Лабораторная работа № 5 датчики давления
Датчики давления в системах впрыска топлива используются для измерения давления топлива и давления воздуха в окружающей среде или в воздушных магистралях.
В основном это датчики мембранного типа или тензодатчики. В первом случае используется существенное (до десятков миллиметров) перемещение различным образом нагруженного перепадом давления мембранного элемента в электрический сигнал. Во втором случае перемещение чувствительного элемента, который также может быть выполнен в виде мембраны, незначительно (сотые доли миллиметра и менее), преобразуется в электрический сигнал с помощью так называемых тензорезисторов.
Мембранный датчик потенциометрического типа состоит из потенциометра 1, подвижный ползун 4 которого приводится в движение мембраной 7, находящейся под перепадом давления между, например, давлением атмосферы Р0 и измеряемым давлением РИ.
6
7
8
Р0
РИ
9
5
4
3
10
1
2
6
Схема мембранного датчика
потенциометрического типа: 1. Полость
атмосферного давления Р0. 2. Ось вращения
ползунка. 3. Пружина растяжения. 4.
Ползунок потенциометра. 5. Проволочный
резистор. 6. Электрические выводы. 7.
Мембрана. 8. Полость с измеряемым
давлением РИ. 9. Пружина сжатия. 10.
Шток
При одинаковых давлениях Р0 и РИ под действием пружин 3 и 9 ползунок 4 переходит в крайнее левое положение, устанавливая некоторое начальное сопротивление потенциометра. При уменьшении измеряемого, например, во впускном трубопроводе, давления РИ, давление в полости 8 снижается. На мембране 7 появляется перепад давления, под действием которого мембрана 7, преодолевая суммарное усилие пружин 3 и 9, перемещается вправо на величину, пропорциональную разности давлений Р0 и РИ. Соответственно, пропорционально этой разности изменяется и сопротивление потенциометра, которое фиксируется микропроцессором блока управления системой впрыска.
Н
иже
показана схема датчика, в котором перепад
давления преобразуется в изменение
длины мембранной камеры (сильфона).
При изменении перепада между атмосферным Р0 и измеряемым давлением РИ длина мембранной камеры L также изменяется, что приводит к изменению положения стального сердечника 3 во вторичной обмотке 6 и, соответственно, к изменению индуктивности катушки 6. Катушка 6 включена в схему измерительного моста, и изменение ее индуктивности приводит к его разбалансировке. Появляющийся при этом электрический сигнал подается в электронный блок управления.
Камера 7 и поршень 8, выполненный заодно со стальным сердечником 3, образуют пневматический амортизатор, гасящий колебания измерительной системы, которые могут возникнуть при резких скачках измеряемого давления РИ.
Недостатком датчиков мембранного типа является наличие подвижных частей, совершающих значительные перемещения, и явление трения, приводящее к неизбежному износу и, в конце концов, – к отказу датчика.
Этого недостатка лишены датчики тензометрического типа, в которых для генерации сигнала служат тензорезисторы, изменяющие свое сопротивление при чрезвычайно малых (сотые доли миллиметра и менее) деформациях активного элемента, на которых они закреплены.
1
2
3
4
5
6
1
7
7
7
7
8
8
8
РИ
Р0
Схема тензометрического датчика
давления: 1. Корпус. 2.
Измерительная полость. 3. Тензорезистор
в виде тонкой резистивной пленки. 4.
Полость, соединенная с внешней средой.
5. Упругий чувствительный элемент. 6.
Компенсационный резистор. 7. Электрические
выводы. 8. Изоляторы
При появлении перепада давления между полостями 2 и 4 упругий элемент 5, на который наклеен тензорезистор 3, изгибается в пределах упругих деформаций (это сотые и даже тысячные доли миллиметра). При этом тензорезистор 3 удлиняется, его сопротивление меняется. Тензорезистор 3 вместе с компенсационным резистором 6 включены в мостовую измерительную схему (сопротивление резисторов 3 и 6 в исходном состоянии равны). При изменении сопротивления резистора 3 происходит разбалансировка моста, и сигнал разбалансировки, пропорциональный перепаду давления на элементе 5, подается в блок управления системой впрыска.
В последнее время в качестве материала для тензорезисторов широко используются высокочувствительные полупроводники.