Информационно-измерительные устройства

Ерёменко Владимир Григорьевич

Оглавление

Датчик аварийной температуры жидкости ДАТЖ, ДАТЖ-01(аналог ТМ111) 14

Датчики указателя температуры жидкости ДУТЖ, ДУТЖ-01, ДУТЖ-02 (аналог ТМ 100) 19

Датчик аварийной температуры жидкости ДАТЖ, ДАТЖ-01(аналог ТМ111) 20

Датчик аварийного давления масла ДАДМ-01, — 02,-03 (аналог ММ111) 80

Датчик аварийного давления воздуха ДАДВ, ДАДВ-01(аналог ММ 124) 81

Датчик сигнализатора давления масла ДСДМ 82

Рис.28 Датчик аварийного давления воздуха ДАДВ, ДАДВ-01(аналог ММ 124) 84

Датчик аварийной температуры жидкости ДАТЖ, ДАТЖ-01(аналог ТМ111) 14

Датчики указателя температуры жидкости ДУТЖ, ДУТЖ-01, ДУТЖ-02 (аналог ТМ 100) 19

Датчик аварийной температуры жидкости ДАТЖ, ДАТЖ-01(аналог ТМ111) 20

Датчик аварийного давления масла ДАДМ-01, — 02,-03 (аналог ММ111) 80

Датчик аварийного давления воздуха ДАДВ, ДАДВ-01(аналог ММ 124) 81

Датчик сигнализатора давления масла ДСДМ 82

Рис.28 Датчик аварийного давления воздуха ДАДВ, ДАДВ-01(аналог ММ 124) 84

Оглавление

Лекция 1 Общие свойства датчиков

Лекция 2 Алгоритм измерения

Лекция3 Датчики температуры

Лекция4 Указатели,логометры

Лекция 5 Схемы включения терморезистора

Лекция 6 Камеры инфракрасного диапазона

Лекция 7Технологии датчиков ИК-спектра

Лекция 8 Пироэлектрические детекторы

Лекция9 Интегрированный датчик температуры с МК

Лекция10 Устройства для измерения расхода жидкости или газа.

Лекция 11Устройства измерения давления газа,жидкости

Лекция 12 Давление в шинах автомобиля

Лекция13 Методы измерения часторы вращения.

Лекция14 Технология iMEMS

Лекция16 Акселерометры

Лекция17 Применение акселерометров

Лекция18 Частотные свойства акселерометров

Лекция19 Датчик удара (шок-датчик)

Лекция20 Датчики скорости потока

Лекция21 Датчики количества и качества топлива и масла.

Лекция22 Оптические датчики расстояния

Лекция23 Автомобильные преобразователи свет/цвет–частотата

Лекция24 Система контроля цветов

Лекция25 МОДУЛЬНЫЕ И КОМПОНЕНТНЫЕ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЕ ДАТЧИКИ И КОМПАСЫ HONEYWELL.

Лекция26 Система динамической стабилизации (VDC) - общая информация, принцип функционировании.

Лекция 27 Измерение шума, состава выхлопных газов.

Лекция28Автомобильная навигационная спутниковая система и автоматика автомобиля

Лекция29ОРГАНИЗАЦИЯ МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

Лекция30 СИСТЕМА КРУИЗ-КОНТРОЛЬ ДЛЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ НА ОСНОВЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА PIC18F452

Лекция 1 Общие свойства датчиковков

На датчик могут одновременно воздействовать различные физические величины (давление, температура, влажность, вибрация, ядерная реакция, магнитные и электрические поля и т. д.), но воспринимать он должен только одну величину, называемую естественной величиной .

Функциональную зависимость выходной величины датчика от естественной измеряемой величины в статических условиях, выраженную аналитически, таблично или графически, называют статической характеристикой датчика.

Статическая чувствительность представляет собой отношение малых приращений выходной величины к соответствующим малым приращениям входной величины в статических условиях. По определению, статическая чувствительность равна или, переходя к пределу, будем иметь .Это соотношение является постоянным, когда выходная величина (выходной сигнал) представляет собой линейную функцию входной величины (выходного сигнала). Если имеется нелинейная функция, то должны быть указаны точки, к которым относится данная чувствительность. В некоторых случаях чувствительность может быть представлена в виде наклона секущей между двумя характеристическими точками статической нелинейной характеристики.Понятие статической чувствительности аналогично понятию коэффициента усиления; градиента; коэффициента чувствительности.

Чувствительность датчика – это, как правило, именованная величина с разнообразной размерностью, зависящей от природы входной и выходной величин.Понятие чувствительности можно распространить на динамические условия работы. При этом под чувствительностью подразумевают отношение скорости изменения выходного сигнала к соответствующей скорости изменения входного сигнала:

.В случае периодических, в частности синусоидальных, сигналов чувствительность может быть определена как отношение амплитуд выхода и входа.

Под порогом чувствительности датчика понимают минимальное изменение измеряемой величины (входного сигнала), вызывающее изменение входного сигнала. Наиболее характерным показателем качества датчика является полный диапазон датчика, выражаемый отношением

,где - естественный предел измерения; - порог чувствительности датчика.Для каждого типа датчиков существует практически достижимый предел величины , определяемый принципом действия и характеристиками чувствительного элемента.

Гистерезисом называют неоднозначность хода статической характеристики датчика при увеличении и уменьшении входной величины.Для упругих элементов (мембраны, пружины и т. д.) в понятие гистерезис также включают понятие упругое последействие.Гистерезис относится в общем случае к случайным погрешностям, так как его величина определяется не только значениями входной величины, но и временными характеристиками работы датчика. Гистерезис выражается в процентах

,где - изменение выходной величины в рабочих пределах.Гистерезис возникает в датчиках из-за внутреннего трения в упругих элементах, трения в подвижных элементах, ползучести (например, в наклеиваемых тензодатчиках), магнитного гистерезиса и т. п.

Основной погрешностью датчика является максимальная разность между действительным значением выходного сигнала и его величиной, соответствующей истинному значению входного параметра. Эта разность определяется по статической характеристике датчика при нормальных условиях и обычно относится к разности предельных значений выходной величины:

.

Нормальными условиями эксплуатации датчика являются: температура окружающей среды ; атмосферное давление Па/ мм рт. ст.; относительная влажность окружающего воздуха ; отсутствие вибрации и полей, кроме гравитационного.

Дополнительные погрешности датчика – это погрешности, вызываемые изменением внешних условий по сравнению с нормальными. Они выражаются в процентах, отнесённых к изменению неизмеряемого параметра (например, температурная погрешность на и т. д.).Первичной погрешностью датчика называют отклонение его параметра от расчётного значения:

,где - первичная погрешность параметра ; - расчётное значение параметра ; - индекс (номер) преобразователя; - индекс (номер) параметра.Первичная погрешность датчика вызывает отклонение выходной величины от её расчётного значения при заданном значении входной величины . Это отклонение принято называть частной погрешностью датчика:

; .

Суммарная погрешность датчика определяется как сумма частных погрешностей. Способ суммирования определяется природой первичных погрешностей.При систематических первичных погрешностях частная погрешность датчика определяется по зависимости .

Если первичные погрешности случайные, то предельное значение погрешности датчика можно определить квадратичным суммированием предельных значений частных погрешностей: .

Практическая оценка погрешности измерений различных физических параметров часто усложняется большим числом одновременно действующих независимых факторов, вызывающих частные погрешности.

Лекция 2 Алгоритм измерения

К измеряемому объекту подсоединяется измерительный инструмент и параметры объекта сравниваются с показаниями измерительного прибора, который проградуирован в долях измеряемой величины. Это принцип прямого измерения.Косвенные измерения (с помощью датчиков) Сенсорика - наука о датчиках.Измеряемая величина датчиком (сенсором) преобразуется в другую физическую величину, которая удобна для помещения в измерительный прибор.Погрешность - разница между измеряемой величиной и истинной.Точность - обратная величина погрешности.Погрешность должна быть больше, чем минимальное деление шкалы.Точность прибора зависит от технологического уровня и от экономических соображений.Два вида ошибок измерения:1)Постоянные во времени ошибки.

2)Зависящие от времени (от внешних условий) ошибки, например от температуры t0C.

Постоянные во времени ошибки могут быть компенсированы приборным путем, либо смещением начальной точки отсчета, если известен закон распределения по шкале этой ошибки - запись в таблице поправок.Ошибки возникают при воздействии дестабилизирующих факторов(температура, условия освещения, влажность, скорость потока воздуха и др.)Меры компенсаций переменных погрешностей измерений:1) Создание комфортных условий для измерительных приборов и объекта (корпус).2) Включение в процесс измерения элемента, чувствительного к дестабилизирующему фактору и сложение результатов компенсированного элемента со знаком минус с основным результатом (компенсация) - пассивные компенсационные устройства.3) Активный способ компенсации дестабилизирующих факторов (наличие второго контура измерений).

Всякое измерение вносит дестабилизирующий фактор (погрешность) в измеряемый объект.Процесс измерения сопровождается активным воздействием измерительного прибора на объект измерения. Задача создания измерительного комплекса заключается в минимизации этого воздействия.

Пример: цепь измерения тока должна создавать минимальное падение напряжения на измерительном шунте, чтобы это не влияло на измерение. Стандартный шунт - 0,075 В.Точность и погрешность прибора должна быть согласована с возможностями аналого-цифрового преобразования.АЦП - аналого-цифровой преобразователь.ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь.

Среднее значение импульсной функции определяет КЗИ - коэффициент заполнения импульсов: ;где tИ - длительность импульса; Т - период; КЗИ - коэффициент заполнения импульсов, а также

;

Классы точностей - цифры I, II, III... и т. д., каждой из которых соответствует определенный допуск или погрешность измерения.Абсолютная погрешность Δ=Хизм – Хист. Относительная погрешность - отношение Δ к максимуму шкалы или к Хист. Диапазон измеряемой величины-это ΔX=Хmax – Хmin.

Методы повышения точности измерения при пользовании стандартными приборами.

1) Среднеквадратичная погрешность нескольких измерений:

;где n - число измерений.

При повторении измерений одного и того же объекта погрешность может быть как с минусом, так и с плюсом.Чем больше попыток измерения n, тем больше точность имерений (осредненный результат).

2) Одновременное измерение несколькими приборами и так же осреднение результатов:X= ; ;где σ - среднеквадратичное отклонение измерения; n - число измерений или число измерительных приборов.Чем больше n, тем больше точность.Применение статистических формул не дает абсолютное повышение точности, а дает повышение точности с некоторой степенью вероятности (вероятность стремится к 1 при росте числа измерений).

3)Метод мажоритарного измерения - измерение производится одновременно n приборами, и не учитываются крайние показания приборов относительно среднего показания, которое считают истинным.

Выбор наименьшей и наибольшей величины.

Рис.1 Выбор наибольшего значения.

Определение канала с наибольшим сигналом осуществляется определением знака напряжения на диодах.

Выбор наименьшего значения.

Рис.2 Выбор наименьшего значения

Два действия - выделения минимального и максимального сигнала при трех каналах позволяет осуществить мажоритарное измерение.

Всякому процессу измерения сопутствует так называемый шум - случайные отклонения параметров измерительного устройства (необходимо, чтобы шум был ниже минимального деления измерительного прибора).Характеристики шума:- амплитуда колебаний;- частотный диапазон.

Наиболее часто используются такие методы борьбы с шумом - включение фильтров, которые не пропускают высокие частоты, увеличение массы стрелки, которая не колеблется (увеличение инерции).Фильтрация шумовых сигналов замедляет процесс измерения, так как предполагается увеличение постоянной времени объекта.

Прибор измеряющий и запоминающий максимальное значение измеряемой величины - пик-детектор.

Вывод сигналов измерительных систем: Неотложная информация, поступающая водителю в виде визуальной информации. В опасных случаях визуальная информация дублируется звуковой.

Информация, используемая в дальнейшем при эксплуатации транспортного средства может записываться в память ПК и годографа.

Лекция3 Датчики температуры

Используются сенсоры температуры:1)Термобиметаллические пластины, изменяющие свой размер с изменением температуры (указатели).2) Металлы,имеющие зависимость сопротивления от температуры3) Терморезисторы (термисторы(↑t0 ↓R), Рис.3

Рис.3 Зависимость сопротивления терморезистора от температуры

4)Используются для измерения температуры позисторы(↑t0 ↑R). Позистор благодаря высокой крутизне характеристики в зоне повышенной температуры может совмещать функции измерения и ограничения тока (неплавкий предохранитель).

Как правило используют два типа терморезисторов:

а) Со+Мn·О2 б) Сu+Mn·О2;

R=_R0·(1±α·ΔT) - приближенная запись для узкого диапазона температур.

_R0 - сопротивление при базовой температуре _Т0.Т=_Т0±ΔТ; R при Т; _R0 при _Т0;

Для широкого диапазона температур:R=_R0·eβ/T;

При известных R1 при Т1; R2 при T2; Т2>Т1;

R0=R1·e-β/T1

Свойства терморезисторов:- нестабильность характеристик во времени;

- большой разброс номинальных значений (±20-17%).

Саморазогрев терморезистора.

Р=U·I=B·ΔT; ΔТ=ТК-Т0;В - коэффициент, учитывающий отдачу тепла терморезистором; Т0 - температура окружающей среды;ΔT - ограничение перегрева при изменении температуры.

R293 - номинальное сопротивление резистора;

;

В автомобильных системах используется зависимость коэффициента В от конвекции (от скорости перемещения среды относительно терморезистора). Это можно использовать для измерения скорости среды относительно терморезистора или наоборот.

В=0,3-10(мВт/град) =const Существуют подогревные терморезисторы, которые окружены подогреваемой спиралью. Коэффициент α - выражает изменение абсолютной величины R, при изменении температуры на 1 градус: ;

Постоянная времени τ - время, в течение которого температура перегрева терморезистора при его свободном охлаждении понижается на 63% относительно первоначального перегрева.

Теплоемкость (Н) - количество тепла, которое нужно передать терморезистору, чтобы увеличить его температуру на 10С .Н=τ·в;

Коэффициент энергетической чувствительности (G) - мощность, которую нужно выделить в терморезисторе для уменьшения его сопротивления на 1%.

G=в/α;

Максимально допустимый ток - ток, при котором температура терморезистора равна максимально допустимой.