15.ДАТЧИКИ В ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ Любая электронная система автоматического управления (ЭСАУ) включает в свой состав множество различных преобразователей неэлектрических воздействий в электрические сигналы. Такие устройства принято называть датчиками, так как они задают необходимую входную информацию для работы ЭСАУ. При этом одна группа датчиков реагирует на внешние управляющие сигналы и случайные возмущения, а другая воспринимает сигналы от самой системы управления и возвращает их обратно в систему. Первая группа непосредственно управляет работой системы и адаптирует ее к случайным внешним воздействиям (возмущениям). Вторая — образует обратные связи, чем способствует улучшению параметров и характеристик системы, повышает эффективность ее работы. В данной статье описываются датчики, которые наиболее часто используются в электронных системах автоматического управления автомобильным двигателем.

1. Предварительные замечания

Датчик (Д), как преобразователь неэлектрического воздействия (НВ) в электрический сигнал (ЭС), всегда состоит, как минимум, из двух частей — чувствительного элемента (ЧЭ), который обладает способностью воспринимать входное неэлектрическое воздействие, и преобразователя (П) неэлектрического сигнала (НС) от чувствительного элемента в электрический сигнал (ЭС).  Датчики бывают активными устройствами, в которых электрический сигнал возникает за счет внутреннего энергетического преобразования без использования внешней электрической энергии , и пассивными, в которых электрический сигнал есть следствие модуляции внешней (ВЭ) электрической энергии .Например, обычное переменное сопротивление с ползунковым контактом (потенциометр) может выполнять функции пассивного датчика угла поворота.

2. Датчики угла поворота

В таком пассивном датчике чувствительным элементом (ЧЭ) является ось вращения, на которую установлен ползунковый контакт, а резистивная дорожка П — это преобразователь углового положения оси (которое является неэлектрическим сигналом (НС) на выходе чувствительного элемента) в выходную резистивную величину . Электрический сигнал (ЭС) на выходе потенциометрического датчика появится только после того, как на резистивную дорожку будет подана внешняя электрическая энергия (ВЭ) в виде постоянного напряжения. Тогда электрический потенциал на ползунковом контакте относительно одного из выводов резистивной дорожки и будет выходным электрическим сигналом (ЭС) датчика. К потенциометрическим датчикам ЭСАУ-Д относятся: датчик углового положения дроссельной заслонки — ДПД ;датчик углового положения ротаметра расходомера воздуха — ДРВ; датчик положения педали акселератора (ДПА); датчики положения различных поворотных устройств .

3. Контактные датчики эсау-д

На современном автомобиле помимо потенциометрических достаточно большое количество контактных датчиков, состоящих из электрической контактной пары (преобразователь датчика) и механического толкателя (чувствительный элемент). Такие датчики являются пассивными и работают по принципу разрыва или замыкания элек трической цепи и поэтому на выходе имеют дискретный сигнал "да-нет", который легко преобразуется в цифровой.  В современных ЭСАУ-Д контактные датчики применяются в основном как датчики краевых положений дроссельной заслонки в составе датчика ее положения, или как отдельные устройства. В некоторых случаях контактный датчик используется как микровыключатель электробензонасоса при неработающем двигателе, но включенном зажигании. Такой датчик устанавливается в расходомере воздуха.

4. Датчики Холла

Суть эффекта Холла состоит в том, что если прямоугольный токопроводящий брусок К, по которому протекает постоянный электрический ток Iв, поместить в поперечное постоянное магнитное поле В, то в третьем декартовом направлении на боковых гранях бруска будет наводиться электродвижущая сила Ех, которая по имени ее открывателя названа ЭДС-Холла. Направление этой ЭДС, как и в классическом индукционном трезубце (ILBLF), определяется по правилу левой руки.

5. Пьезоэлектрические датчики.В современных ЭСАУ-Д помимо вышеописанных пассивных датчиков достаточно широко используются и активные. В активных датчиках реализуются самые разнообразные физические эффекты, при которых имеет место внутреннее энергетическое преобразование внешнего неэлектрического воздействия в выходной электрический отклик.  Примером к сказанному может служить пьезоэлектрический эффект. Устройство, реализующее этот эффект и называется пьезоэлементом.Суть пьезоэлектрического эффекта в том, что при механическом воздействии НВ на пластинку ПК пьезокристалла, которая с обеих сторон покрыта токопроводящей пленкой ТК и одним концом жестко закреплена в фиксирующем держателе ФД, на токопроводящих покрытиях ТК появляется разность электрических потенциалов (электрический сигнал ЭС), величина и форма которой пропорциональна степени прогиба пластинки под воздействием входного механического усилия НВ. На автомобиле пьезоэлектрические датчики применяются в ультразвуковых системах защиты стекол дверей от несанкционированного вскрытия, в системе предотвращения от соударений автомобиля с препятствием, но главное использование пьезоэлектрического датчика — в качестве датчиков ЭСАУ-Д. Таких датчиков два: измеритель абсолютного давления (разрежения) во впускном коллекторе двигателя (тензометрический датчик МАР нагрузки двигателя) и детонационный датчик.