Дискретні датчики.

Дискретні датчики поділяються на контактні та безконтактні. Контактні датчики самі прості із дискретних – це різноманітні вимикачі, перемикачі, параметричні реле.

Прикладами контактних датчиків транспортних засобів є датчики, що використовують на автомобілях для контролю відкриття дверей, капота, біметалеві контакти, що перемикаються зміною температури. Проте дискретні контактні датчики та реле мають суттєвий недолік – окислення та ерозію контактів, особливо при роботі у складних атмосферних умовах. Тому ширше використовують герметизовані контактні датчики – геркони, у яких контактна пара закрита від зовнішнього середовища, а дія на контакт реалізується через магнітне поле. Низка параметричних датчиків, що працюють як реле, наприклад, рівня гальмівної рідини, тиску, температури, також мають вихідний сигнал, що відповідає рівню дискретної одиниці бортової системи керування та у багатьох випадках "заводяться" на порт мікропроцесора без додаткових електронних пристроїв або, для захисту мікропроцесора, через оптогальванорозв'язку. Спостерігається в автомобільній електроніці перехід від релейних параметричних датчиків до аналогових, де дискретний інформаційний сигнал формується мікропроцесором згідно з програмою обробки сигналу аналогового датчика.

Безконтактні дискретні датчики складаються із чутливого елемента, перетворювача та комутаційного елемента. Залежно від виду чутливого елемента розрізняють оптичні, індуктивні, ємнісні, ультразвукові безконтактні дискретні датчики. Перетворювачі та комутаційні елементи у всіх датчиків приблизно однакові та являють собою підсилювач і транзисторний ключ.

Індуктивні датчики. Унаслідок своєї конструктивної простоти та надійності широко використовуються на автомобільному транспорті у системах запаленнях, як колісні датчики системи АБС, спідометрах. Індуктивний датчик для визначення положення колінчастого вала у системі запалення забезпечує синхронізацію блока керування запаленням свічок з робочим процесом двигуна та визначає частоту його обертання (рис. 5.2).

Датчик являє собою індуктивну котушку І з магнітом 3 та сердечником 7. При проходженні мимо датчика зубця диска синхронізації 8 на шківу колінчастого вала змінюється величина магнітного потоку, що пересікає обмотку. Зміна магнітного поля призводить до появи змінного електричного струму у проводах обмотки – сигналу із різкою зміною амплітуди та знака, який сприймається та обробляється як дискретний.

Рисунок 5.2 – Індуктивний автомобільний датчик

Цей сигнал надходить на мікропроцесорний блок керування, сповіщаючи про дійсне положення колінчастого валу.

На принципі ефекту Холла працює датчик визначення положення розподільного вала. Робота датчиків на основі ефекту Холла основана на взаємодії між рухомими носіями електричного заряду та зовнішнім магнітним полем.

Елемент Холла являє собою напівпровідникову пластину, у якій змінюється пропускна здатність струму при зміні магнітного поля. На рисунку (рис. 5.3. а)

показано напрямок магнітного поля В і виводи для зняття напруги Холла – Ux.

Схема 5. 3. б відображає еквівалентну схему датчика, де Ri – опір у ланцюгу керування; Ro – вихідний диференціальний опір; а – кут між векторами струму та магнітного поля. При фіксованій температурі Ux визначається за виразом:

де h – повна чутливість датчика.

Рисунок 5.3 – Датчик Холла та його еквівалентна схема

Датчик установлюється на головці одного із циліндрів і реагує на положення металевої пластини, закріпленої на розподільному валу. Цей сигнал разом із сигналом датчика положення колінчастого вала дозволяє синхронізувати подачу палива форсунками для кожного із циліндрів.

Оптичний безконтактний датчик

Чутливим елементом у таких датчиків є фотоприймач – фотодіод або фототранзистор, іноді фотоопір. Принцип роботи побудований на перериванні оптичного променя від джерела світла та відбиття променя від контрольованої поверхні (рис. 5.4).

Ф4>ФЗ>Ф2>Ф1

Рисунок 5.4 – Підключення та вольт-амперна характеристика фотодіоду

Відомо, що при освітленні (опроміненні) ділянки р-н переходу фотодіода генеруються носії електрики, які створюють фотострум. При цьому фотодіод може працювати у фотодіодному та генераторному режимах.

Прикладом використання оптичних датчиків на транспорті є датчик дощу, яскравості зустрічних фар тощо. Загальним недоліком оптичних датчиків є їх залежність від забруднення.

Широко поширені дискретні датчики для використання як акселерометрів, що конструктивно базуються на тензо- або п'єзоефекті, ємнісних датчиках. У таких датчиках різка зміна механічного параметра призводить до переміщення інерційної маси, яка діє на чутливий елемент, викликаючи різку зміну або появу (генерацію) електричного сигналу (рис. 5. 5).

Рисунок 5.5 – Датчик детонації на п'єзоелементі

У датчику детонації на п'єзоелементі при появі детонаційного імпульсу інерційна шайба 6 різко натискує на п'єзоелемент 7, який генерує імпульс напруги.