Датчики переменного сопротивления

Наиболее наглядные примеры применения датчиков с переменным сопротивлением в автомобиле — датчик положения воздушной заслонки и датчик потока воздуха лопастного типа. В то время как емкостные датчики используются для измерения малых изменений, датчики с переменным сопротивлением обычно измеряют большие перемещения. Это обусловлено недостаточной чувствительностью, присущей конструкциям с резистивной дорожкой.

Датчик положения воздушной заслонки, как показано на рис. 2.54, является потенциометром, в котором при подаче стабильного напряжения на его концы (обычно 5 В) напряжение на скользящем контакте будет пропорционально положению заслонки. Сегодня во многих случаях потенциометр заслонки используется, чтобы вычислить скорость изменения положения заслонки. Эта информация используется для обогащения смеси при ускорении автомобиля или, наоборот, ее обеднения при сбросе газа.

Выходное напряжение вращающегося потенциометра

может быть вычислено так:

где V—выходное напряжение, Vг —напряжение

источника питания, аi —угол положения скользящего

контакта, аc- возможный суммарный угол

поворота.

Датчик воздушного потока, показанный на рис. 2.55, работает на принципе измерения силы, прилагаемой к вращающейся лопасти со стороны воздушного потока при его прохождении через трубопровод. Калиброванная спиральная пружина так противодействует силе, отклоняющей лопасть, что движение ее пропорционально объему воздуха проходящему через датчик. Для уменьшения флуктуаций, вызванных пульсациями входного

потока воздуха, к лопасти датчика крепится лопасть демпфера. Следовательно, флуктуации будут действовать на обе лопасти и взаимно компенсироваться. В этой конструкции минимизирована

вероятность какого-либо повреждения, обусловленного проникновением выхлопных газов. Резистивный материал, использованный для дорожки, представляет собой металлокерамическую смесь, которая впаяна в керамическое основание при очень высокой температуре. Скользящий контакт

потенциометра калиброван таким образом, чтобы выходное напряжение было пропорционально количеству всасываемого воздуха.

Акселерометр (датчики удара)

Пьезоэлектрический акселерометр измеряет силу, вызванную ускорением подвижной массы. Для преобразования этой силы в выходной электрический сигнал используется пьезоэлектрический

кристалл. Кристалл действует не только как преобразователь,

но и как демпфирующая пружина для массы. На рис. 2.56 показан типичный акселерометр (или датчик удара) для автомобиля.

Кристалл помешается в виде прослойки между основанием датчика и инерционной массой и закрепляется резьбовым соединением. Силы ускорения, действующие на инерционную массу, вызывают изменение силы сжатия кристалла и, следовательно, генерируют пьезоэлектрическое напряжение. Возникающие колебания демпфируются исключительно за счет упругости материала кристалла. Это значит, что такой датчик будет

иметь ярко выраженную резонансную частоту, причем она будет очень высокой (свыше 50 кГц). На частотах до 15 кГц датчик будет иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ).

Собственная резонансная частота упругой системы

описывается формулой:

где f—резонансная частота, к - жесткость пружины (очень высокая в данном случае), m —масса груза (очень малая в данном случае).

Когда датчик используется как датчик детонации в двигателе, то он будет обнаруживать и другие вибрации. Их нужно свести к минимуму, отслеживая только «зону детонации» - несколько

градусов поворота коленвала до и после верхней мертвой точки (ВМТ). Нежелательные сигналы отфильтровываются электрически. Для обнаружения сигнала от датчика такого типа используется

усилитель с высоким входным сопротивлением. Чувствительность автомобильного датчика детонации составляет около 20 мВ/g (g = 9,81 м/сек2).