КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ - Датчики, используемые в современном автомобиле
При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или химических явлениях и свойствах.
Классификация по виду выходных величин:
- - Активные (генераторные); - Пассивные (параметрические).
Классификация по измеряемому параметру:
Датчики давления:
- - абсолютного давления; - избыточного давления; - разрежения; - давления-разрежения; - разности давления; - гидростатического давления.
Датчики расхода:
- - Механические счетчики расхода; - Перепадомеры; - Ультразвуковые расходомеры; - Электромагнитные расходомеры; - Кориолисовые расходомеры; - Вихревые расходомеры.
Уровня:
- - Поплавковые; - Емкостные; - Радарные; - Ультразвуковые.
Температуры:
- - Термопара; - Термометр сопротивления; - Пирометр; - Датчик концентрации; - Кондуктометры.
Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений):
- - Ионизационная камера; - Датчик прямого заряда.
Перемещения:
- - Абсолютный шифратор; - Относительный шифратор; - LVDT.
Положения:
- - Контактные; - Бесконтактные.
Фотодатчики:
- - Фотодиод; - Фотосенсор.
Датчик углового положения;
Сельсин;
Преобразователь угол-код;
RVDT;
Датчик вибрации;
Датчик Пьезоэлектрический;
Датчик вихретоковый;
Датчик механических величин;
Датчик относительного расширения ротора;
Датчик абсолютного расширения;
Датчик дуговой защиты.
Классификация по принципу действия:
- - Оптические датчики (фотодатчики); - Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла); - Пьезоэлектрический датчик; - Тензо преобразователь; - Емкостной датчик; - Потенциометрический датчик; - Индуктивный датчик.
Классификация по характеру выходного сигнала:
- - Дискретные; - Аналоговые; - Цифровые; - Импульсные.
Классификация по среде передачи сигналов:
- - Проводные; - Беспроводные.
Классификация по количеству входных величин:
- - Одномерные; - Многомерные.
Классификация по технологии изготовления:
- - Элементные; - Интегральные.
Рассмотрим основные виды:
Температурные датчики. Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространенных.
Рис. 1. Конструкция датчика температуры.
Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних времен и широко используется в наши дни. Терморезисторы (рис. 1), сопротивления которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), с положительной характеристикой (с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении температуры). Обычно сопротивление под влиянием температуры изменяется довольно резко. Для расширения линейного участка этого изменения параллельно и последовательно терморезистору присоединяются резисторы.
Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами. Диапазон измеряемых термопарой температур зависит от применяемых металлов. В термочувствительных ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответственно на магнитную и диэлектрическую проницаемость, начиная с некоторого значения, которое называется температурой Кюри и для конкретного датчика зависит от применяемых в нем материалов.
Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковым датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n-перехода (обычно на кристалле кремния). В последнее время практическое применение нашли так называемые интегральные температурные датчики, представляющие собой термочувствительный диод на одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.
Оптические датчики. Подобно температурным оптические датчики отличаются большим разнообразием и массовостью применения. По принципу оптико-электрического преобразования эти датчики можно разделить на четыре типа: на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии, фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических.
Фотогальваническая эмиссия, или внешний фотоэффект, - это испускание электронов при падении света физическое тело. Для вылета электронов из физического тела им необходимо преодолеть энергетический барьер. Поскольку энергия фотоэлектронов пропорциональна hc/л (где h - постоянная Планка, с - скорость света, л - длина волны света), то, чем короче длина волны облучающего света, тем больше энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.
Эффект фотопроводимости, или внутренний фотоэффект, - это изменение электрического сопротивления физического тела при облучении его светом. Среди материалов, обладающих эффектом фотопроводимости, - ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максимум спектральной чувствительности CdS приходится приблизительно на свет с длиной волны 500-550 нм, что соответствует приблизительно середине зоны чувствительности человеческого зрения. Оптические датчики, работающие на эффекте фотопроводимости, рекомендуется использовать в экспонометрах фото - и кинокамер, в автоматических выключателях и регуляторах света, обнаружителях пламени и др. Недостаток этих датчиков - замедленная реакция (50 мс и более).
Фотогальванический эффект заключается в возникновении ЭДС на выводах p-n-перехода в облучаемом светом полупроводнике. Под воздействием света внутри p-n-перехода появляются свободные электроны и дырки и генерируется ЭДС. Типичные датчики, работающие по этому принципу, - фотодиоды, фототранзисторы. Такой же принцип действия имеет оптико-электрическая часть двухмерных твердотельных датчиков изображения, например датчиков на приборах с зарядовой связью (ПЗС-датчиков). В качестве материала подложки для фотогальванических датчиков чаще всего используется кремний. Сравнительно высокая скорость отклика и большая чувствительность в диапазоне от ближней инфракрасной (ИК) зоны до видимого света обеспечивает этим датчикам широкую сферу применения.
Пироэлектрические эффекты - это явления, при которых на поверхности физического тела вследствие изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами и множество других, так называемых пироэлектрических материалов. В корпус датчика встроен полевой транзистор, позволяющий преобразовывать высокое полное сопротивление пиротехнического элемента с его оптимальными электрическими зарядами в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика. Из датчиков этого типа наиболее часто используются ИК-датчики.
Среди оптических датчиков мало найдется таких, которые обладали бы достаточной чувствительностью во всем световом диапазоне. Большинство датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, или видимой, или инфракрасной части спектра.
Основные преимущества перед датчиками других типов:
- 1. Возможность бесконтактного обнаружения. 2. Возможность (при соответствующей оптике) измерения объектов как с чрезвычайно большими, так и с необычайно малыми размерами. 3. Высокая скорость отклика. 4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и полупроводниковые), обеспечивающей малые размеры и большой срок службы. 5. Обширная сфера использования: измерение различных физических величин, определение формы, распознавания объектов и т. д.
Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и некоторыми недостатками, а именно чувствительны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего света, светового фона, а также температуры (при полупроводниковой основе).
Датчики давления. В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении.
В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полупроводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами и легко интегрируются с периферийными схемами. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с n-проводимостью формируется круглая диафрагма. На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы, имеющие p-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одних резисторов увеличивается, а других - уменьшается. Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которую входят эти резисторы.
Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа, подобные вышеописанному, широко используются в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это температурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы.
Датчики влажности и газовые анализаторы. Влажность - физический параметр, с которым, как и с температурой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос, удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения влажности используется полимерная пленка, покрытая хлористым литием, набухающим от влаги. Однако датчики на этой основе обладают гистерезисом, нестабильностью характеристик во времени и узким диапазоном измерения. Более современными являются датчики, в которых используются керамика и твердые электролиты. В них устранены вышеперечисленные недостатки. Одна из сфер применения датчиков влажности - разнообразные регуляторы атмосферы.
Газовые датчики широко используются на производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях - для обнаружения утечки горючего газа. Во многих случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и желательно иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой относительно газовой среды. Однако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов, гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции, поглощения инфракрасных лучей и т. д. Для регистрации утечки бытового газа, например сжиженного природного или горючего газа типа пропан, используется главным образом полупроводниковая керамика, в частности, или устройства, работающие по принципу каталитического горения.
При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.
Магнитные датчики. Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом. Но в отличие от оптических датчиков этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Однако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнитных датчиков необходима достаточная близость к воздействующему магнитному полю.
Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС, выполненных на кремниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам.
Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживились исследования и разработки магниторезистивных датчиков, в которых используется ферромагнетики. Недостатком этих датчиков является узкий динамический диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, составляют несомненные преимущества.
Похожие статьи
-
Классификация пьезоэлектрических датчиков - Пьезоэлектрические датчики
Пьезоэлектрические датчики содержат кристаллы или текстуры, электризующиеся под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и деформирующиеся...
-
Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все. Например, давление, температуру, расстояние, положение в пространстве, скорость...
-
Автоматика -- это передний край научно-технического прогресса. В области автоматики изменения происходят очень быстро. Элементы автоматики непрерывно...
-
ПОНЯТИЕ ДАТЧИКА - Датчики, используемые в современном автомобиле
Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им...
-
Примеры современных пьезоэлектрических датчиков - Пьезоэлектрические датчики
1. ПД-4, ПД-6 - пьезоэлектрические датчики пульсации давления В топливном трубопроводе дизельного двигателя. Описание и технические характеристики...
-
Законы управления (программы) переключения передач в автоматической трансмиссии обеспечивают оптимальную передачу энергии двигателя колесам автомобиля с...
-
МОТОРНЫЕ МАСЛА В инструкциях по эксплуатации автомобилей Отечественного автопрома обозначение моторных масел определено ГОСТ 17479.1-85 и включает в себя...
-
ВВЕДЕНИЕ - Датчики, используемые в современном автомобиле
За последние годы в технике измерения и регулирования параметров различных процессов все более и более возрастает роль отрасли изготовления и применения...
-
Развитие автоиндустрии в последнее время подарило автолюбителям много новых систем, значительно повышающих полезные качества активной безопасности...
-
Дополнительное оборудование автомобиля предназначено, в основном, для улучшения комфортности и удобства поездки, а также для обеспечения необходимых...
-
1. Монтаж. Состоит в выpезании из записи одних участков, вставке дpугих, их замене, pазмножении и т. п. Hазывается также pедактиpованием. Все совpеменные...
-
В ходе выполнения курсовой работы были решены следующие задачи: Произведен расчет режимов, трудоемкости и объемов проведения работ по ТО1, ТО2, ТР, КР и...
-
1. Аддитивный (additive). Основан на утвеpждении Фуpье о том, что любое пеpиодическое колебание можно пpедставить в виде суммы чистых тонов...
-
Полупроводниковый резистор - это полупроводниковый прибор с двумя выводами, построенный на полупроводнике, равномерно легированном примесями. В...
-
Материалы для изготовления - Пьезоэлектрические датчики
Наиболее перспективным пьезоэлектрическим материалом является пьезокерамика. Возможность использования пьезокерамики в приборостроении и автоматике...
-
Классификация автомобилей по типу привода: - Назначение автомобильного транспорта
Почему автомобиль движется? Потому что тепловая энергия сгорания, которая образуется в двигателе, превращается в механическую энергию вращения, которая в...
-
Классификация автомобилей - Назначение автомобильного транспорта
Классификация и назначение автомобильного подвижного состава Основные типы автомобилей и прицепов Подвижный состав автомобильного транспорта состоит из...
-
На IBM PC наиболее популярны редакторы Cool Edit Pro (Syntrillium) Sound Forge (Sonic Foundry), WaveLab (Steinberg) и системы многодорожечной записи SAW...
-
Автолестницы пожарные МАЗ-5337 Оснащен цистерной с пенобаком, лестницей, мотопомпой высокого давления, генераторной установкой с прожекторами и...
-
S/PDIF (Sony/Philiрs Digital Interface Format - формат цифрового интерфейса фирм Sony и Philiрs) - цифровой интерфейс для бытовой радиоаппаратуры....
-
В ходе выполнения данного курсового проекта был спроектирован Малярный участок, на 628 автомобилей МАЗ-53371. Была рассчитана годовая производственн ая...
-
Звуковое сопровождение компьютера всегда находилось несколько на втором плане. Большинство пользователей более охотно потратят деньги на новейший...
-
Заключение, Список используемой литературы - Техническое обслуживание и ремонт автомобилей
В ходе разработки данного курсового проекта были рассмотрены вопросы по организации ТО и ремонта автомобилей. Для этого выбирали необходимые нормативы,...
-
Классификация легковых автомобилей - Транспортные средства
В соответствии с ГОСТом 25478-91 к легковым автомобилям относятся пассажирские автомобили вместимостью до 8 человек, включая водителя. Легковые...
-
Можно придерживаться следующей общей классификации интеллектуальных датчиков: 1. Датчики, имеющие аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и интерфейс...
-
В ходе выполнения курсового проекта, я научился разрабатывать технологический процесс ремонта ступицы переднего колеса автомобиля ГАЗ-3307.Мною были...
-
Принцип работы пьезоэлектрического датчика на примере датчика давления - Пьезоэлектрические датчики
Рассмотрим работу пьезоэлектрического датчика на примере датчика давления. На рис. 1 показано, как можно воспользоваться пьезоэлектрическим эффектом в...
-
Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на 25...30% экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В...
-
Практически всеми странами мира принята классификация масел по SAE (Общество инженеров - автомобилистов). Эта классификация разделяет масла по уровню...
-
По физическому состоянию горючие газы делятся на две группы: сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов ниже обычных температур при...
-
Новые карты - Современные звуковые карты. Методы позиционирования и сжатия звука
Карты на чипе Yamaha YMF-724 Звуковые карты, сделанные на основе чипа YMF-724 имеют аппаратный 64-голосный wavetable синтезатор. Текущие версии драйвера...
-
Заключение, Список использованных источников - Особенность технического обслуживания автомобилей
В ходе выполнения данного курсового проектирования спроектировала пост общего диагностирования на 359 автомобилей ГАЗ-3302, рассчитала производственную...
-
Выбор датчика вибрации - Система автоматического регулирования гидроакустикой батискафа
Датчики вибрации предназначены для преобразования параметров вибрации в электрический сигнал: широтно-импульсный модулированный сигнал для последующей...
-
Рис. 3.1 Автогрейдер (Рис.3.1) широко применяют при строительстве и содержании дорог, а также при аэродромном,' промышленном, гражданском,...
-
Электроуправляемые насос-форсунки дизелей - Узлы и агрегаты современного электромобиля
Качество распыления дизельного топлива в цилиндре, во многом определяет процесс его горения, и образования токсичных веществ в отработавших газах. Более...
-
Охрана труда Перед началом работы нужно: ) Убедиться в исправности спецодежды, обуви и защитных средств. ) Проверить свое рабочее место и место...
-
При выборе оптического материала следует учитывать их механические, теплофизические, электрические и химические свойства. В первом случае - это прежде...
-
4.1. Основные неисправности приборов освещения и сигнализации и указать их внешние признаки. 4.2. Перечислить диагностируемые параметры и указать их...
-
Датчик частоты вращения коленчатого вала - Датчик давления
1. кронштейн крепления 2. магнитный сердечник 3. задающий диск (диск синхронизации) 4. провод 5. уплотнитель 6. магнит 7. корпус 8. обмотка Датчик...
-
На сегодняшний день охранная сигнализация является обязательным атрибутом для всех автомобилей. Поэтому интерес к таким системам постоянно возрастает....
КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ - Датчики, используемые в современном автомобиле