Что такое датчик? Бесконтактные датчики: обзор, принцип действия, назначение. Сенсорный выключатель Виды датчиков и принцип их работы

1. Датчики первого типа отвечают за диагностику и работоспособность тормозов и системы рулевого управления.
2. Приборы второго класса контролируют состояние силового агрегата, трансмиссии, подвески и шин.
3. Третья категория датчиков должна обеспечивать защитные функции транспортного средства и комфортабельность езды.

1. Интегральные датчики с интеллектуальными возможностями снижают нагрузку на блок управления. Приборы соединяются гибкими линиями связи, одновременно можно использовать несколько электронных приборов в связке. Такие датчики способны обрабатывать даже сигналы с малой интенсивностью.
2. Электронные приборы волоконно-оптического типа отличаются высокой чувствительностью к загрязнениям и повышенному давлению. Из-за этого они недолговечны, слабо воспринимают электромагнитные помехи. Такие сенсоры подходят не для всех типов автомобилей, потому что для присоединения их требуются специальные ответвители и разъемы.

Датчики двигателя

• Воздушный датчик предназначен для слежения за количеством поступающего во впускной тракт воздуха. Расходомер является надежным прибором, а главным его врагом считается влага. При выходе из строя прибора двигатель неустойчиво работает, появляется эффект "троения", наблюдается повышенный расход топлива. Расходомер встраивается во впускной тракт сразу за воздушным фильтром.
• "Лямбда-зонд" контролирует массовую долю кислорода, выходящего из выпускного коллектора. Прибор дозирует подачу топлива, отталкиваясь от концентрации кислорода. Располагается "лямбда-зонд" в системе выпуска отработанных газов.
• В системе регенерации отработанных газов современных автомобилей устанавливаются электронные приборы, контролирующие концентрацию оксида азота. Они размещаются в дроссельном узле. Как только устройство будет загрязнено, увеличится число повторений циклов регенерации.
• Датчик клапана EGR предназначен для снижения концентрации вредных газов, выбрасываемых в атмосферу. При резком ускорении авто прибор приоткрывает клапан, и выхлопные газы направляются в камеры сгорания. Таким образом, происходит полное сгорание углеводородов.
• В бензиновых моторах находит применение датчик Холла. Прибор устанавливается в задней крышке распредвала и измеряет его угол положения. Полученные сигналы от датчика Холла изменяют скорость перемещения поршней в цилиндрах.
• Датчик дроссельной заслонки снимает показания с педали акселератора. Прибор корректирует работу дроссельной заслонки, исходя из температуры охлаждающей жидкости. Чем холоднее антифриз, тем медленнее вращается коленвал. Датчик монтируется на дроссельном патрубке и взаимосвязан с заслонкой.
• Датчик положения коленвала отвечает на своевременную подачу топлива, связывая дозировку с моментом впрыска или опережением зажигания. Прибор снимает показания с зубчатого шкива, поэтому он крепится внизу блока цилиндров. Как только датчик выйдет из строя, мотор невозможно завести.

Датчики давления

Датчики первостепенного значения

• датчик давления во впускном тракте, который обеспечивает взаимосвязь между частотой вращения коленвала (уровнем нагрузки) и потоком топливной смеси;
• датчик давления воздуха в шинах контролирует заданный диапазон с целью безопасного движения автомобилей. Он встраивается внутри колеса.

Датчики второстепенного значения

• Датчик давления масла присутствует в автомобилях японских производителей. Прибор мембранного типа определяет показатель давления за счет прогиба мембраны. Датчик встраивается в блок цилиндров.
• Датчик давления топлива устанавливается в бензонасосе. При низком показателе прибор дает команду подкачивающему насосу.
• В модуле антиблокировочной системы имеется датчик давления тормозной жидкости.
• Под сиденьями некоторых авто есть сенсоры, которые определяют вес пассажира.

Температурные датчики

1. Чтобы контролировать температуру охлаждающей жидкости, в термостате или головке блока цилиндров устанавливается специальный датчик. Он определяет температурный режим двигателя, а при выходе за верхний предел дает команду на включение вентилятора. Если контрольная лампочка охлаждающей жидкости загорается на панели приборов, то это указывает на появление неполадок в системе.
2. Для бесперебойной работы мотора важно контролировать температуру масла. Датчик монтируется в корпусе масляного фильтра.
3. Находясь в салоне автомобиля, водителю полезно знать и о температуре атмосферного воздуха. Датчик температуры окружающей среды устанавливается спереди автомобиля.
4. Многие автомобили, укомплектованные системами климатического контроля, оснащаются датчиками температуры воздуха в салоне. Приборы монтируются в торпеде.

Датчики в топливной системе

• Прибор, контролирующий уровень топлива, монтируется в баке. Он оснащен поплавком с длинной штангой и сенсорным реостатом. Показатель уровня топлива напрямую зависит от величины сопротивления сенсора.
• В топливной системе находится и датчик расхода топлива. Он преобразует количество прошедшего топлива в электрические импульсы. Отличительными чертами прибора являются точность и надежность.
• Электронное устройство альтиметр встраивается в блок управления двигателем. Он регулирует подачу в камеры сгорания отработанных газов в зависимости от атмосферного давления.
• Правильную организацию работы газораспределительного механизма обеспечивает измеритель фаз. Он устанавливается недалеко от воздушного фильтра. При износе датчика происходит избыточное обогащение топливной смеси.
• Датчик детонации предназначен для измерения угла опережения зажигания. Устанавливается измеритель между цилиндрами двигателя. При выходе из строя наблюдается повышение детонации из-за увеличения числа взрывных процессов.

Современные автомобили оснащены большим количеством датчиков, назначение и принцип действия которых понятны далеко не каждому автолюбителю. Попробуем разобраться в этом вопросе.

Датчик массового расхода воздуха

Назначение датчика массового расхода воздуха (ДМРВ) заключается в контроле работы силового агрегата во время генерации системой электрического напряжения, посредством поступающего в мотор воздуха.

На основании собираемых датчиком данных строится максимально продуктивная работа мотора, во время которой поступление воздуха в цилиндры позволяет бесперебойно преобразовывать его в электрический ток.

Рабочая часть датчика – платиновая нить представляет собой чувствительный анемометр. Она нагревается до постоянной температуры, которая удерживается при помощи термореле и электронного блока управления.

Проходящий через датчик воздушный поток охлаждает нить, тогда управляющий модуль системы увеличивает подачу тока на нее, вследствие чего температура нагрева нити продолжает увеличиваться, пока не достигнет своего постоянного значения. Из этого следует, что сила необходимого для разогрева нити тока, зависит исключительно от скорости прохождения потоков воздуха через датчик. А уже посредством вторичного преобразователя в системе датчика происходит генерация электрического напряжения.

В процессе работы на нити датчика накапливаются различные отложения, загрязняя ее и ухудшая характеристики всего устройства.

Эффективная очистка нити возможна только при помощи прожига импульсным током с температурой порядка 1 тыс. градусов.

Однако промывать грязную платиновую нить датчика растворами, содержащими эфирные или кетоновые соединения, категорически запрещено, поскольку они:

Губительно воздействуют на компаунд;

Обладают способностью к охлаждению кристалла, в результате чего повреждается его структура;

Смывают так называемую маску с поверхности кристалла (защитный полимерный слой в его центре).

Не стоит даже пытаться промыть нить датчика различными растворителями и аэрозолями, содержащими ацетон и этил, также нельзя очищать нить анемометра смоченной в бензине ваткой, намотанной на спичку, либо деревянную палочку. Подобные манипуляции никакого эффекта не принесут, а лишь ухудшат работу ДМРВ.

В качестве промывки можно использовать ВД-40, но стоит учесть, что в ее составе находится дизтопливо и кислотные соединения. Промывает «вэдэшка» хорошо, однако, после себя оставляет специфическую пленку на поверхности, которую для нормальной работы датчика необходимо удалить. Смывать ее лучше спиртовыми составами (дистиллированная вода и любой спирт). Как показала практика, наиболее подходит для этой цели именно изопропиловый спирт. Наиболее эффективной станет промывка кристалла при помощи обыкновенного медицинского шприца с иглой малого диаметра. Перед промывкой датчик и промывочную жидкость необходимо разогреть, например, при помощи строительного фена.

Датчик контроля положения заслонки дросселя

Этот элемент устанавливается на блоке дросселя рядом с приводом, и предназначается для контроля положения газовой педали. Стоит отметить, что во время мойки силового агрегата стоит быть предельно аккуратным, дабы не повредить этот датчик.

Несмотря на то что датчик дросселя рассчитан на продолжительное использование, все же иногда подводит и он, выходя из строя. О его поломке сигнализируют повышенные холостые обороты, возникновение рывков и нестабильная работа мотора во время езды.

Датчик детонации

Он располагается на головке блока между цилиндрами (ІІ и ІІІ). В зависимости от особенностей конструкции различают следующие виды этих элементов:

Широкополосный (представлен в виде таблетки);

Резонансный (имеет вид бочонка).

Эти датчики не подлежат взаимной замене, то есть, в случае выхода из строя одного, его нельзя заменить другим типом.

Рабочий ресурс элемента огромен. Единственное, что необходимо – регулярно очищать контакты разъема от окисления. Работает этот датчик по принципу пьезозажигалки. То есть, с возрастанием уровня детонации начинает расти электрическое напряжение.

Датчик измеряет уровень детонации в силовом агрегате и, в зависимости от этого, контролирует угол опережения зажигания. В случае повышенной детонации, зажигание будет поздним. Если же датчик перестанет функционировать, двигатель начнет работать некорректно, увеличивается потребление топлива.

Он имеет шестигранную конструкцию, внутри которой расположен специальный пьезоэлемент, вырабатывающий электродвижущую силу из-за воздействия звуковых колебаний на его корпус. Получается, что датчик детонации является своеобразным передатчиком звуковых колебаний, благодаря которому блоку EFI доступны происходящие внутри мотора процессы.

Пустоты между корпусом и пьезоэлементом датчика заполнены компаундом особого состава. Помимо защитного назначения, компаунд имеет еще одно: его наличие позволяет выработать амплитудно-частотную характеристику, максимально приближенную к частоте детонационных процессов внутри силового агрегата.

При возникновении детонации во внутримоторном пространстве датчик измеряет ее уровень и передает сигнал блоку EFI, который в автоматическом режиме корректирует угол опережения зажигания, пока уровень детонации не снизится либо полностью не пропадет.

В итоге благодаря наличию датчика детонации в системе силового агрегата формируется наиболее благоприятный состав топливной смеси. Такое понятие, охарактеризованное на автомобильном сленге словосочетанием «стук пальцев», характеризует поломку датчика детонации. При этом резко снижаются рабочие характеристики мотора, и увеличивается потребление топлива.

Датчик масляного давления

Этот элемент контроля находится в магистральной сети маслопровода. Датчик запитан от электросети автомобиля и имеет индикатор на приборной панели. Кроме индикатора панель приборов может иметь контроллер масляного давления с указанием его величины.

Довольно часто этот датчик является контролирующей частью системы управления мотором, которая при достижении критического уровня масляного давления выключает силовой агрегат.

Помимо датчика масляного давления, может быть установлен датчик, контролирующий температуру моторного масла в системе.

Датчик температуры антифриза

В конструкции силового агрегата этот датчик занимает свое место между термостатом и ГБЦ. На нем предусмотрено два контакта, а в основе функционирования устройства заложен следующий принцип: чем ниже температура двигателя, тем более обогащенную рабочую смесь удается получить.

В системе охлаждения датчик представлен резистором специальной конструкции (термистором), который с изменением температуры охлаждающей жидкости меняет свое сопротивление. Чем выше температура, тем ниже сопротивление, и наоборот - чем ниже температура, тем выше сопротивление термистора. Известно, что изменение температуры ОЖ по-разному отражается на работе двигателя.

Его конструкция вполне надежна. Выйти из строя он может лишь по причине отсутствия контакта на его выводах либо внутри устройства.

О его неисправности можно судить по началу работы вентилятора в то время когда мотор еще находится в холодном состоянии, невозможности либо проблемам с запуском прогретого силового агрегата, увеличении потребления топлива.

Лямбда зонд

Либо по-простому – кислородный датчик. Его назначение сводится к определению в выхлопных газах авто количества содержания кислорода. Находится этот электрохимический элемент в конструкции глушителя.

Отсутствие кислорода в топливной смеси говорит о ее обогащенности, и, наоборот, его повышенное содержание снижает обогащение. Поэтому лямбда зонд предназначается для формирования правильного состава рабочей смеси. Более подробно о лямбде тут.

Этилированный бензин пагубно отразится на работе кислородного датчика, а в случае его поломки повышенное потребление топлива и превышение вредных соединений в выхлопных газах автомобиля – гарантировано.

Датчик ПКВ (положения коленвала)

Довольно прочный и надежный элемент, конструкция которого представляет собой катушку из провода с магнитным сердечником внутри. Он расположен в пространстве шкива, и по нанесенным на шкив рискам считывает показания положения коленчатого вала. Элемент генерирует сигнал, как только меняется положение расположенного на коленвале зубчатого диска. На основании этого сигнала блок управления отслеживает рабочие процессы, происходящие внутри цилиндра, и управляет подачей топливной смеси и искры.

В случае его поломки, рабочие обороты мотора резко упадут, а в худшем случае – силовой агрегат полностью остановится.

Датчик фаз или датчик положения распредвала (ДПРВ)

Входит в конструкцию, как правило, восьми- и шестнадцатиклапанных моторов, на которых располагается сразу за шкивом распредвала системы впуска сверху головки блока, и предназначается для формирования топливовпрыска в отдельно взятый цилиндр. Его поломка нарушает подачу топливной смеси, что вызывает ее резкое обогащение, как следствие увеличенный расход.

Регулятор холостых оборотов

Незаменимый элемент в устройстве мотора, который регулирует холостые обороты двигателя, обеспечивая его стабильную и максимально продуктивную работу. Конструкция устройства состоит из шагового электромотора с пружинной иглой конусного типа.

На работающем на холостых оборотах силовом агрегате воздух циркулирует мимо закрытой дроссельной заслонки. Это возможно благодаря конусной игле датчика, которая регулирует диаметр сечения дополнительной магистрали подачи воздуха. Таким образом датчик определяет оптимальное количество кислорода, необходимое для бесперебойной и продуктивной работы агрегата.

Месторасположение регулятора – корпус заслонки дросселя. Здесь необходимо обратить внимание на то, что крепится он при помощи двух винтов, головки которых у большинства авто покрыты слоем лака либо попросту рассверлены, что представляет некоторую помеху при снятии регулятора холостых оборотов. Поэтому нередко приходится прибегать к снятию корпуса заслонки для того, чтобы заменить регулятор либо прочистить загрязненную воздушную магистраль.

Поскольку регулятор относится к исполнительному типу устройств, его системная диагностика не предусмотрена. Поэтому в случае его поломки ошибка «Проверьте двигатель» на панели приборов может и не загореться.

На его неисправность указывают следующие факторы:

- «плавающие» холостые обороты мотора;

Часто силовой агрегат глохнет после выключения передачи;

Холодный пуск мотора не сопровождается повышением оборотов холостого хода, как это должно быть;

Нестабильность холостых оборотов во время включения нагрузки.

Снимать регулятор холостых оборотов необходимо только при отключенном аккумуляторе. Для этого с него снимется разъем и выкручиваются винты, крепящие датчик. Устанавливается регулятор в обратной последовательности. Единственное, что нужно сделать в момент его монтажа – смазать уплотнитель на фланце. Для этого идеально подойдет моторное масло.

Взаимосвязь разных типов датчиков в системе регулировки холостых оборотов мотора

Количество находящегося в моторе воздуха контролируется описанным выше датчиком ДМРВ, и в зависимости от его объема ЭБУ производит расчет подачи обогащенной рабочей смеси в двигатель.

При помощи датчика положения коленвала блок управления определяет обороты моторного агрегата, и на основании этого система регулировки холостого хода управляет подачей воздуха, минуя закрытую заслонку дросселя.

Во время стоянки блок управления поддерживает постоянную величину холостых оборотов на прогретом моторе. Если силовой агрегат холодный, система посредством регулировки оборотов холостого хода увеличивает их, обеспечивая мотору прогрев на высоких оборотах. Благодаря этому допускается движение без прогрева силового агрегата.

Все перечисленные датчики встречаются на большинстве современных автомобилях, и теперь вам будет намного легче ориентироваться в результатах диагностики и покупки необходимой запчасти в автомагазине.

Индуктивный датчик приближения. Внешний вид

В промышленной электронике индуктивные, и другие датчики применяются очень широко.

Статья будет обзорной (если хотите, научно-популярной). Приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Виды датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик – это устройство, которое выдаёт определённый сигнал при наступлении какого-либо определённого события. Иначе говоря, датчик при определённом условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал.

Точнее можем посмотреть в Википедии: Датчик (сенсор, от англ. sensor) - понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Там же и много другой информации, но у меня своё, инженерно-электронно-прикладное, видение вопроса.

Датчиков бывает великое множество. Перечислю лишь те разновидности датчиков, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия – датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут “proximity sensor”. Фактически это – датчик металла.

Оптические. Другие названия – фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются “датчик освещённости”

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления . Давления воздуха или масла нет – сигнал на контроллер или рвёт . Это если дискретный. Может быть датчик с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него наезжает или давит объект.

Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами .

Пока хватит, перейдём к теме статьи.

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Поле индукционного датчика. Металлическая пластина меняет резонансную частоту колебательного контура

Схема индуктивного npn датчика. Приведена функциональная схема, на которой: генератор с колебательным контуром, пороговое устройство (компаратор), выходной транзистор NPN, защитные стабилитрон и диоды

Большинство картинок в статье – не мои, в конце можно будет скачать источники.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма. Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, пускателя, и так далее. Единственное условие – соответствие по току и напряжению.

Работа индуктивного датчика. Флажок движется вправо, и когда достигает зоны чувствительности датчика, датчик срабатывает.

Кстати, производители датчиков предупреждают, что не рекомендуется подключать непосредственно на выход датчика лампочку накаливания. О причинах я уже писал – .

Характеристики индуктивных датчиков

Чем отличаются датчики.

Почти всё, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим и ёмкостным датчикам .

Конструкция, вид корпуса

Тут два основных варианта – цилиндрический и прямоугольный . Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса – металл (различные сплавы) или пластик.

Диаметр цилиндрического датчика

Основные размеры – 12 и 18 мм . Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

Чтобы закрепить датчик 18 мм, нужны 2 ключа на 22 или 24 мм.

Расстояние переключения (рабочий зазор)

Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надёжное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние – от 0 до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм – до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков – до 20…30 мм.

Количество проводов для подключения

Подбираемся к схемотехнике.

2-проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки.

2-проводный датчик. Схема включения

Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением – не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Можно вообще не думать, как их подключать. Главное – обеспечить ток.

3-проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один – для нагрузки. Подробнее расскажу отдельно.

4- и 5-проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод – выбор режима работы или состояния выхода.

Виды выходов датчиков по полярности

У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента:

Релейный. Тут всё понятно. Реле коммутирует необходимое напряжение либо один из проводов питания. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка от схемы питания датчика, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением. Используется в основном в крупногабаритных датчиках.

Транзисторный PNP. Это – PNP датчик. На выходе – транзистор PNP, то есть коммутируется “плюсовой” провод. К “минусу” нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе – транзистор NPN, то есть коммутируется “минусовой”, или нулевой провод. К “плюсу” нагрузка подключена постоянно.

Можно чётко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод и коммутируется. Другой провод подключен к нагрузке постоянно.

Ниже будут даны схемы включения датчиков , на которых будет хорошо видно эти отличия.

Виды датчиков по состоянию выхода (НЗ и НО)

Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров – электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание) либо выключен. Соответственно, говорят – нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт либо нормально открытый (НО) контакт. В иностранной аппаратуре, соответственно – NС и NО.

То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков – то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

Положительная и отрицательная логика работы

Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле).

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ или ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ логика: вход контроллера активизируется (логическая “1”) при подключении к ЗЕМЛЕ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В=. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ логика: вход активизируется при подключении к +24 В=. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с ЗЕМЛЕЙ. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

Существуют варианты различных устройств и подключения к ним датчиков, спрашивайте в комментариях, вместе подумаем.

Продолжение статьи – . Во второй части даны реальные схемы и рассмотрено практическое применение различных типов датчиков с транзисторным выходом.

До 70-го года прошлого века любой автомобиль был оборудован максимум тремя датчиками: уровня топлива, температуры охлаждающей жидкости и давления масла. Они подключались к магнитоэлектрическим и световым устройствам индикации на панели приборов. Их назначением являлось только информирование водителя о параметрах работы двигателя и количестве горючего. Тогда устройство датчиков автомобиля было очень простым.

Но время шло, и в 70-е годы того же столетия производители автомобилей стали уменьшать содержание вредных веществ в выхлопных газах, сходящих с их конвейеров авто. Необходимые для этого автомобильные датчики уже ничего не сообщали водителю, а только передавали информацию о работе двигателя в . Общее их количество в каждой машине значительно увеличилось. Следующее десятилетие ознаменовалось борьбой за безопасность при использовании машин, для этого были сконструированы новые датчики. Они предназначались для работы антиблокировочной системы тормозов и срабатывания пневматических подушек безопасности во время дорожно-транспортных происшествий.

АБС

Эта система предназначена для того чтобы не допускать полного блокирования колес при торможении. Поэтому устройство обязательно содержит датчики скорости вращения колес. Их конструкции различны. Они бывают пассивные или активные.

• Пассивные – это в большей мере индуктивные датчики. Собственно датчик состоит из стального сердечника и катушки с большим числом витков тонкого эмалированного медного провода. Для того чтобы он мог выполнять свои функции, на привод колеса или на ступицу напрессовывают стальное зубчатое кольцо. А датчик закрепляют так, чтобы при вращении колеса зубцы проходили вблизи сердечника и индуцировали в катушке электрические импульсы. Их частота следования и будет пропорциональным выражением скорости вращения колеса. Преимущества устройство такого типа: простота, отсутствие питания и низкая стоимость. Их недостатком является слишком маленькая амплитуда импульсов на скоростях до 7 км/час.

• Активные, которые бывают двух видов. Одни на основе всем известного эффекте Холла. Другие – магниторезистивные на основе одноименного явления. Магниторезистивный эффект состоит в изменении электрического сопротивления полупроводника при попадании в магнитное поле. Оба вида активных датчиков отличаются достаточной амплитудой импульсов при любых скоростях. Но их устройство сложнее, а стоимость выше пассивных. Да и то, что им необходимо питание, не назовешь преимуществом.

Система смазки

Автомобильные датчики, контролирующие параметры работы этой системы, бывают трех видов:

Охлаждение двигателя

Автомобиль с карбюраторным двигателем оснащался двумя датчиками температуры. Один из них включал электрический вентилятор радиатора для поддержания рабочей температуры. С другого снимало показания устройство индикации. Система охлаждения современного автомобиля, оснащенного электронным блоком управления двигателем (ЭБУ), также имеет два датчика температуры. Один из них использует устройство индикации температуры охлаждающей жидкости в комбинации приборов. Другой термодатчик необходим для работы ЭБУ. Их устройство принципиально не различается. Оба они являются термисторами, имеющими отрицательный температурный коэффициент. То есть их сопротивление при уменьшении температуры понижается.

Впускной тракт

• Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Предназначен для определения объема воздуха, поступающего в цилиндры. Это необходимо, чтобы рассчитать количества топлива для образования сбалансированной топливовоздушной смеси. В состав узла входят деве нити из платины, через которые пропускают электрический ток. Одна из них находится в потоке воздуха, поступающего в мотор. Другая, эталонная – в стороне от него. Токи, проходящие через них, сравниваются в ЭБУ. По разнице между ними определяют объем, поступающего в мотор воздуха. Иногда для большей точности учитывают температуру воздуха.

• Датчик абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе, называемый еще MAP-сенсором. Используется для определения объема воздуха, поступающего в цилиндры. Он может быть альтернативой ДМРВ для турбированных моторов. Устройство состоит из корпуса и керамической диафрагмы с напылением тензорезистивной пленки. Объем корпуса делится диафрагмой на 2 части. Одна из них герметична, а воздух из нее откачен. Другая соединяется трубкой с впускным коллектором, поэтому давление в ней равно давлению нагнетаемого в мотор воздуха. Под действием этого давления диафрагма деформируется, от этого меняется сопротивление пленки на ней. Это сопротивление и характеризует абсолютное давление воздуха в коллекторе.
• Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ). Выдает сигнал, пропорциональный углу открывания воздушной заслонки. Является, в сущности, переменным резистором. Его неподвижные контакты соединяются с массой и с опорным напряжением. А с подвижного, механически связанного с осью дроссельной заслонки, снимается выходное напряжение.

Выхлопная система

Кислородный датчик. Это устройство играет роль обратной связи для поддержания нужного соотношения воздуха и топлива в камерах сгорания. Его работа базируется на принципе действия гальванического элемента с твердым электролитом. В качестве последнего выступает керамика на основе диоксида циркония. Электродами конструкции служит напыление платины с обеих сторон керамики. Устройство начинает работать после разогрева до температуры от 300 до 400 ◦ C.

Разогрев до такой высокой температуры происходит обычно горячими выхлопными газами либо нагревательным элементом. Такой температурный режим необходим для возникновения проводимости керамического электролита. Присутствие в выхлопе двигателя не сгоревшего топлива является причиной появления на электродах датчика разности потенциалов. Несмотря на то, что все привыкли называть этот прибор датчиком кислорода, он является скорее датчиком не сгоревшего топлива. Так как появление выходного сигнала происходит при контакте его поверхности не с кислородом, а с парами топлива.

Прочие датчики

Датчик присутствия – электронный прибор, регистрирующий бесконтактными методами объекты определенного класса на территории своего контроля.

В зависимости от результатов регистрации он может коммутировать электрические импульсы, по сигналам которых другие устройства выполняют различного рода действия.

Автоматическое включение электросушилки при поднесении рук, срабатывание некоторых типов автомобильных сигнализаций, остановка конвейеров в случае заполнения бункеров на промышленных предприятиях – примеры функционирования датчиков присутствия.

По принципу действия:

1. ультразвуковые: барьерные, диффузионные;
2. фотоэлектрические: барьерные (тип Б), рефлекторные (тип Р), диффузионные (тип Д);
3. емкостные;
4. акустические;
5. инфракрасные;
6. датчики нагрузки;
7. комбинированные.

По количеству блоков датчика:

1. однопозиционные;
2. двухпозиционные;
3. многопозиционные.

По способу монтажа: накладные и встраиваемые.

По методу получения входящего сигнала: активные и пассивные.

По способу передачи исходящего сигнала: проводные и беспроводные.

Рассмотрим подробно каждый из видов, определим области их применения, оценим достоинства и недостатки.

Ультразвуковые датчики присутствия

Испускают и принимают волны, не улавливаемые человеческим ухом (частотой порядка 200 кГц).

Возможны два режима работы:

Барьерный : между датчиками, расположенными друг напротив друга, проходит ультразвуковая волна. Она не попадет в приемник, если в зоне действия появится посторонний предмет (барьер).

Диффузионный : с использованием датчика, который испускает волну, а затем улавливает её, отраженную от объекта, оказавшегося на пути луча.

В обоих случаях при появлении постороннего предмета коммутируется сигнал, передающийся на исполняющие устройства.

Преимущества ультразвуковых датчиков в сравнении с оптическими, выполняющими сходные задачи:

• обнаружение прозрачных объектов;
• невосприимчивость к световым вспышкам и бликам;
• работоспособность в сложных условиях (туман, пыль, пар).

Недостатки:

• низкая дальность (верхний порог) фиксации;
• ненадежность регистрации объектов из мягких материалов (ткань, пористая резина);
• наличие “слепой зоны” (нижнего порога обнаружения).

Примеры использования ультразвуковых датчиков: парковочные системы современных автомобилей, подсчет количества единиц готовой продукции на конвейере.

Фотоэлектрические датчики присутствия

Фотоэлектрические датчики Б и Д типа работают по схожей с ультразвуковыми схеме. Отличие заключается в использовании оптического излучения вместо ультразвукового. Это дает следующие преимущества:

• высокий порог фиксации (до 150 метров у барьерных датчиков);
• быстродействие;
• отсутствие слепой зоны.

Недостатки:

• невозможность регистрации прозрачных объектов;
• сбои в условиях тумана, пыли, при проявлении световых вспышек и бликов.

У датчиков типа Р приемник и излучатель смонтированы в одном корпусе. Выпущенный луч отражается от рефлектора (катафота, отражателя), находящегося на расстоянии до 8 метров, и возвращается назад. Прибор подает сигнал, если световой поток прерывается объектом контроля.

В сравнении с типом Б, тип Р теряет в дальности действия, но его достоинства – компактность и простота монтажа.

Фотоэлектрические датчики используются для контроля за упаковочными и производственными линиями, проверки уровня наполнения прозрачной тары, предотвращения несанкционированного доступа на закрытые территории, остановки промышленного оборудования при попадании человека в опасные зоны.

Емкостные

Конструктивно представляют собой цилиндрические или плоскопараллельные конденсаторы.

При появлении объекта в зоне действия изменяется их диэлектрическая проницаемость, а значит и емкость, что вызывает срабатывание (см. ).

Приборы применяются для контроля за заполнением резервуаров жидкостями и сыпучими материалами, как счетчики единиц готовой продукции и элементы противоугонных систем автомобилей

Преимущества емкостных датчиков – низкая инерционность и высокий порог чувствительности. Недостаток – вероятность сбоев в работе под влиянием внешних электромагнитных полей.

Акустические датчики присутствия

В них посредством пьезоэлектрических материалов происходит преобразование звуковой волны в электрический сигнал.

Представляют собой микрофоны, работающие в диапазоне частот 20-20000 Гц:

• низкоомные (катушки индуктивности с подвижными магнитами);
• высокоомные (эквивалентные переменные конденсаторы).

Используются как звуковые датчики света, работающие совместно с с и экономящие электроэнергию. При превышении порога шума в комнате происходит автоматическое включение света. Если наступает тишина, через 20-25 секунд лампы выключаются.

Достоинства прибора:

• простота конструкции;
• надежность.

Недостатки:

• необходимость использования усилителей;
• вероятность ложных срабатываний в результате внешних и внутренних шумов (резкие звуки с улицы, включение радио, телефонные звонки).

Инфракрасные датчики присутствия

Принцип действия приборов основан на фиксации изменений потока инфракрасных (ИК) лучей в результате перемещений человека. Его пребывание распознается по большей интенсивности (в сравнении с предметами интерьера) излучения, которое напрямую зависит от температуры тела.

Основные детали датчика – фотоэлементы и мультилинза, состоящая из большого числа сегментов – маленьких линз. Каждая из них направляет попадающие в неё лучи на фотоэлемент.

Двигаясь, человек оказывается в зонах контроля разных сегментов. Свет на фотоэлементе то исчезает, то появляется, генерируя электрический сигнал.

В строгом понимании по принципу действия такое устройство – , а не присутствия. К последней категории относят особо точные приборы с большим числом участков контроля. Они способны улавливать наличие человека, находящегося в состоянии почти полного покоя. Фиксируются мельчайшие жесты: покачивания головой, нажатие пальцами клавиатуры и т.п.

Радиус обнаружения (R) – основная характеристика устройства. Его монтаж должен производиться так, чтобы расстояние до самых дальних углов комнаты не превышало R. В помещениях большой площади требуется установка нескольких датчиков.

Необходимо, чтобы на пути ИК луча не было перегородок, даже стеклянных, которые для него непрозрачны.

Недопустимо попадание на прибор прямого света ламп, он должен находиться на максимальном расстоянии от вентиляторов, кондиционеров и обогревателей.

Инфракрасные датчики используют как средства , в качестве дополнительного и для автоматизации электроснабжения, приводящей к экономии средств.

Их достоинства:

• точность регулировки;
• полная безопасность для здоровья ввиду отсутствия любых видов излучения;
• реакция только на объекты, температура которых превышает пороговую.

Недостатки:

• неточность функционирования на открытых пространствах (влияние осадков, солнечного света);
• вероятность ложных включений под воздействием теплых потоков воздуха;
• помехи от объектов, не пропускающих ИК излучение;
• низкий диапазон рабочих температур.

Датчики нагрузки

Это конвертеры, преобразовывающие механическое усилие в электрический ток.

Конструктивно датчик представляет собой тензорезистор в виде тонкой проволоки, зигзагообразно, как обогреватель автомобильного стекла, закрепленный на эластичной подложке. Как упругий элемент используется ткань, резина, полимерная пленка.

Под действием силы проводник деформируется, сопротивление его меняется, что генерирует электрический сигнал, подающийся после усиления на исполнительные устройства.

Использование приборов:

Как датчиков присутствия пассажира. Штатных – в целях безопасности (индикация пристегнутого ремня и данные для срабатывания подушек безопасности). Устанавливаемых индивидуально – для контроля за работой такси (фиксирование состояния машины – “свободен/занят”).

В качестве элементов стационарных и и безопасности, сигнализирующих о несанкционированном доступе в помещение.

Преимущество тензорезисторных датчиков нагрузки – малая толщина, обеспечивающая скрытую установку (маскировка под коврик у дверей), и легкость монтажа на пассажирские сидения.

Недостатки:

• необходимость использования усилителя сигнала;
• подверженность многократно повторяющимся механическим нагрузкам, что приводит к выходу из строя;
• снижение чувствительности при перепадах температур.

Комбинированные датчики присутствия

Иногда для достижения поставленных целей устройства одного типа недостаточно. В таких случаях их можно задействовать несколько с разными принципами работы.

На примере рассмотрим эксплуатацию инфракрасного датчика присутствия в комбинации с датчиком освещенности.

Первый подает сигнал на включение ламп при обнаружении им человека в комнате.

Второй – в случае показателей освещенности ниже установленного порогового значения.

Работая совместно, они в автоматическом режиме зажгут светильники только в случае присутствия людей в помещении в темное время суток.

Такой подход создает комфортные условия жизнедеятельности и приводит к 30-40 % экономии электроэнергии.

При охране объектов датчики с различным принципом действия объединяют в системы. Это повышает надежность и уменьшает количество ложных срабатываний.

Устройство датчиков присутствия

Датчики представляют собой приборы, состоящие из одного (однопозиционные), двух (двухпозиционные) или нескольких (многопозиционные) блоков. Каждый – устройство в пластиковом корпусе с микросхемой для отправки, приема и обработки сигналов.

Их конструктивная особенность – отсутствие перемещающихся, испытывающих механические нагрузки деталей. Исключение – эластичные подложки с тензорезисторами в датчиках нагрузки.

Как следствие, возможные неисправности ограничиваются выходом из строя деталей микросхем и самостоятельному устранению не подлежат.

Варианты монтажа датчиков . В зависимости от конструктивных особенностей датчики устанавливаются в монтажные коробки либо непосредственно на стены или потолок (накладные модели).

Преимуществ в эксплуатации ни один из способов не дает, на выбор могут повлиять только дизайнерские решения.

Способы получения сигнала . По способу получения сигнала датчики присутствия бывают двух видов:

• активные – излучают энергию в окружающую среду и получают данные на основе отклика (ультразвуковые, фотоэлектрические);
• пассивные – фиксируют объекты по их свойствам, предварительно не посылая сигналы (инфракрасные, акустические, емкостные, датчики нагрузки).

Передача сигнала датчиками присутствия . Получив и обработав информацию, датчик присутствия отправляет сигнал на исполнительные устройства:

• посредством электрических проводов;
• по защищенному радиоканалу.

Во втором варианте расстояние между датчиком и принимающим блоком достигает 200 м. Использование усилителей увеличивает этот показатель, а препятствия на пути – снижают.

При беспроводной передаче сигнала для связи с конкретным исполнительным устройством датчику задается его код. Это осуществляется путем установки джамперов (перемычек).

Если использовать приборы с кодом обучения, то нужды в установке перемычек нет: для коммутации достаточного одновременного нажатия специальных кнопок на датчике и принимающем блоке.

Преимущества беспроводной передачи сигнала – простота монтажа оборудования и снижение затрат на электрические провода.

Производители и модели датчиков присутствия

Рассмотрим, какие модели датчиков присутствия предлагают мировые компании.

Theben AG (Германия)

В 1921 году в Штутгарте Пауль Швенк основал компанию, изготавливавшую таймеры и аксессуары для часов.

Рачительный хозяин, стремясь к экономии, изобрел и в 1930 году запустил в производство первый датчик обратного отсчета для управления освещением, который стал хитом продаж.

Успех стимулировал дальнейшее стремление к инновациям, что превратило Theben AG в европейского лидера в производстве приборов для эффективного энергосбережения, различных датчиков, “умных” и т.д.

Датчики присутствия Theben, управляющие системой освещения:

SPHINX 104-360	SPHINX 104-360/2	SPHINX 104-360 AP
Принцип действия
инфракрасный	инфракрасный	инфракрасный
Способ монтажа
потолок, встроенный	потолок, встроенный	потолок, накладной
Угол охвата
360 о	360 о	360 о
Радиус контроля
7 м	7 м	7 м
Число каналов
1	2	1
Макс. мощность ламп
1800 Вт	1800 Вт	2000 Вт
Уровень освещенности
10-2000 Лк	10-2000 Лк	10-2000 Лк
Задержка выключения
1 с-20 мин	1 с-20 мин	1 с-20 мин
Уровень защиты
IP 41	IP 41	IP 41

Все приборы оборудованы встроенным регулируемым люксметром и пультом дистанционного управления (см. ).

У SPHINX 104-360/2 есть второй канал выхода, с задержкой отключения 10 сек – 60 мин, сигнал с которого может подаваться на кондиционер, радиатор электроотопления, вентилятор.

OMRON (Япония)

Компания OMRON (г. Киото), основана Кадзума Татеиси в 1933 году. В послевоенные годы она стала одной из фирм-творцов “японского экономического чуда”.

Основное направление деятельности – производство средств автоматизации и сенсорных устройств. В этой области ей принадлежит более 40% японского рынка. Годовой оборот компании – более 5 миллиардов долларов.

Фотоэлектрические датчики обнаружения OMRON:

E3FA/E3FB-B/-V	E3H2	E3T-C
Обнаружение объекта: максимальное расстояние срабатывания
Барьерный режим
20 м	15 м	4 м
Рефлекторный режим
4 м	3 м	2 м
Диффузный режим
1 м	0,3 м	0,3 м
Источник света (длина волны)
красный светодиод (624 нм)	красный светодиод (624 нм)	светодиоды: инфракрасный (870 нм), красный (630 нм)
Напряжение питания
10-30 V постоянный ток	10-30 V постоянный ток	10-30 V постоянный ток

Прибор Е3Н2 оборудован ярким светодиодным индикатором, упрощающим выравнивание, а габариты Е3Т-С облегчают его монтаж в условиях стесненного пространства.

ESYLUX (Германия)

Компания ESYLUX (г. Аренсбург) разрабатывает и выпускает светильники для аварийного и наружного освещения, датчики присутствия и движения, детекторы дыма, . Подтверждением высокого уровня продукции является полученный ею знак качества “German Engineering”. Филиалы и торговые представительства фирмы открыты в 13 странах

В таблице представлены образцы датчиков присутствия производства ESYLUX.

PD 360/8 Basic	PD 360/8 Basic SMB	PD 180i/R
Принцип действия
инфракрасный	инфракрасный	инфракрасный
Способ монтажа
потолок, накладной	потолок, встроенный	стена, встроенный
Угол охвата