выходных потоков они направляются на электрический счетчик. Для создания графиков и отчетов показатели передаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на компьютер с программным обеспечением.

Используется в следующих приборах:

1. Ультрафиолетовые фототрубки - это чувствительные к излучению датчики, контролирующие обработку воздуха в ультрафиолете, обработку воды в ультрафиолете и облучение солнцем.
2. Датчики света - измеряют интенсивность падающего луча.
3. Датчики ультрафиолетового спектра - представляют собой устройства с зарядовой связью (ПЗС), используемые в лабораторных снимках.
4. Детекторы ультрафиолетового света.
5. Бактерицидные УФ-детекторы.
6. Датчики фотостабильности.

4. Сенсорный датчик

Это еще одна большая группа устройств. Классификация датчиков давления применяется для проведения оценки внешних параметров, отвечающих за появление дополнительных характеристик при действии определенного объекта либо вещества.

Датчик касания действует как переменный резистор в соответствии с местом, где он подключается.

Сенсорный датчик состоит из:

1. Полностью проводящее вещество, такое как медь.
2. Изолированный промежуточный материал, такой как пена или пластик.
3. Частично проводящий материал.

При этом строгого разделения нет. Классификация датчиков давления устанавливается посредством выбора конкретного сенсора, который и оценивает появляющееся напряжение внутри либо снаружи изучаемого объекта.

Принцип действия

Частично проводящий материал противодействует течению тока. Принципом линейного датчика положения является то, что поток тока считается более противоположным, когда длина материала, по которому должен пройти ток, больше. В результате сопротивление материала изменяется путем изменения положения, в котором он вступает в контакт с полностью проводящим объектом.

Классификация датчиков автоматики строится полностью на описанном принципе. Здесь же задействуют дополнительные ресурсы в виде специально разработанного ПО. Как правило, программное обеспечение связано с сенсорными датчиками. Устройства могут запомнить "последнее прикосновение", когда датчик отключен. Они могут зарегистрировать "первое прикосновение", как только датчик активируется, и понять все значения, связанные с ним. Это действие аналогично перемещению компьютерной мыши на другой конец коврика, чтобы переместить курсор в дальнюю сторону экрана.

5. Датчик приближения

Все чаще в современных транспортных средствах используют эту технологию. Классификация электрических датчиков с использованием световых и сенсорных модулей набирает популярность у автомобильных производителей.

Датчик приближения обнаруживает наличие объектов, которые находятся почти без каких-либо точек соприкосновения. Поскольку нет контакта между модулями и воспринимаемым объектом и отсутствуют механические детали, эти устройства имеют длительный срок службы и высокую надежность.

Различные типы датчиков приближения:

1. Индуктивные датчики приближения.
2. Емкостные датчики приближения.
3. Ультразвуковые датчики приближения.
4. Фотоэлектрические датчики.
5. Датчики Холла.

Принцип действия

Датчик приближения излучает электромагнитное или электростатическое поле или пучок электромагнитного излучения (например, инфракрасного) и ожидает ответного сигнала или изменений в поле. Обнаруживаемый объект известен как цель регистрирующего модуля.

Классификация датчиков по принципу действия и назначению будет следующей:

1. Индуктивные устройства: на входе имеется генератор, который изменяет сопротивление потерь на близость электропроводящей среды. Эти устройства предпочтительны для металлических объектов.
2. Емкостные датчики приближения: они преобразуют изменение электростатической емкости между электродами обнаружения и заземлением. Это происходит при приближении к близлежащему объекту с изменением частоты колебаний. Для обнаружения близлежащего объекта частота колебаний преобразуется в напряжение постоянного тока, которое сравнивается с заданным пороговым значением. Эти приборы предпочтительны для пластиковых объектов.

Классификация измерительной аппаратуры и датчиков при этом не ограничивается представленным выше описанием и параметрами. С появлением новых образцов измерительных приборов общая группа увеличивается. Разные определения утверждены для различения датчиков и преобразователей. Датчики могут быть определены как элемент, который воспринимает энергию, чтобы произвести вариант в той же или другой форме энергии. Датчик преобразует измеряемую величину в желаемый выходной сигнал, используя принцип преобразования.

На основании полученных и созданных сигналов принцип можно разделить на следующие группы: электрические, механические, термические, химические, излучающие и магнитные.

6. Ультразвуковые датчики

Ультразвуковой датчик используется для обнаружения присутствия объекта. Это достигается за счет излучения ультразвуковых волн от головки устройства и последующего приема отраженного ультразвукового сигнала от соответствующего объекта. Это помогает в обнаружении положения, присутствия и движения объектов.

Поскольку ультразвуковые датчики полагаются на звук, а не на свет при обнаружении, они широко используются для измерения уровня воды, медицинских процедур сканирования и в автомобильной промышленности. Ультразвуковые волны могут обнаружить невидимые объекты, такие как прозрачные пленки, стеклянные бутылки, пластиковые бутылки и листовое стекло, с помощью своих отражающих датчиков.

Принцип действия

Классификация индуктивных датчиков строится на сфере их использования. Здесь важно учитывать физические и химические свойства объектов. Движение ультразвуковых волн различается в зависимости от формы и типа среды. Например, ультразвуковые волны движутся прямо в однородной среде и отражаются и передаются обратно на границу между различными средами. Человеческое тело в воздухе вызывает значительное отражение и может быть легко обнаружено.

В технологии используются следующие принципы:

1. Мультиотражение. Многократное отражение имеет место, когда волны отражаются более одного раза между датчиком и объектом обнаружения.
2. Предельная зона. Минимальное расстояние срабатывания и максимальное расстояние срабатывания можно регулировать. Это называется лимитной зоной.
3. Зона обнаружения. Это интервал между поверхностью головки датчика и минимальным расстоянием обнаружения, полученным в результате регулировки расстояния сканирования.

Устройства, оборудованные этой технологией, позволяют проводить сканирование различных типов объектов. Ультразвуковые источники активно применяются при создании транспортных средств.

Индуктивный датчик приближения. Внешний вид

В промышленной электронике индуктивные, и другие датчики применяются очень широко.

Статья будет обзорной (если хотите, научно-популярной). Приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Виды датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик – это устройство, которое выдаёт определённый сигнал при наступлении какого-либо определённого события. Иначе говоря, датчик при определённом условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал.

Точнее можем посмотреть в Википедии: Датчик (сенсор, от англ. sensor) - понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Там же и много другой информации, но у меня своё, инженерно-электронно-прикладное, видение вопроса.

Датчиков бывает великое множество. Перечислю лишь те разновидности датчиков, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия – датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут “proximity sensor”. Фактически это – датчик металла.

Оптические. Другие названия – фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются “датчик освещённости”

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления . Давления воздуха или масла нет – сигнал на контроллер или рвёт . Это если дискретный. Может быть датчик с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него наезжает или давит объект.

Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами .

Пока хватит, перейдём к теме статьи.

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Поле индукционного датчика. Металлическая пластина меняет резонансную частоту колебательного контура

Схема индуктивного npn датчика. Приведена функциональная схема, на которой: генератор с колебательным контуром, пороговое устройство (компаратор), выходной транзистор NPN, защитные стабилитрон и диоды

Большинство картинок в статье – не мои, в конце можно будет скачать источники.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма. Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, пускателя, и так далее. Единственное условие – соответствие по току и напряжению.

Работа индуктивного датчика. Флажок движется вправо, и когда достигает зоны чувствительности датчика, датчик срабатывает.

Кстати, производители датчиков предупреждают, что не рекомендуется подключать непосредственно на выход датчика лампочку накаливания. О причинах я уже писал – .

Характеристики индуктивных датчиков

Чем отличаются датчики.

Почти всё, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим и ёмкостным датчикам .

Конструкция, вид корпуса

Тут два основных варианта – цилиндрический и прямоугольный . Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса – металл (различные сплавы) или пластик.

Диаметр цилиндрического датчика

Основные размеры – 12 и 18 мм . Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

Чтобы закрепить датчик 18 мм, нужны 2 ключа на 22 или 24 мм.

Расстояние переключения (рабочий зазор)

Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надёжное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние – от 0 до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм – до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков – до 20…30 мм.

Количество проводов для подключения

Подбираемся к схемотехнике.

2-проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки.

2-проводный датчик. Схема включения

Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением – не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Можно вообще не думать, как их подключать. Главное – обеспечить ток.

3-проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один – для нагрузки. Подробнее расскажу отдельно.

4- и 5-проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод – выбор режима работы или состояния выхода.

Виды выходов датчиков по полярности

У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента:

Релейный. Тут всё понятно. Реле коммутирует необходимое напряжение либо один из проводов питания. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка от схемы питания датчика, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением. Используется в основном в крупногабаритных датчиках.

Транзисторный PNP. Это – PNP датчик. На выходе – транзистор PNP, то есть коммутируется “плюсовой” провод. К “минусу” нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе – транзистор NPN, то есть коммутируется “минусовой”, или нулевой провод. К “плюсу” нагрузка подключена постоянно.

Можно чётко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод и коммутируется. Другой провод подключен к нагрузке постоянно.

Ниже будут даны схемы включения датчиков , на которых будет хорошо видно эти отличия.

Виды датчиков по состоянию выхода (НЗ и НО)

Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров – электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание) либо выключен. Соответственно, говорят – нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт либо нормально открытый (НО) контакт. В иностранной аппаратуре, соответственно – NС и NО.

То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков – то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

Положительная и отрицательная логика работы

Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле).

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ или ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ логика: вход контроллера активизируется (логическая “1”) при подключении к ЗЕМЛЕ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В=. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика: вход активизируется при подключении к +24 В=. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с ЗЕМЛЕЙ. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

Существуют варианты различных устройств и подключения к ним датчиков, спрашивайте в комментариях, вместе подумаем.

Продолжение статьи – . Во второй части даны реальные схемы и рассмотрено практическое применение различных типов датчиков с транзисторным выходом.

Современный автомобиль состоит из множества механических, электромеханических и электронных компонентов. Оптимальная работа двигателя должна обеспечиваться независимо от внешних условий. При изменении внешних факторов, работа узлов и компонентов должна адаптироваться под них. Датчики автомобиля служат своеобразным следящим устройством за работой автомобиля. Рассмотрим основные датчики:

3. Датчик расхода воздуха в авто — на что влияет?

Принцип работы датчика расхода воздуха основан на измерении количества тепла, отданного потоку воздуха во впускном коллекторе двигателя. Нагревательный
элемент датчика установлен перед воздушным фильтром автомобиля. Изменение
скорости потока воздуха и, соответственно, его массовой доли, отражается на степени
изменения температуры нагревательной спирали MAF-сенсора.

«Троение» двигателя при работе и потеря мощности говорит о возможном выходе из строя датчика расхода воздуха.

4. Кислородный датчик, лямда-зонд — неисправность датчика

Кислородный датчик или лямда-зонд определяет количество кислорода в выпускном коллекторе, оставшегося после сгорания топлива. Лямда-зонд входит в электронную систему управления двигателем, которая регулирует количество топлива, обеспечивая его полноту сгорания. Повышенный расход топлива характеризует возможную неисправность датчика.

5. Датчик дроссельной заслонки — признаки неисправности

Этот датчик представляет собой электромеханическое устройство, состоящего из чувствительного элемента и шагового двигателя.

Чувствительным элементом является
температурный датчик, а шаговый двигатель является исполнительным механизмом.
Это электромеханическое устройство изменяет положение дроссельной заслонки
относительно температуры охлаждающей жидкости. Таким образом, частота вращения
коленчатого вала двигателя зависит от степени нагрева ОЖ.

Характерным признаком неисправности этого датчика является отсутствие прогревочных оборотов и повышенный расход топлива.

6. Датчик давления масла — функции, выход из строя

На автомобилях японской марки устанавливается датчик давления масла мембранного
типа. Датчик состоит из двух полостей, разделенных гибкой мембраной. Масло
воздействует на мембрану с одной стороны, прогибаясь от давления. В измерительной
полости датчика мембрана соединена со штоком реостата.

В зависимости от давления моторного масла, мембрана прогибается больше или меньше, изменяя при этом общее сопротивление сенсора. Датчик давления масла расположен на блоке цилиндров двигателя.

Горящая лампочка давления масла на панели автомобиля может свидетельствовать о выходе из строя датчика.

7. Не работает датчик детонации в двигателе?

Датчик детонации двигателя измеряет угол опережения зажигания. При нормальной работе двигателя датчик находится в «холостом» режиме. При изменении процесса
сгорания в сторону взрывного характера сгорания топлива-детонации, датчик посылает сигнал электронной системе управления двигателем для изменения угла опережения
зажигания в сторону уменьшения.

Он расположен в районе воздушного фильтра на блоке цилиндров. Для проверки работоспособности датчика детонации, необходимо выполнить .

8. Датчик угла поворота распредвала — троит двигатель

Этот датчик находится на головке блока цилиндров и измеряет частоту вращения
распределительного вала двигателя, и на основе сигналов от датчика, блок управления определяет текущее положение поршней в цилиндрах.

Неравномерность работы двигателя и троение свидетельствует о некорректной работе датчика. Проверку производят при помощи омметра, измеряя сопротивление между клеммами сенсора.

9. Датчик АБС / ABS в автомобиле — проверяем работоспособность

Датчики АБС электромагнитного типа устанавливаются на колесах автомобиля и входят в антиблокировочную систему автомобиля.

Функцией датчика является измерение частоты вращения колеса. Объектом измерения датчика является сигнальный зубчатый диск, который установлен на ступице колеса. При неисправном датчике АБС, контрольная лампочка на панели управления не гаснет после запуска двигателя.

Технология определения работоспособности датчика заключается в измерении сопротивления между контактами датчика, при неисправности сопротивление равняется нулю.

10. Датчик уровня топлива в авто — как проверить работоспособность?

Датчик уровня топлива устанавливается в корпус бензонасоса и состоит из нескольких компонентов. Поплавок посредством длинной штанги воздействует на секторный реостат, который изменяет сопротивление датчика в зависимости от уровня топлива в баке автомобиля. Сигналы датчика поступают на стрелочный или электронный указатель на панели управления автомобиля. Проверка работоспособности датчика уровня топлива осуществляется омметром, которым измеряется сопротивление между контактами датчика.

Прежде всего необходимо внести разграничение между понятиями «сенсор» и «датчик». Под датчиком традиционно понимается устройство, способное преобразовать входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования. Сегодня существует ряд требований, предъявляемых к современным датчикам:

• Однозначная зависимость выходной величины от входной.
• Стабильные показания независимо от времени использования.
• Высокий показатель чувствительности.
• Небольшие размеры и малая масса.
• Отсутствие воздействия датчика на контролируемый процесс.
• Возможность работы в различных условиях.
• Совместимость с другими устройствами.

Любой датчик включает в себя следующие элементы: чувствительный элемент и сигнализатор . В ряде случаев могут добавляться усилитель и селектор сигналов, но зачастую потребность в них отсутствует. Составные части датчика обуславливают и принцип его дальнейшей работы. В тот момент, когда в объекте наблюдения происходят какие-либо изменения, их фиксирует чувствительный элемент. Сразу после этого изменения отображаются на сигнализаторе, данные которого объективны и информативны, но не могут быть обработаны автоматически.

Рис. 22.

Примером простейшего датчика может служить ртутный термометр. В качестве чувствительного элемента используется ртуть, температурная шкала исполняет роль сигнализатора, а объектом наблюдения является температура. При этом важно понимать, что показания датчика представляют собой набор данных, а не информацию. Они не сохраняются во внешнюю или внутреннюю память и не пригодны для автоматизированной обработки, хранения и передачи.

Все датчики, использующиеся различными технологическими решениями из сферы Интернета вещей, можно разделить на несколько категорий. Основанием одной из самых удобных классификаций служит назначение устройств " 3:

• датчики присутствия и движения;
• детекторы положения, перемещения и уровня;
• датчики скорости и ускорения;
• датчики силы и прикосновения;
• датчики давления;
• расходомеры;
• акустические датчики;
• датчики влажности;
• детекторы световых излучении;
• датчики температуры;
• химические и биологические датчики.

Работа сенсоров серьезно отличается от работы датчиков. Прежде всего необходимо остановиться на определении понятия «сенсор». Под сенсором понимается устройство, способное преобразовать изменения, произошедшие в объекте наблюдения, в информационный сигнал, пригодный к дальнейшему хранению, обработке и передаче .

Схема работы сенсора близка к цепочке, характерной для датчика. В определенном смысле сенсор может трактоваться как улучшенный датчик, поскольку его структура может быть выражена в виде «составные элементы датчика» + «узел обработки информации». Функциональная схема сенсора выглядит следующим образом .

Рис. 23.

При этом классификация сенсоров по назначению эквивалентна такой же классификации для датчиков. Нередко сенсоры и датчики могут измерять одну и ту же величину у одного и того же объекта, но датчики будут демонстрировать данные, а сенсоры - еще и преобразовывать их в информационный сигнал.

Кроме того, существует особый тип сенсоров, который имеет смысл рассмотреть для понимания концепции Интернета вещей. Это так называемые «умные» сенсоры, функциональная схема которых дополняется наличием алгоритмов для первичной обработки собранной информации. Таким образом, обычный сенсор способен обработать данные и предоставить их в виде информации, а «умный» сенсор способен производить какие-либо действия с самостоятельно захваченной информацией из внешней среды.

В будущем можно ожидать серьезного развития ЗО-сенсоров, способных с высокой точностью сканировать окружающее пространство и строить его виртуальную модель . Так, в настоящий момент сенсор Capri 3D способен определять движения людей и их метрические харак-

теристики. Кроме того, данный сенсор может отсканировать объект внешней среды и сохранить информацию в САЭ-файле для дальнейшей отправки на печать на ЗЭ-принтере.

Рис. 24. Сенсор Capri 3D, подключенный к Samsung Nexus 10

Особого внимания заслуживает развитие устройств, сочетающих в себе сразу несколько сенсоров разного типа. Как говорилось в пункте 2.2.1, для получения знания необходима информация о разных характеристиках объекта. А использование разных сенсоров позволяет получить необходимую информацию. В некотором смысле такие устройства действительно могут узнавать людей. Примером подобного устройства может служить беспроводной контроллер Kinekt, использующийся в современных видеоиграх.

IR Emitter Color Sensor

Microphone Ar ray

Рис. 25. Устройство беспроводного контроллера Kinekt 57

Контроллер Kinekt содержит в себе сразу несколько компонентов: инфракрасный излучатель; инфракрасный приемник; цветная камера;

набор из 4 микрофонов и обработчика звукового сигнала; средство коррекции наклона.

Принцип работы контроллера Клпек! достаточно прост. Лучи, вышедшие из инфракрасного излучателя, отражаются и попадают в инфракрасный приемник. За счет этого удается получить информацию о пространственном положении человека, который играет в видеоигру. Камера способна зафиксировать различные цветовые данные, а микрофоны в состоянии улавливать голосовые команды игрока. В итоге контроллер оказывается в состоянии собрать достаточный объем информации о человеке, чтобы тот мог управлять игрой посредством движений или голосовых команд.

В определенном смысле контроллер Ктек! относится к сфере технологий Интернета вещей. Он способен идентифицировать игрока, собрать информацию о нем и передать другим устройствам (игровой приставке). Но подобный набор сенсоров потенциально может использоваться и в других перспективных для концепции Интернета вещей областях, включая сферу развертывания технологий «умного» дома.

Совсем недавно в автомобиле можно было найти только три датчика, показывающих уровень давления и топлива, а также температуру охлаждающей жидкости. При этом они никак не влияли на работу двигателя и автомобильных систем в целом, а всего лишь сообщали водителю указанные параметры при помощи световых или других сигналов. После появления электронных блоков управления количество сенсоров, использующихся в машине, сильно увеличилось, как и выросла их значимость, поскольку именно на их показаниях основывается взаимодействие блока с силовым агрегатом. Для обеспечения безопасности и лучшей управляемости транспортного средства постоянно разрабатываются новые приборы, призванные сделать использование автомобиля еще комфортнее. В этой статье мы расскажем, какие автомобильные датчики существуют сегодня, а также поговорим об особенностях их эксплуатации.

Классификации устройств

Все существующие виды автомобильных датчиков, реле и переключателей принято разделять на несколько классов:

• Первый – приборы, контролирующие работу тормозной системы и рулевого управления. К этому же классу относятся датчики, отвечающие за безопасность пассажиров.
• Второй – устройство, контролирующее работу трансмиссии, а также датчики для отслеживания работы двигателя, колес и подвески.
• Третий – приборы, отвечающие за защиту автомобиля от аварий и других внештатных ситуаций.

Также отдельно выделяется класс вспомогательного оборудования, к которому относятся, например, датчики парковки.

Достижения современной электроники позволяют сделать устройство более интеллектуальным и снять часть нагрузки с блока управления. Другими словами, прибор может сам определять, подать сигнал о каком-то аномальном поведении или нет. Кроме того, устройство может быть активным или пассивным. В активном датчике электрические импульсы возникают в процессе работы, а пассивный просто переводит другую внешнюю энергию в электрическую.

Датчики управления двигателем

К таковым относятся:

• Устройство для контроля за уровнем кислорода и азота в топливе. К этому же классу относятся датчики, влияющие на соотношение в топливно-воздушной смеси.
• Приборы, определяющие скорость вращения и положения различных валов и элементов в двигателе.
• Датчики давления (масла, а также других жидкостей или газов). К этой же группе относятся устройство, измеряющее уровень вышеуказанных веществ.
• Температурные датчики.
• Прибор, отвечающий за работу топливной системы и следящий за возможными детонациями.

Сенсоры, анализирующие состояние газов

Автомобильный датчик кислорода (лямбда-зонд) находится в выпускном коллекторе и позволяет оптимально расходовать бензин или дизельное топливо. Аппарат определяет количество кислорода, оставшееся после сгорания, и регулирует количество воздуха в камере. Троение двигателя и повышенный расход топлива могут свидетельствовать о том, что устройство вышло из строя и воздух в камере сгорания разрежен (эффект вакуума), что нарушает работу силового агрегата. Датчик устанавливается в выпускном коллекторе возле рулевой рейки.

Аппарат, определяющий концентрацию оксида азота в нейтрализаторе. При его поломке наблюдается постоянное повторение регенерационных циклов. Устанавливается на поверхности дроссельного узла.

Сенсор, контролирующий уровень воздуха, всасывающегося силовым агрегатом (ДТВВ). Располагается рядом с воздушным фильтром и представляет собой две платиновые нити, нагревающиеся при помощи электротока. Одна из них находится в воздушном канале, поэтому, когда напор воздуха увеличивается, из-за охлаждения нити ее сопротивление изменяется. Блок управления (ЭБУ), анализируя разницу напряжений на обеих нитях, корректирует количество воздуха в соответствии с нормой. Со временем устройство загрязняется, из-за чего датчик начинает работать нестабильно.

Датчик температуры всасываемого воздуха (ДТВВ)

Важно! Для очистки нити нельзя использовать какие-либо растворители, а также зубочистки, ватки и т.п. В этом случае следует обратиться в автосервис.

В турбомоторах может быть установлен сенсор абсолютного давления, представляющий собой два цилиндра, в одном из которых воздух откачан. Разница давлений между ними и является показаниями.

Датчик, измеряющий величину открытия клапана EGR. Позволяет снизить уровень токсичности выхлопных газов во время чрезмерного прогрева двигателя.

Альтиметр. Сообщает электронному блоку управления об атмосферном давлении. Это позволяет регулировать наддув и более грамотно производить рециркуляцию отработанных газов.

Сенсоры скорости

Это приборы, анализирующие скорость вращения коленчатого вала. Частично отвечают за подачу топлива и время появления искры в двигателе. Аппараты очень выносливы, поскольку представляет собой обычный магнит с намотанной на них проволокой. При выходе их из строя запустить силовой агрегат возможным не представляется, поскольку электронный блок управления не может вычислить скорость и положение коленчатого вала.

Если же завести мотор все-таки удалось, то он будет постоянно глохнуть и вести себя непредсказуемо на высоких оборотах. Устройство находится в нижнем блоке с цилиндрами.

Сенсор, контролирующий положение дроссельной заслонки. Его работа основывается на показаниях, считываемых с педали газа. Состоит из двух элементов – шаговый двигатель и датчик температуры охлаждающей жидкости. Чем сильнее давление на педаль газа и чем выше температура ОЖ, тем быстрее вращается коленчатый вал. Как и в предыдущем случае, проблемы с этим аппаратом приводят к перебоям в работе двигателя.

Автомобильный датчик Холла. Определяет угол поворота распредвала и отвечает за изменение положения поршней в цилиндрах. При нарушениях в его работе блок управления не может точно вычислить время подачи топлива и искры.

Датчик скорости автомобиля (ДСА). Устанавливается рядом с коробкой передач и сообщает любые изменения в скорости машины. Аппарат не отличается особой надежностью.

Датчик фаз распредвала. Аппарат монтируется только на двигателе с шестнадцатью цилиндрами и определяет очередность работы каждого из них. Нарушения в работе прибора приводит к включению попарно-параллельного режима подачи топлива, что автоматически сказывается на его расходе. Установка его производится в верхней части блока с цилиндрами.

Регулятор холостого хода. Датчик необходим для стабилизации подачи топливно-воздушной смеси в двигатель, а также для выравнивания оборотов последнего при работе на холостом ходу. При закрытой дроссельной заслонке аппарат увеличивает или уменьшает поток воздуха, поступающий через дополнительный канал. РХХ позволяет поддерживать оптимальные обороты двигателя для его нормального прогрева. Неисправность прибора выражается в нестабильной работе силового агрегата на холостом ходу. Регулятор устанавливается на корпусе дроссельной заслонки и закрепляется четырьмя винтами. К сожалению, на некоторых автомобилях демонтаж этого датчика затруднен тем, что головки крепежных винтов рассверлены и посажены на лак. Необходимо отметить, что такие приборы редко подсоединяются к системе диагностики автомобиля, поэтому лампа «Check engine» не загорается. Проверка работоспособности устройства основывается только на проявляющихся симптомах. Однако вы можете проверить двигатель при помощи вакуумметра, чтобы обнаружить виновника торжества.

Сенсоры, показывающие уровень и давление жидкостей

Датчик уровня топлива (ДУТ) в общем случае представляет собой обычный поплавок, подсоединенный к реостату. При снижении уровня топлива до определенного значения происходит замыкание контактов, сопровождающееся световым сигналом на приборной панели. По такому же принципу работает датчик уровня тормозной жидкости, устанавливающийся рядом с антиблокировочной системой.

Датчик давления масла. Представляет собой камеру, разделенную на две части небольшой мембраной. При движении масла эта мембрана прогибается, передвигая потенциометр, что приводит к изменению сопротивления реостата, вмонтированного в устройство. Эти изменения и отслеживаются ЭБУ. Так же работает и датчик давления топлива, монтирующийся в бензонасосе.

Устройство, определяющее расход топлива. Обычно устанавливается на служебных автомобилях для того, чтобы исключить слив бензина недобросовестными водителями.

Термо-сенсоры

К таковым относятся:

• Датчик температуры воздуха в автомобиле. Устанавливается на торпеде и показывает температуру в салоне.
• Сенсор, сообщающий температуру окружающей среды. Устанавливается рядом с решеткой радиатора.
• Датчик температуры охлаждающей жидкости (антифриза), отвечающий за включение и отключение вентиляторов, а также выводящий показания на соответствующий дисплей. Находится между термостатом и головкой блока с цилиндрами. Основные неисправности – обрыв питающего провода или нарушение контактного соединения внутри устройства.
• Датчик температуры двигателя, сообщающий ЭБУ о критическом ее превышении. Является дополнительной мерой безопасности.
• Термо-сенсор, установленный в цоколе масляного фильтра. Следит за состоянием масла для повышения эксплуатационных характеристик двигателя.

Любой тип термодатчика работает по одному принципу – при изменениях температуры меняется и сопротивление между клеммами, что и отражается в показаниях прибора. Некоторые из этих сенсоров никак не влияют на двигатель, тогда как другие, например, датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ), очень важны. Без их работы характеристики мотора сильно снижаются, а в некоторых случаях силовой агрегат может даже выйти из строя.

Такие устройства используются и в других системах автомобиля, например, для термоконтроля за уровнем масла в коробке, или в кондиционере для поддержания оптимальной температуры.

Детонационный сенсор

Это устройство отслеживает все детонационные процессы, происходящие в двигателе. Оно необходимо для равномерной отработки топлива. Система похожа на звукосниматель в виниловом проигрывателе и отслеживает все звуки определенной частоты. В результате ЭБУ «слышит», что происходит с мотором. Как только сенсор определяет небольшую детонацию, вызванную неравномерностью между циклами зажигания и впрыска топлива, электронный блок управления тут же корректирует время между ними. При выходе датчика из строя – повышается расход топлива, двигатель начинает вести себя непредсказуемо (глохнуть, резко изменять обороты, троить).

Дополнительные сенсоры для обеспечения безопасности

Разновидности этого оборудования:

• Устройство, замеряющее давление в шинах. Как правило, такими сенсорами комплектуются одни из самых дорогих покрышек. Датчик позволяет повысить безопасность движения, поскольку отслеживает изменения давления в шинах автомобиля и сообщает о них водителю при помощи световых или звуковых сигналов.
• АБС (). Отслеживает скорость вращения колес и не дает их полностью блокировать во время торможения, чтобы не допустить занос транспортного средства. Система может быть активной или пассивной. Первый вариант предпочтительнее, поскольку такое устройство может контролироваться бортовым компьютером, что повышает его эффективность. Однако следует отметить, что работа активных автомобильных датчиков требует питания от АКБ или от генератора.
• Сенсоры, определяющие количество пассажиров в салоне. Анализироваться может либо давление на сидение, либо количество пристегнутых ремней безопасности. Как правило, эта информация используется при вызове экстренных служб специальными системами, например, Эра Глонасс.
• Датчик удара автомобиля. Устройства реагируют на переворот машины, а также на различные столкновения. Как и сенсоры для определения количество пассажиров, такие устройства используются для вызова экстренных служб.
• Датчик света. Состоит из фотосенсора, реагирующего на изменение освещенности. При наступлении сумерек датчик света автоматически включит габаритные огни. При помощи выключателей, устройство можно отключить для сохранения заряда аккумулятора. Кроме того, имеется возможность включить фары напрямую без использования сенсора, поскольку последний реагирует только ночью, а ПДД подразумевают использование фар и в дневное время суток. Тем не менее, при всех своих достоинствах, датчик света обладает одним существенным минусом – он может сработать тогда, когда вам это совсем не нужно.
• Датчик дождя в автомобиле (ДДА). Состоит из двух устройств – фотоэлемент и сенсор влажности. При соблюдении определенных условий (когда фотоэлемент зафиксирует наличие капель дождя, а сенсор влажности это подтвердит) – дворники включатся автоматически. Причем интенсивность их работы будет определяться все тем же датчиком. Когда погода вновь станет ясной и необходимость в использовании дворников отпадет, они автоматически отключатся.
• Датчики парковки. Представляют собой радар, показывающий расстояние до объектов, когда водитель начинает парковаться. Конструкция парковочного сенсора может включать не только сам радар, но и камеру заднего обзора.

Сенсоры автосигнализации

В случае установки автосигнализации на машину, система обогатится еще несколькими автомобильными датчиками, реле и переключателями.

• Датчик наклона автомобиля. Контролирует положение кузова и включает сигнал тревоги, если машину начинают наклонять. Также сенсор реагирует на любое перемещение машины, например, производимое с помощью эвакуатора.
• Датчик движения. Размещается в салоне и реагирует на все, что происходит внутри. Иногда может комплектоваться микрофоном для более точного слежения.
• Контактные сенсоры. Устанавливаются на двери, а также на багажнике и капоте. Реагируют на любую попытку взлома.
• Устройство, измеряющее уровень напряжения в сети. Подает сигнал тревоги в случаях, когда сила тока или напряжения падает. Позволяет отследить любые попытки подключения или отключения компонентов от аккумулятора.
• Сенсор объема. Реагирует на открытие двери (если по каким-то причинам остальные датчики не сработали или были отключены), а также на любое изменение объема воздуха, возникающего, например, при разбивании стекла.

Заключение

Таким образом, становится понятно, насколько важны различные сенсоры для автомобилей. Без них работа двигателя и машины в целом была бы намного сложнее, а расход топлива, как и токсичность отработанных газов, сильно бы увеличился. Что касается автомобильной сигнализации и системы экстренного вызова, то их значимость вообще трудно недооценить. Эти устройства помогают и жизни спасти, и машину сохранить.