Тепловой датчик воздушного потока

Особое преимущество теплового датчика заключается в том, что он измеряет массовый расход воздуха. Принцип его действия таков: коша воздух проходит вблизи нагретой нити, он уменьшает

ее температуру. Если измерительная схема будет увеличивать ток через нить таким образом, чтобы поддерживать температуру нити постоянной, тогда этот ток будет пропорционален скорости воздушного потока. В прибор также входит резистор, компенсирующий изменения температуры. «Горячая нить» изготавливается из платины и имеет длину порядка нескольких миллиметров и толщину около 70 микрон. Из-за малых размеров

постоянная времени этого датчика крайне мала – порядка нескольких миллисекунд. Это очень большое преимущество, поскольку любые пульсации в воздушном потоке будут немедленно обнаружены и переданы в блок контроля. Выходной

сигнал схемы, входящей в теплопроводный датчик, и есть напряжение на прецизионном резисторе. На рис. 2.58 показан тепловой датчик воздушного потока фирмы Бош.

Сопротивление нагретой нити и прецизиского резистора подобраны так, чтобы ток нагреве, нити менялся между 0,5 А и 1,2 А. На другом плече моста используются резисторы большого сопротивления, поэтому ток очень. Резистор, компенсирующий температуру, имеет сопротивление около 500 Ом, которое должно оставаться постоянным независимо от изменения температуры.

По этой причине используется тонкопленочный платиновый резистор. Компенсирующий резистор может увеличить время реагирования системы до 3 сек.

Выходной сигнал этого прибора может меняться при загрязнении нити. Однако нагревание нити до очень высокой температуры всего на 1 сек при каждом включении двигателя предотвращает любое загрязнение благодаря полному обжигу нити. В некоторых датчиках объема воздуха для установки режима холостого хода применяется переменный резистор.

 

Тонкопленочный датчик потока воздуха

Тонкопленочный датчик потока воздуха похож на систему с нагреваемо»! нитью. Вместо нагреваемой Платоновой нити здесь используется тонкая пленка из никеля. Время отклика данной системы значительно меньше, чем у системы с нитью. На рис. 2.59 этот датчик показан более детально.

Вихревой датчик потока

На рис. 2.60 показан принцип действия вихревого датчика потока. Он имеет перегородку с острой кромкой, которая частично препятствует движению потока воздуха. Вихри воздуха срываются с кромки перегородки с частотой, линейно зависящей от скорости потока. Вихревой датчик формирует выходной сигнал, пропорциональный скорости потока. Обнаружение вихрей может быть выполнено при помощи ультразвукового передатчика

и приемника, которые будут создавать выходной прямоугольный сигнал пропорциональной частоты. Основное преимущество этого прибора - отсутствие каких-либо движущихся частей, что естественно устраняет все проблемы с износом.

Для хорошей работы вихревого датчика воздушный поток должен иметь достаточную скорость, чтобы могла возникнуть турбулентность, но в то же время скорость не должна быть слишком большой, поскольку это вызовет пульсации

давления (помпаж) в процессе измерения. По грубой оценке, скорость потока не должна превышать 50 м/сек.

Когда датчик используется в качестве измерителя расхода воздуха в двигателе, эта система создает сигнал частотой порядка 5Q Гн на холостом ходу и свыше 1 кГц при полной нагрузке.

 

Трубка Пито

Датчик потока воздуха на основе трубки Пито - очень простой прибор. Он состоит из маленькой трубки, выведенной открытым конном в сторону воздушного потока, чтобы напор воздуха вызвал

увеличение давления в трубке по сравнению с давлением снаружи трубки. Точно такая же система применяется «авиации для измерения скорости в полете. Две трубки соединяются в один

преобразователь резкости давлений, такой как прибор с изменяемей емкостью. Р, и Ра обозначают соответственно давление напора и статическое давление. На рис. 2.61 показана трубка Пито и дифференциальный датчик давления для измерения потока воздуха.

 

Турбинный датчик потока

Использование турбины для измерения потока жидкости является инвазивной, то есть агрессивной, формой измерения. Внесение прибора в жидкость снижает скорость потока. Однако данный технический прием все еще используется, так как при тщательном проектировании воздействие на поток может быть сведено к минимуму. На рис. 2.62 показан типичный датчик потока турбинного типа.

Выходной сигнал турбины, скорость вращения которой пропорциональна скорости потока, может быть сформирован несколькими способами. Часто используется оптический датчик наподобие описанного вследующем разделе.

Оптические датчики

Оптический датчик положения вращения является относительно простым прибором. Оптический датчик и ею схема, показанная на рис. 2.63, содержит фоторезистор в качестве детектора и светоизлучающий диод о качестве источника света. Бели свет сфокусировать в очень узкий луч, выходной сигнал данной схемы будет представлять сигнал прямоугольной формы с частотой, пропорциональной скорости вращения.

 

Кислородные датчики

Назначение кислородного датчика в автомобиле заключатся в том, чтобы обеспечить систему управления работой двигателя обратной связью по качеству смеси (соотношение «воздух/топливо»). Количество кислорода, обнаруживаемое в выхлопе, напрямую связано с насыщенностью смеси, или отношением воздуха к топливу. Показатель массового отношения «воздух-топливо» называется λ -факторам, его оптимальное значение составляет

14,7:1. Кислородные датчики выхлопа (exhaust gas oxygen —EGO) размещаются вблизи коллектора для сохранения адекватного температурного режима.

Такие датчики надежно работают при температурах свыше 300 °С. В некоторых конструкциях вводится нагревательный элемент, чтобы требуемая температура достигалась быстрее. Этот тип датчика носит название нагреваемый кислородный

Датчик выхлопа (heated exhaust gas oxygen — HEGO). Нагревательный элемент (который потребляет скол о Ш Вт) работает не постоянно, а лишь поддерживает температуру датчика в безопасной области (не выле 850 ЮС). Именно по этой

причине датчики обычно не помещают непосредственно в выпускной коллектор. На рис. 2.64 показан в разрезе кислородный датчик выхлопа.

Основной активный компонент большинства типов кислородных датчиков — двуокись циркония. Это керамическое вещество наносится на платиновые электроды, подвергаемые действию выхлопного газа. Дополнительное керамическое покрытие наносится на боковую поверхность датчика, контактирующую с выхлопными газами, для его зашиты от продуктов сгорания. Принцип действия датчика состоит, а том, что при температурах свыше 300 °С двуокись циркония начинает

проводить ионы кислорода. Датчик сконструирован таким образом, чтобы максимально точно реагировать на значение A-фактора. Поскольку один электрод связан с атмосферным воздухом (это реперная точка для измерений), большее количество ионов кислорода будет присутствовать именно на этой стороне. Вследствие диффузии эти ионы проникают в электрод и мигрируют через электролит, то есть Z К). Этот процесс приводит к созданию

заряда аналогично действию батареи. Величина этого заряда зависит от содержания кислорода в выхлопных газах. Обычно в зоне оптимального λ-фактора датчик развивает напряжение порядка 400 мВ.

Система управления двигателем с обратной связью по λ-фактору позволяет очень точно отслеживать процесс сгорания топлива в двигателе. И, следовательно, возможен точный контроль выбросов выхлопных газов.

Датчики освещенности

Схема, использующая светочувствительный резистор, показана на рис. 2.65. Схему можно применять как электронный выключатель, реагирующий на увеличение или на уменьшение потока света. Возможные применения схемы - для самоубирающихся фар, самоубираюшихся внутренних зеркал

или парковочных огней, которые будут автоматически включаться с наступлением сумерек.