14 Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей
Рис. 5.1. Круговой потенциометр типа ПТП-5
5.1. Электромагнитные датчики
ряют угол поворота коленчатого вала двигателяИи находят угловую скорость его вращения при применении электронной системы впрыска бензина. Также датчики позволяют измерять угол поворота колеса автомобиля и находить угловую скорость его вращения (в антиблокировочных системах).
На автомобилях для измерения углов поворота валов применяют
электромагнитные датчики. Например, с помощью таких датчиков изме-
Рассмотрим конструкцию и принцип действия электромагнитного |
|||
датчика [2]. |
|
|
Д |
|
|
|
|
Работу датчика обеспечивает зу чатый сектор 1 (рис. 5.2), изготов- |
|||
|
|
А |
|
ленный из магнитного матер ала (сталь). На секторе профрезеровано от |
|||
|
б |
|
|
|
и |
|
|
40 до 90 пазов. ДатчСк 2 устанавливается неподвижно на корпусе 3. Корпус 3 тоже изготавл вается з магнитного материала. Датчик состоит из постоянного магнита (см. N – S на рис. 5.2), на котором установлена обмотка. Обмотка имеет значительное число витков и два вывода.
Магнит создает внутри обмотки постоянное магнитное поле. Если зуб сектора приближается к датчику (показано на рис. 5.2), то магнитная цепь постоянного магнита замыкается. Через обмотку датчика проходит магнитный поток, направление которого указано стрелками. Магнитопроводом является корпус 3, вал сектора и сектор. Магнитный поток увеличивается, на выводах датчика появляется электродвижущая сила и увеличивается напряжение UД. Если зуб сектора отходит от датчика, то возрастает сопротивление магнитной цепи. Магнитный поток снижается, на выводах датчика уменьшается электродвижущая сила UД и образуется противоположное напряжение.
При непрерывном вращении магнита на выводах датчика индуцируется переменное напряжение, частота которого соответствует скорости вращения сектора. Для получения напряжения, достаточного для работы
Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей 15
микросхемы, к которой подключается датчик, между сектором и датчиком устанавливают небольшой зазор от 0,5 до 1 мм.
Напряжение, вырабатываемое датчиком, зависит от скорости вращения сектора. При малой скорости величина напряжения низкая, при большой скорости – величина уже достаточна для надежной работы микросхемы. Иными словами, величина и частота сигнала датчика зависят от скорости вращения сектора и зазора. Для получения стабильного по напряжению сигнала и достиже-
ния стандартной крутизны импульсов при- |
Рис. 5.2. Схема установки |
|
меняют широко распространенную микро- |
||
магнитоэлектрического |
||
схему, называемую триггером Шмитта. На |
И |
|
датчика: 1 – зубчатый сектор; |
||
выходе микросхемы образуются сформиро- |
2 – датчик; 3 − корпус |
ванные прямоугольные импульсы.
Угол поворота вала теперь легко подсчитать, если применить элек-
трический счетчик импульсов. При этом точность измерения угла определяется числом зубьев сектора. А
Д
Имея в распоряжении прямоугольные импульсы, следующие с определенной частотой, можнобэлектрическим путем получить напряжение, величина которого пропорциональна угловой скорости вращения вала. Для этого разработаныиспец альные локи ПЧН – преобразователи частоты в напряжение. Блок ПЧН содержит генератор прямоугольных импульсов постояннойСдл тельности и интегратор.
Таким образом, с помощью электромагнитного датчика измеряют угол поворота вала и угловую скорость его вращения.
Датчики этого типа применяются также в приборах ИМДЦ-ЦМ, которые используются для измерения мощности двигателя без снятия двигателя с автомобиля. С помощью этого прибора мощность двигателя измеряется в режиме разгона при максимальной подаче топлива.
5.2. Датчики растрового типа
Описанные выше датчики позволяют измерить угол поворота вала и угловую скорость с небольшой точностью. Высокую точность измерения обеспечивают датчики растрового типа. Они применяются на станках с числовым программным управлением и при проведении научноисследовательских работ. Промышленностью России выпускаются датчики СИФ-1, 2, 3 (рис. 5.3) и более совершенные датчики ВЕ-178.
16 |
Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей |
|||
|
|
Датчики подсоединяются к валу с помощью уп- |
||
|
|
ругой муфты. Внутри датчика имеются два стек- |
||
|
|
лянных диска и электронный блок. Первый диск |
||
|
|
неподвижен, а второй приводится во вращение с |
||
|
|
помощью муфты. На дисках с помощью лазерной |
||
|
|
технологии выполнены радиальные полосы. Дис- |
||
|
|
ки расположены на небольшом расстоянии друг |
||
|
|
от друга. С одной стороны установлен излучаю- |
||
|
Рис. 5.3. Датчик СИФ-3 щий светодиод (датчик типа ВЕ-178), а с другой |
|||
|
растрового типа |
стороны – приемный фотодиод. Если диски рас- |
||
|
|
|||
|
положены так, что полосы находятся напротив друг друга, то световой |
|||
|
поток проходит к фотодиоду. Если полосы сдвинуты относительно друг |
|||
|
друга, то свет не проходит. При вращении второго диска меняется интен- |
|||
|
сивность освещения фотодиода, на его выходе образуется переменное |
|||
|
напряжение. Сигнал фотодиода усиливается операционным усилителем и |
|||
|
формируется в прямоугольные импульсы. Для того, чтобы определить |
|||
|
направление вращения вала, устанавливают два излучающих и два при- |
|||
|
емных фотодиода. По сдвигу фаз следования импульсов определяют на- |
|||
|
|
|
|
И |
|
правление вращения. В датчике дополнительно установлен фотодиод, с |
|||
|
помощью которого определяют начальное положение вала. Четвертый |
|||
|
|
|
|
Д |
|
фотодиод вырабатывает один импульс при повороте вала на один оборот. |
|||
|
Число полос на стеклянных дисках намного больше, чем число |
|||
|
зубьев на секторе электромагн тногоАдатчика. Датчики этого типа выра- |
|||
|
батывают от 250 до 2500 мпульсов за один оборот вала. Это позволяет |
|||
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
С |
|
|
|
измерить угол поворота вала с дискретностью соответственно от 1,44 до 0,144 градуса (8,64 м н). Располагая большим числом импульсов можно обеспечить работу блока ПЧН с высокой точностью.
5.3. Генераторные датчики
Для измерения частоты вращения валов также применяют датчики генераторного типа [2]. Промышленность России выпускает бесконтактные датчики БК-А (рис. 5.4) и БВК-24 (рис. 5.5) различных модификаций. Датчики БК-А подключаются к источнику постоянного тока напряжением 12 В, а датчики БВК-24– кисточникупостоянноготоканапряжением24 В.
Рис. 5.4. Датчик БК-А генераторного типа
Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей 17
Работу датчиков этого типа обеспечивает паз, имеющийся в его корпусе. По краям паза в корпусе датчика располагают две обмотки. К одной обмотке подключается конденсатор и образуется колебательный контур. Вторая обмотка имеет небольшое число витков. Назовем ее возбуждающей обмоткой.
|
И |
Рис. 5.5. Датчик БВК-24 генераторного типа |
|
А |
|
В паз датчика при вращении вала входит металлическая пластина. |
|
б |
|
Если пластина находится вне паза, тоДмагнитное поле с возбуждающей
обмотки передается в коле ательный контур, и в контуре возбуждаются колебания. Когда пластинаивходит в паз, тогда связь между обмотками исчезает, колебания прекращаются. Сигнал с колебательного контура снимается, усиливаетсяСус л телем и выпрямляется. На выходе выпрямителя образуются мпульсы. Импульсы формируют триггером Шмита в прямоугольные импульсы и подсчитывают их число счетчиком.
Следует заметить, что датчики генераторного типа также применяют для контроля мест расположения деталей различного оборудования.
5.4. Гироскопические датчики
Для измерения угловой скорости автомобиля применяют одностепенные гироскопы [2]. Например, угловую скорость автомобиля измеряют при заводских испытаниях для оценки его управляемости.
Авиационная промышленность Российской Федерации выпускает датчики типа ДУСУ1 различных вариантов (рис. 5.6). Датчики подключаются к дополнительному генератору переменного тока частотой 200 Гц, напряжением 24 В (рис. 5.7). Следует заметить, что в авиации напряжение в бортовой сети самолета или вертолета принято 24 B и для пита-
18 Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей
ния дополнительного оборудования используется переменный ток частотой 200 Гц.
Рис. 5.6. Датчик угловой скорости ДУСУ1
|
|
|
И |
|
|
Д |
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
Рис. 5.7. Прео разователь напряжения ПАГ-1ФП |
|||
С |
|
|
|
Внутри гироскопического датчика установлен маховик, вращающийся с частотой не менее 15 тысяч оборотов в минуту. При вращении
корпуса датчика изменяется положение оси вращения маховика. Угол поворота оси маховика регистрируется реостатным (проволочным) датчиком, выводы которого подсоединены к разъему датчика.
Для измерения курсового угла автомобиля и одновременно угла крена применяют двухстепенные гироскопы. Такие измерения производят при исследованиях управляемости и устойчивости автомобиля. Авиационная промышленность выпускает гироскопы модели Г-3М, которые называют гирополукомпасами (рис. 5.8). Гирополукомпасы подключают к дополнительному генератору переменного тока частотой 200 Гц и к источнику постоянного тока напряжением 24 В.
Поворот оси гироскопа измеряется реостатными датчиками в двух плоскостях. Сигналы с датчиков выведены на разъем. Для установки маховика гироскопа в начальное положение применяется отдельный элек-
Малюгин П.Н.Датчики, приборыи стендыдляинструментальногоконтроляавтомобилей 19
тродвигатель. Предусмотрено дистанционное управление электродвигателем.
|
|
|
И |
|
|
Д |
|
|
А |
|
|
Рис. 5.8. Гирополукомпас |
|||
б |
|
|
|
Авиационная промышленность также выпускает трехстепенные ги- |
|||
и |
|
|
|
роскопы модели ЦГВ-4 (рис. 5.9). Их применяют при исследованиях управляемости и устойч вости автомобиля. Питание и управление этими
приборами организовано так же, как и приборами Г-3М. С
Рис. 5.9. Трехстепенной гироскоп