ДАТЧИКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой термистор (резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры). Датчик ввернут в отводящий штуцер термостата и соединен с входом контроллера. При низкой температуре сопротивление датчика высокое, а при высокой температуре - низкое (табл. 10.8).

ЭБУ рассчитывает температуру охлаждающей жидкости по падению напряжения на датчике. На холодном двигателе падение напряжения высокое, а на прогретом - низкое. Температура охлаждающей жидкости влияет на большинство характеристик, которыми управляет ЭБУ.

Для замены датчика вам потребуется ключ «на 19».

2. Частично слейте охлаждающую жидкость из радиатора.

3. Сожмите фиксатор колодки жгута проводов...

4. ...и отсоедините колодку от датчика температуры охлаждающей жидкости.

5. Ослабьте ключом затяжку датчика...

6. ...и выверните его из штуцера термостата.

7. Остудите датчик до температуры окружающего воздуха. Подсоедините тестер в режиме омметра к выводам датчика и измерьте его сопротивление. Измерьте термометром текущую температуру воздуха и сравните полученные значения с табл. 10.8. При отклонении сопротивления от нормы замените датчик.

8. Для измерения сопротивления на выводах датчика при различных температурных режимах опустите датчик в горячую воду и проверьте изменение его сопротивления по мере остывания воды, контролируя температуру воды термометром. Номинальные значения сопротивления при различной температуре указаны в табл. 10.8.

9. Установите датчик в порядке, обратном снятию.

10. Залейте охлаждающую жидкость.

Датчик детонации , прикрепленный к верхней части блока цилиндров, улавливает аномальные вибрации (детонационные удары) в двигателе.

Чувствительным элементом датчика является пьезокристаллическая пластинка. При возникновении детонации на выходе датчика генерируются импульсы напряжения, которые увеличиваются с возрастанием интенсивности детонационных ударов. ЭБУ по сигналу датчика регулирует опережение зажигания для устранения детонационных вспышек топлива.

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Нажмите на пружинный фиксатор и отсоедините колодку жгута проводов от колодки жгута датчика детонации.

3. Выверните болт крепления датчика детонации к блоку цилиндров двигателя...

4. ...и снимите датчик (впускной трубопровод для наглядности снят).

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание на маркировку датчика, чтобы при замене на новый приобрести аналогичный датчик детонации.

5. Установите датчик в обратном порядке, ввернув болт его крепления моментом 19,5-20,5 Н·м.

Комбинированный датчик температуры и абсолютного давления воздуха во впускном трубопроводе. Датчик абсолютного давления выполнен в виде четырех резисторов переменного сопротивления, соединенных мостом и наклеенных на диафрагму, которая сжимается или растягивается в зависимости от абсолютного давления впускного воздуха внутри впускного трубопровода. Он фиксирует изменение давления во впускном трубопроводе в зависимости от изменения нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя и преобразует его в напряжение выходного сигнала. ЭБУ подает на датчик напряжение питания 5 В и обрабатывает его сигналы, передаваемые по цепи передачи сигнала. В зависимости от сигнала датчика ЭБУ изменяет продолжительность подачи топлива и угол опережения зажигания.

Датчик температуры впускного воздуха представляет собой термистор с отрицательным температурным коэффициентом: электрическое сопротивление датчика уменьшается с повышением температуры. По информации о температуре воздуха от датчика контроллер регулирует количество впрыскиваемого топлива.

Для замены датчика вам потребуется отвертка с крестообразным лезвием.

1. Отожмите пластмассовый фиксатор колодки жгута проводов...

2. ...и отсоедините колодку от датчика.

3. Выверните два винта крепления датчика температуры и абсолютного давления впускного воздуха к впускному трубопроводу...

4. ...и снимите датчик.

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание на маркировку датчика, чтобы при замене неисправного датчика приобрести аналогичный датчик температуры и абсолютного давления впускного воздуха.

5. Установите датчик температуры и абсолютного давления впускного воздуха в порядке, обратном снятию.

Датчик скорости автомобиля установлен на коробке передач. Принцип действия датчика основан на эффекте Холла. Датчик выдает на ЭБУ прямоугольные импульсы напряжения с частотой, пропорциональной скорости вращения ведущих колес.

Для замены датчика вам потребуется ключ «на 10».

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Сожмите пружинный фиксатор колодки жгута проводов и отсоедините колодку от датчика скорости.

3. Выверните болт крепления и снимите датчик скорости.

4. Установите датчик скорости в порядке, обратном снятию.

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) установлен сбоку на дроссельном узле и связан с осью дроссельной заслонки.

Он представляет собой потенциометр, на один конец которого подается «плюс» напряжения питания (5 В), а другой его конец соединен с «массой». С третьего вывода потенциометра (от ползунка) идет выходной сигнал к ЭБУ. Когда дроссельная заслонка поворачивается (от воздействия на педаль управления), напряжение на выходе датчика изменяется.

При закрытой дроссельной заслонке оно ниже 0,95 В. Когда заслонка открывается, напряжение на выходе датчика растет и при полностью открытой заслонке должно быть более 4 В. Отслеживая выходное напряжение датчика,

ЭБУ корректирует подачу топлива в зависимости от угла открытия дроссельной заслонки (т.е. по желанию водителя). ДПДЗ не требует регулировки, так как электронный блок воспринимает холостой ход (т.е. полное закрытие дроссельной заслонки) как нулевую отметку.

При отказе датчика дроссельной заслонки ЭБУ заносит в память код неисправности датчика, включает контрольную лампу системы управления двигателем и рассчитывает предполагаемое значение угла открытия дроссельной заслонки по частоте вращения коленчатого вала и по сигналам комбинированного датчика температуры и абсолютного давления воздуха во впускном трубопроводе.

Для замены ДПДЗ вам потребуется отвертка с крестообразным лезвием.

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Нажмите на фиксатор колодки жгута проводов...

3. ...и отсоедините колодку от датчика.

4. Выверните два винта крепления...

5. ...и снимите датчик положения дроссельной заслонки с дроссельного узла.

6. Установите датчик в порядке, обратном снятию.

Регулятор холостого хода (РХХ) регулирует частоту вращения коленчатого вала в режиме холостого хода, управляя количеством подаваемого воздуха в обход закрытой дроссельной заслонки. Он состоит из двухполюсного шагового электродвигателя и соединенного с ним конусного клапана. Клапан выдвигается или убирается по сигналам ЭБУ. Полностью выдвинутая игла регулятора (что соответствует 0 шагов) перекрывает поток воздуха. Когда игла вдвигается, обеспечивается расход воздуха, пропорциональный количеству шагов отхода иглы от седла.

Замена РХХ описана в разд. 5 «Двигатель» (см. «Проверка и замена регулятора холостого хода» ).

Датчик положения коленчатого вала индуктивного типа предназначен для синхронизации работы электронного блока управления с ВМТ поршней 1-го и 4-го цилиндров и угловым положением коленчатого вала.

Датчик установлен на картере сцепления напротив задающего зубчатого венца маховика. На маховике вырезаны зубья с равноудаленными впадинами. Два зуба срезаны для создания импульса синхронизации («опорного» импульса), который необходим для согласования работы блока управления с ВМТ поршней в 1-м и 4-м цилиндрах.

При вращении коленчатого вала зубья изменяют магнитное поле датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока. Блок управления по сигналам датчика определяет частоту вращения коленчатого вала и выдает импульсы на форсунки.

При отказе датчика пуск двигателя невозможен.

Для замены датчика вам потребуется ключ «на 10».

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Нажмите на пружинный фиксатор...

3. ...и отсоедините колодку жгута проводов системы управления двигателем от колодки жгута проводов датчика.

4. Выверните болт крепления датчика...

5. ...выньте колодку жгута проводов датчика из кронштейна...

6. ...и извлеките датчик положения коленчатого вала из отверстия в картере сцепления.

7. Установите датчик в порядке, обратном снятию.

Датчик концентрации кислорода установлен в приемной трубе системы выпуска отработавших газов. Содержащийся в отработавших газах кислород реагирует с датчиком концентрации кислорода, создавая разность потенциалов на выходе датчика. Она изменяется приблизительно от 0,1 В (высокое содержание кислорода - бедная смесь) до 0,9 В (мало кислорода - богатая смесь).

Для нормальной работы температура датчика должна составлять не ниже 300°С. Поэтому для быстрого прогрева после пуска двигателя в датчик встроен нагревательный элемент.

Отслеживая выходное напряжение датчика концентрации кислорода, контроллер определяет, какую команду по корректировке состава рабочей смеси подавать на форсунки.

Если смесь бедная (низкая разность потенциалов на выходе датчика), то контроллер дает команду на обогащение смеси; если смесь богатая (высокая разность потенциалов) - на обеднение смеси.

Для замены управляющего датчика концентрации кислорода вам потребуются: ключ «на 22», отвертка с плоским лезвием.

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Выдвиньте красный фиксатор...

3....и разъедините колодки жгутов проводов системы управления двигателем и датчика концентрации кислорода.

4. Выверните датчик из приемной трубы и снимите его с автомобиля.

ПРИМЕЧАНИЕ

Обратите внимание на маркировку датчика, чтобы при замене на новый приобрести аналогичный датчик концентрации кислорода.

5. Установите датчик в порядке, обратном снятию, смазав предварительно резьбовую часть датчика графитной смазкой.

Датчик фаз установлен в задней части головки блока цилиндров. Принцип его действия основан на эффекте Холла. Датчик определяет ВМТ такта сжатия поршня 1-го цилиндра. Сигнал датчика используется контроллером для организации фазированного впрыска топлива в соответствии с порядком работы цилиндров.

При возникновении неисправности цепи контроллер заносит в свою память ее код и включает контрольную лампу.

Для замены датчика фаз вам потребуется ключ «на 8».

1. Отсоедините провод от клеммы «минус» аккумуляторной батареи.

2. Нажмите на пружинный фиксатор колодки жгута проводов...

3. ...и отсоедините колодку от разъема датчика.

4. Выверните два болта крепления крышки датчика к его корпусу...

5. ...и снимите крышку с установленными в ней чувствительным элементом и разъемом.

ПРИМЕЧАНИЕ

Чувствительный элемент датчика фазы приклепан к крышке заклепками, поэтому рекомендуем заменять его в сборе с крышкой.

6. Установите датчик фаз в порядке, обратном снятию.

Современные транспортные средства уже давно не измеряют скорость устаревшим механическим методом - через вращающийся тросик. Сейчас используются специальные устройства, работа которых основывается на эффекте Холла. Датчик работает в паре с контроллером, принимающим от него электромагнитные импульсы, и мгновенно вычисляющим текущую скорость передвижения транспортного средства. Процесс вычисления происходит по такой схеме: каждый пройденный километр пути датчик посылает контроллеру строго определенное число электромагнитных импульсов - 6004.

Чем выше текущая скорость авто, тем с большей интенсивностью передаются импульсы на контроллер, что позволяет последнему точно определять с какой скоростью ТС движется в настоящий момент. Кроме определения скорости, этот датчик выполняет еще одну немаловажную функцию. Когда транспортное средство "катится" накатом, и его скорость не превышает, импульсный датчик скорости не блокирует поступление топлива, способствуя его экономии. Принцип работы датчика скорости достаточно прост, но, если возникают неисправности, это неизбежно сказывается на работе двигателя в целом.

Как влияет датчик скорости на работу двигателя

Исправный датчик скорости передает сигнал в контроллер, который в свою очередь отправляет данные о текущей скорости в электронный блок управления двигателем. На основании этих данных осуществляется расчет подачи топлива и, если водитель убирает ногу с педали газа, подача топлива резко уменьшается, что позволяет двигателю расходовать его достаточно рационально. Возникающие неисправности с датчиком приводят к тому, что блок управления не получает необходимой информации.

При этом, ЭБУ устанавливает текущие обороты на значение 1500/мин и деактивирует режим отсечки подачи топлива. Все это приводит к существенному перерасходу топлива, а также к неравномерной работе самого двигателя, который работает с рывками. Для справки - работающий режим отсечки подачи топлива помогает экономить до 2-х литров горючего при движении в городской черте. Кроме этого, датчик скорости влияет на корректное переключение передач автоматической коробкой. Если он неисправен, не будет работать круиз-контроль, а на некоторых моделях авто будут отмечаться и перебои в работе электроусилителя руля.

Совет! Если внезапно начались подергивания стрелки спидометра или тахометра, важно сразу же проверить состояние тросика, поскольку промедление может привести к необходимости замены самого устройства.

Основные причины неисправности ДС автомобиля

К наиболее распространенным проблемам с этим устройством, можно отнести обрыв электрической цепи, поэтому самостоятельную диагностику оптимально начинать с контроля электрических контактов и самих проводов. Они прозваниваются тестером и проверяются визуально. Часто можно наблюдать их облом сразу после пластикового разъема, а также в области выпускного коллектора.

Все контакты необходимо разъединить и проверить. Как правило, влага и соль способствуют быстрому окислению контактов, что приводит к прерыванию электрической цепи. При обнаружении такой ситуации контакты зачищаются и смазываются смазкой. Обязательно следует проверить трос спидометра - при длительной эксплуатации на нем появляются разрывы, препятствующие нормальной работе датчика. Чтобы избежать проблем с тросиком, его необходимо периодически смазывать моторным маслом. Чтобы самостоятельно заподозрить о неисправности датчика скорости, следует обратить внимание на следующие признаки:

• отказ или некорректная работа спидометра;
• отсутствие стабильности работы двигателя на холостом ходу;
• внезапно увеличившийся расход топлива;
• двигатель резко теряет мощность.

Часто о проблемах с датчиком может свидетельствовать самостоятельная остановка двигателя, работающего в режиме холостого хода при движении накатом, либо при нажатии педали сцепления для переключения передачи. Как правило, при обнаружении вышеперечисленных проблем требуется замена прибора.

Самостоятельное тестирование

Перед тем как проверить датчик скорости, следует выяснить поступает ли на контакты электрическое напряжение. Следует понимать, что поскольку функционирование датчика основывается на эффекте Холла, контакт, предназначенный для передачи импульсов, проверяется лишь при кручении, а в его отсутствии - напряжение на прибор подаваться не будет. Его нормальные значения при проверке мультиметром могут колебаться в пределах значений от 0,5 до 10 В. Способов самостоятельного тестирования датчика скорости три.

1. При таком способе диагностики потребуется предварительный демонтаж устройства. При помощи цифрового мультиметра следует отыскать среди контактов тот, через который ведется передача импульсов. Плюсовой щуп мультиметра замыкается на него, а минусовой - на корпус авто. После этого ось самого датчика необходимо начать вращать с малой скоростью - мультиметр покажет небольшое напряжение, которое должно возрастать параллельно с увеличением скорости вращения оси.

Внимание! Демонтаж датчика следует проводить только при выключенном зажигании, в противном случае в момент разъединения контактов устройство может просто перегореть.

При использовании второго и третьего способа имеет смысл проверить и привод устройства. Он отыскивается на ощупь, и при вращении колеса оценивается стабильность вращения привода.

Как самостоятельно заменить датчик скорости

Прежде чем начинать процедуру замены датчика скорости, следует выполнить вышеуказанные мероприятия по его диагностике, и лишь после этого целесообразно осуществлять замену. При этом, следует обратить внимание на качество вновь приобретаемого устройства - лучше использовать европейские или отечественные датчики, но никак не произведенные в Китае. Помимо качества самих материалов, в отечественных приборах все контакты, на которые могут воздействовать неблагоприятные факторы окружающей среды, залиты лаком, что существенно продлевает срок эксплуатации.

Кроме того, из всех вариантов следует предпочесть вариант устройства не с пластиковым хвостовиком, а с металлическим. Пластиковый хвостовик изнашивается гораздо быстрее, особенно, если водитель предпочитает агрессивный стиль вождения и высокую скорость. Для облегчения процесса замены, машину лучше загнать на яму или поднять подъемником. Узнать о том, где находится датчик скорости можно в руководстве по эксплуатации конкретного автомобиля.

После его обнаружения, следует очистить его от загрязнений, предварительно выключив зажигание или отсоединив клеммы с аккумуляторной батареи, и попытаться его открутить. Если с первого раза не получается, прилагать чрезмерные усилия не рекомендуется - лучше обработать соединение WD-40 и немного подождать. После успешного демонтажа, устанавливается новый прибор, соединяются разъемы датчика скорости и подключается питание на АКБ. О том, как выполнить самостоятельную замену рассказано на видео:

Совет! После установки нового датчика скорости следует вручную провести обнуление ошибки в электронном блоке управления двигателя, в противном случае индикатор неисправности будет продолжать гореть, а ЭБУ - считать, что датчик неисправен.

Можно ли продлить срок службы датчика скорости

Поскольку устройство датчика скорости не отличается особой сложностью, а процедура замены сложностью, многие автовладельцы не уделяют этому устройству какого-либо внимания, что в определенной степени способствует быстрому выходу его из строя. В особенности рискуют те водители, кто предпочитает езду на высоких скоростях, а установленный датчик имеет пластиковый хвостовик, который быстро разбивается тросиком.

Частой причиной неисправности может становиться и сам тросик. На него постоянно оказывает негативное воздействие такие факторы, как влага и реагенты, которыми обрабатываются дороги, в результате чего он теряет первоначальную эластичность и начинает расслаиваться. Оплетка тросика также теряет свою эластичность. Чтобы не допустить преждевременного перетирания тросика имеет смысл периодически обрабатывать его машинным маслом, которое закачивается под оплетку через шприц.

Отдельное внимание следует уделять хвостовику датчика скорости в том месте, где происходит соединение самого датчика и троса. Если хвостовик пластиковый -то плотности крепления, поскольку если оно разбалтывается в процессе эксплуатации автомобиля, посадочное место может быть разбито. Такая неприятность приведет к тому, что датчик перестанет работать, а ремонту его хвостовик не подлежит - придется менять все устройство.

Следует знать, что контакты датчика скорости также нуждаются в периодической очистке, поскольку на них постоянно воздействует влага и реагенты, приводя к их окислению. Помимо ухудшения проводимости электрического напряжения, это может приводит и к возникновению короткого замыкания, которое гарантированно выведет чувствительный прибор из строя.

Понадобилось на работе контролировать обороты двигателя. Решили использовать датчик Холла. На муфту установленную на валу двигателя приклеили пару неодимовых магнитов. Для датчика Холла сделали схему на компараторе, чтобы фиксировать моменты прохождения магнита напротив датчика. Схема приведена на рис.1

Рис. 1 Принципиальная схема тахометра

Описание работы

Датчик Холла AHSS49 на каждый проход магнита, закрепленного на валу двигателя формирует импульс амплитудой около 1 вольта, со смещением относительно земляной шины на +2,5 В.

Полученный сигнал поступает на вход компаратора IC1 LM311, который формирует управляющие импульсы для выходной опто-развязки OC1 PC817, выход которой присоединяется ко входу контроллера, подтянутому через сопротивление 1-2 кОм к питанию контроллера. В промышленных контроллерах, такие резисторы предустановлены и требуется только конфигурирование входных цепей. Порог срабатывания компаратора IC1 настроен на напряжение 2,6 В. Настраивая компаратор на более высокое напряжение можно получить более узкие импульсы на выходе - это связано с тем, что импульсы на выходе датчика Холла имеют форму близкую к треугольной.

Конденсаторы С1, С2 предназначены для снижения импульсных помех и исключения ложных срабатываний компаратора.

Схема была смакетирована на самодельной монтажной плате см. рис.2 Для публикации была подготовлена разводка печатной платы см. Приложения к статье.

Рис.2 Макет схемы усиления сигнала датчика Холла

Установка датчика около муфты вала двигателя см.рис.3 Датчик Холла был установлен таким образом, чтоб при прохождении магнитов установленных на муфте они оказывались на расстоянии пимерно 5 мм напротив датчика Холла. При установке на валу двух магнитов результирующая частота на выходе платы удваивается. При установке 4 магнитов возрастает в 4 раза. Большее число магнитов устанавливается для подсчета частоты вращения низко-оборотных двигателей. Соответственно, при измерении частоты вращения двигателя результат делится на число магнитов установленных на валу двигателя.

Рис.3 Установка датчика на кронштейне вблизи муфты на валу двигателя

Выход тахометра может быть организован несколькими способами в зависимости от решаемых задач

Схема приведенная на рис. 1 при работе с промышленными контроллерами может не дать устойчивого срабатывания на каждый импульс поскольку 2 p-n перехода опто-развязки PC817 при полном открытии будут давать падение напряжения около 1 В. И, в этом случае, дискретные входы пром.контроллера выполненные на КМОП микросхемах будут срабатывать неустойчиво, в этом случае имеет смысл реализовать схему выхода на полевом N-канальном транзисторе. Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе приведен на рис.4 . Для управления полевым транзистором пришлось задействовать дополнительный вход контроллера (клемма Х1). В случае если входов контроллера для этого не хватает, можно использовать дополнительный источник питания + 5В, подключив его к клемме Х1. Рабочий вход (клемма Х2) замыкается полевым транзистором и сформированные импульсы поступают на вход контроллера Х2.

Рис.4 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе с дополнительной гальванической развязкой

Если дополнительная гальваническая развязка выхода не нужна, можно использовать схему рис.5

Рис.5 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе без дополнительной опторазвязки

Рис. 6 Осциллограмма выходного сигнала для варианта схемы см. рис. 4

Список радиоэлементов

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра микро- и наноэлектроники

Отчет по лабораторной работе №2

«Датчики скорости вращения»

По дисциплине «Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства»

Проверил: Выполнил:

доц. Родионов Ю. А.

Цель работы:

1.Изучение теоретических материалов по теме “Датчики скорости вращения”:

1.1) основные определения датчиков скорости вращения;

1.2) классификация датчиков скорости вращения;

1.3) основные конструктивно-технологические решения исполнения датчиков.

2. Изучение теоретических материалов по теме “Микроэлектронный магниторезистивный датчик скорости вращения”:

2.1) магниторезистивный эффект в датчиках;

2.2) материалы и вопросы технологии;

2.3) интегральная схема формирования сигнала датчика;

2.4) размещение датчика при измерении скорости вращения.

3. Изучение графических материалов по теме “Датчики скорости вращения”:

3.1) температурные зависимости;

3.2) расположение датчика;

3.3) другие зависимости.

1. Датчики скорости вращения

1.1. Основные определения датчиков скорости вращения

Датчики скорости вращения представляют собой, так называемые, частотные датчики. Их принцип действия состоит в преобразовании скорости вращения (углового перемещения) в частоту изменений потока энергии (электрического тока или напряжения). Скорость вращения в технике представляет собой число оборотов в единицу времени и носит название частоты вращения (измеряется в Гц).

Выходной сигнал датчика скорости вращения может быть представлен в виде синусоидального изменения величины (напряжения) или в виде последовательности коротких импульсов. Для использования в цифровых системах контроля последний вид сигнала более предподчителен.

Методы измерения угловых скоростей вращения:

1. абсолютный метод; основан на определении числа оборотов вала и измерении соответствующего промежутка времени;

2. метод сравнения числа оборотов; основан на сравнении при помощи измерительных средств числа оборотов испытываемого вала с известной частотой какого-либо независимого периодического процесса.

Прибор для измерения угловых скоростей в технике называется тахометром . Обычно при помощи тахометров измеряют среднюю скорость вращения, постоянную в заданном промежутке времени.

Тахометры представляют собой современные модули автоматики и могут применяться в системах управления автоматическими линиями, станками и т.д.

Принцип работы тахометров. С помощью кнопок на лицевой панели задается установка количества импульсов датчика на оборот вала, которая высвечивается на индикаторе, и запоминается в энергонезависимой памяти. Ввод установки аналогичен вводу у счетчиков. На вход тахометра поступают импульсы с датчика (индуктивного/оптического или другого выключателя), контролирующего одну или несколько меток на валу. По частоте следования импульсов производится вычисление частоты вращения вала (обороты в минуту) и выдача значения на индикатор.

1.2. Классификация датчиков скорости вращения

По способу воспроизведения показаний : приборы с непосредственным отсчетом и самопишущие.

По принципу конструктивного выполнения : механические и электрические.

Механические тахометры : центробежные, часовые, дифференциальные, вибрационные, фрикционные, гидравлические, пневматические, суммирующие и др.

Современные электрические методы измерения скоростей вращения можно разделить на две основные группы:

1. приборы, измеряющие напряжение датчика, пропорциональное измеряемым скоростям, U=f(n);

2. приборы измеряющие частоту переменного тока датчика, пропорциональную измеряемой угловой скорости вращения, F=f(n).

1.3. Конструктивно-технологические решения исполнения датчиков

1. Индукционные датчики скорости вращения преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции.

Принцип действия основан на использовании закона электромагнитной индукции.

Согласно закону Фарадея, индуцированное напряжение или электродвижущая сила (э.д.с.) в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока, сквозь поверхность ограниченную этим контуром, т.е.

Следовательно, магнитный поток, пересекающий контур, описывается функцией вида:

φ (x) = φ 0 F(x),

где x – переменная углового положения.

Отсюда видно, что относительное перемещение между источником потока и контуром наводит в последнем э.д.с., амплитуда которой пропорциональна скорости перемещения, вследствие чего на выходе датчика формируется сигнал:

e = - φ0(F(x)/dx)·(dx/dt)

В качестве датчиков скорости вращения обычно применяют тахогенераторы, выполненные в виде небольших генераторов постоянного или переменного тока с независимым возбуждением от постоянного магнита.

Устройство тахогенератора постоянного тока . Статор (индуктор), представляющий собой ферромагнитный каркас, несущий 2 (2p в общем случае) полюса, направляющих поле магнитной индукции, образуемое током через катушки или постоянными магнитами. Ротор, представляющий собой многослойный цилиндр из листового железа, вращающийся между полюсами статора, его ось совпадает с осью статора. По его периферии параллельно оси в углублениях располагается n = 2k медных проводников, называемых активными. Активные проводники соединены с пассивными, расположенными вдоль диаметра ротора. Коллектор – это цилиндр с осью, что и у ротора, но имеющей меньший диаметр, несущий изолированные между собой пластинки, каждая из которых связана с активным проводником. Щётки, которые закрепляются на двух диаметрально противоположных клеммах коллектора, располагаются перпендикулярно направлению индукции, служат для снятия максимальной величины э.д.с.

Принцип действия тахогенератора постоянного тока заключается в следующем: 2k проводников соединяются так, чтобы образовать два одинаковых комплекта по k последовательно соединённых проводников. В каждом из них возникает э.д.с., пропорциональная угловой скорости ω. Эта э.д.с. поступает во внешнюю цепь через две щётки, расположенных на коллекторе. Если ротор связан со внешним контуром, то э.д.с. вызывает в нём ток I, проходящий через активные проводники по разные стороны от нейтральной линии. Если проводники составлены попарно и симметрично относительно нейтральной линии, они создают поперечную индукцию, перпендикулярную линии полюсов и пропорциональную I (реакция ротора). Реакция ротора вызывает искривление силовых линий поля и приводит к смещению нейтральной линии в направлении движения. Величина э.д.с. ускоренно убывает с ростом тока I.

Достоинства: знак выходного сигнала изменяется одновременно с изменением направления вращения.

Недостатки: вследствие реакции ротора, выходное напряжение не является линейной функцией скорости вращения.

Тахогенератор переменного тока отличается тем, что в нём отсутствует коллектор и щётки.

Устройство тахометрического асинхронного генератора. Ротор состоит из тонкого немагнитного цилиндра, вращающегося со скоростью ω. Статор состоит из магнитного листового железа и несёт две обмотки: а) возбуждающую обмотку, к которой прикладывается напряжение, б) измерительную обмотку, в которой наводится э.д.с.

Принцип действия. Э.д.с., наводимая в измерительной обмотке, формирует периодический сигнал, амплитуда которого пропорциональна скорости вращения ω.

Достоинства: увеличение срока службы, отсутствие флуктуаций выходного напряжения, малый момент инерции.

Недостатки: более сложная схема включения.

2. Фотоэлектрические датчики скорости вращения регистрируют изменение светового потока, связанное с изменением положения в пространстве каких-либо движущихся частей механизмов и машин.

В качестве датчика скорости вращения применяется фотоэлектрический датчик с прерывателем.

Устройство фотоэлектрического датчика с прерывателем: фотосопротивление, диск с калиброванными отверстиями, который насаживается на вал измеряемого объекта. Фотосопротивление подключается последовательно с сопротивлением к источнику постоянного напряжения.

Принцип действия: Освещенность рабочей поверхности фотосопротивления прерывается диском с отверстиями. Если фотосопротивление не освещено, по нему течет темновой ток I T . В случае освещенности фотосопротивления, по нему течет световой ток I C .

Так как проводимость фотосопротивления при облучении его световым потоком F растет, то его световое сопротивление R C становится меньше темнового сопротивления R Т.

При вращении диска освещенность фотосопротивления модулируется, и в его цепи течет пульсирующий ток. Таким образом, ток, проходящий через фотосопротивление, является функцией светового потока F. Частота пульсаций тока определяется числом отверстий в диске и его скоростью вращения:

где n- скорость вращения диска, об/мин;

S- число отверстий в диске.

Достоинства: универсальность, простота конструкции, широкий рабочий диапазон измеряемой синхронной частоты, малая нагрузка на вал испытываемого объекта, возможность простого промежуточного преобразования частоты обычных серийных датчиков.

3. Емкостные датчики скорости вращения используются для преобразования механических перемещений в изменение емкости.

Устройство: конденсатор переменной емкости C с воздушным диэлектриком, маломощный трансформатор, со вторичной обмотки которого снимается сигнал, напряжение которого пропорционально скорости вращения. Емкостные датчики питаются переменным напряжением (обычно повышенной частоты - до десятков мегагерц). В качестве измерительных схем обычно применяют мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. В последнем случае, как правило, используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура, т.е. датчик имеет частотный выход.

Принцип действия датчиков этого типа основан на изменении зарядного тока конденсатора пропорционально скорости изменения его емкости.

Вращение вала может быть функционально связано с изменением диэлектрической проницаемости , площади обкладок или расстояния между обкладками .

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

где ε 0 - диэлектрическая постоянная; ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S - активная площадь обкладок; h - расстояние между обкладками конденсатора.

Для преобразования механических перемещений в изменение емкости используются зависимости C (S ) и C (h ).

Если емкость конденсатора изменяется пропорционально изменению площади его обкладок S с частотой , то

где m =  /.

Емкостное сопротивление конденсатора X C линейно зависит от расстояния между пластинами конденсатора:

X C = 1/C = /C

Достоинства : простота, высокая чувствительность и малая инерционность.

Недостатки: влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

4. Ультразвуковые датчики скорости вращения применяются для измерения скорости вращения деталей, установленных в труднодоступных местах или для измерения в агрессивных средах.

Устройство. Датчик состоит из генератора ультразвуковых колебаний, излучающей головки, вертушки, вращающейся в трубопроводе, принимающей головки и демодулятора.

Принцип действия основан на различном поглощении или отражении ультразвуковых колебаний разнородными средами. При вращении металлической вертушки за счет различной проводящей способности жидкости и металла несущая частота ультразвуковых колебаний модулируется частотой вращения вертушки. С приемной головки сигнал поступает на измерительную аппаратуру. После демодуляции сигнала получается напряжения с частотой, пропорциональной скорости вращения вертушки.

Достоинства: высокая точность измерения.

Недостатки: шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение.

5. Магниторезистивные датчики скорости вращения преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в изменение сопротивления ферромагнитных материалов.

Устройство. Датчик состоит из измерительной катушки, которая снабжается магнитным сердечником. Катушка помещена перед диском или перед вращающимся ферромагнитным телом.

Принцип действия основан на магниторезистивном эффекте. Этот эффект заключается в том, что некоторые ферромагнитные материалы изменяют свое электрическое сопротивление при воздействии магнитного поля. Степень этого изменения зависит от величины напряженности магнитного поля и угла между вектором напряженности и направлением тока. На магнитный сердечник катушки воздействует поток индукции постоянного магнита. Последовательность скачков магнитных свойств диска или вращающегося тела вызывает периодическое изменение магнитного сопротивления в магнитной цепи катушки, которое наводит в ней э.д.с. с частотой, пропорциональной скорости вращения.

Магнит, установленный на оси вращения, при каждом обороте проходит один раз мимо магниторезистивного датчика, вызывая изменение его сопротивления (см. рис.1).

Рис.1. Схема реализации магниторезистивного датчика вращения.

Изменение сопротивления с помощью схемы, показанной на рис. 2, преобразуется в изменение напряжения U а. Зависимость выходного напряжения сигнала от времени показана на рис. 3.

Рис.2. Схема изменения сопротивления.

Рис.3. Зависимость выходного напряжения сигнала от времени.

Достоинства: простота устройства, надёжность, дешевизна.

Благодаря своим достоинствам микроэлектронные магниторезистивные датчики скорости вращения нашли широкое применение в автомобильной и бытовой технике.

На 6 цилиндровых двигателях в дополнении к датчику Холла установили датчик коленвала (датчик момента зажигания) и датчик частоты вращения двигателя . Эти два датчика являются индуктивными и работают на одном принципе. Датчик частоты вращения двигателя устроен следующим образом: внутри датчика находится катушка индуктивности и постоянный магнит. Датчик работает совместно с зубцами на маховике.

Рис 1 – Датчик частоты вращения и маховик.

Каждый раз, когда рядом с датчиком проходит зубец, магнитное поле постоянного магнита изменяется, тем самым вырабатывая слабый импульс. Но этих импульсов достаточно для блока управления , которые он воспринимает как необходимые сигналы.

Датчик частоты вращения расположен в районе маховика, недалеко от датчика момента зажигания, только слегка повыше. У меня сверху прикрыт железным чехлом, который крепится теми же двумя болтами, что и держатель самого датчика частоты вращения.

Рис 2 – Датчик частоты вращения с защитным чехлом.

Рис 3 – Датчик частоты вращения без защитного чехла.

В руководстве написано, что при замене датчика частоты вращения строго не рекомендуется трогать держатель, так как он калибруется на заводе специальным оборудованием, откручивать можно только сам датчик. Он крепится к держателю также как и датчик момента зажигания к блоку цилиндров одним болтом под ключ на 10. В моем случае, что бы увидеть сам датчик мне пришлось открутить болты крепления железного чехла, а болты крепления с держателем как оказалось у них общие. Выкрутив 2 болта и потянув чехол, у меня выпал и сам датчик с держателем.

Рис 4 – Снятый датчик частоты вращения с держателем.

После обратной установки ничего не калибровал, все работает как прежде.

Для проверки, датчик не обязательно снимать, его разъем находится на задней стенке моторного отсека. Второй разъем с края серого цвета.

Рис 5 – Разъем датчика частоты вращения коленчатого вала.

Проверяется он аналогично датчику момента зажигания, недаром, где то я встречал, что они взаимозаменяемые. Отличие лишь составляет окраска разъемов.

Рис 6 – Клеммы разъема датчика частоты вращения коленчатого вала.

Снимаем штекер и мерим сопротивление на клеммах 1-2. У рабочего датчика сопротивление должно быть примерно 1 кОм. 3 клемма это оплетка от помех. Поэтому нужно также прозвонить клеммы 1 и 2 относительно 3. Сопротивление должно быть - бесконечность. В противном случае датчик не исправен.

Если у вас возникли вопросы или имеются предложения по данной статье. Добро пожаловать на