Arten von Sensoren und das Funktionsprinzip. Automobilsensoren, Zweck und Typen

Elemente automatischer Steuerungssysteme

Automatisierung- ein Zweig der Wissenschaft und Technologie, der sich mit der Verwaltung verschiedener Prozesse und der Kontrolle ihres Fortschritts befasst, die ohne direkte menschliche Beteiligung durchgeführt werden.

Man nennt es das Verwalten verschiedener Prozesse ohne menschliches Eingreifen automatische Kontrolle und die technischen Mittel, mit denen es durchgeführt wird – mittels Automatisierung.

Als Parameter werden Parameter des Produktionsprozesses bezeichnet, die nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit ständig eingehalten oder verändert werden müssen kontrollierte Menge.

Komplex technische Mittel, das zur Automatisierung von Produktionsprozessen entwickelt wurde, ist automatisches System.

Abhängig von den ausgeführten Funktionen werden automatische Systeme unterschieden Kontrolle, Management und Regulierung.

Systeme bestehen aus einem Steuerobjekt und einem automatischen Steuergerät. Handelt es sich bei den Eingangseinflüssen für das Steuergerät nur um äußere Einflüsse, wird das System aufgerufen offen(ohne Rückmeldung), wenn extern und intern - geschlossen(mit Rückmeldung).

Abhängig von der Methode zur Erzeugung von Steuersignalen werden Systeme unterteilt in kontinuierlich Und diskret(Digital).

Automatisierungssysteme bestehen aus einer Reihe miteinander verbundener Elemente, die bestimmte Funktionen ausführen und einen umfassenden Steuerungsprozess ermöglichen.

Entsprechend den ausgeführten Funktionen werden alle Elemente des automatischen Systems in drei Gruppen eingeteilt:

1) Messen

2) transformativ

3) Führungskraft

Messung Die Gruppe besteht aus verschiedenen Arten von Sensoren.

Transformativ— Verstärkergeräte, Regler, Digital- und Mikroprozessorgeräte.

Exekutive— Elektromotoren, Schütze, Steuerventile usw.

Automatisierungselemente werden strukturell vollständige Geräte genannt, die bestimmte unabhängige Funktionen der Signalumwandlung in Automatisierungssystemen ausführen.

Jedes Element wandelt die vom vorherigen Element empfangene Energie um und überträgt sie auf das nächste. Elemente können elektrisch oder nicht elektrisch sein: hydraulisch, pneumatisch, mechanisch usw.

Die wichtigste Anforderung an Automatisierungsgeräte ist eine hohe Zuverlässigkeit. Unzuverlässiger Systembetrieb automatische Kontrolle(Versagen oder Fehler) kann zu einem Verstoß führen Fertigungsprozess und andere schwerwiegende Folgen.

Der Einsatz automatischer Systeme ist dort von besonderer Bedeutung, wo menschliche Fähigkeiten nicht in der Lage sind, den technologischen Prozess ausreichend zu kontrollieren. Dies kann sowohl für schnell ablaufende Prozesse (z. B. Spannungsänderungen) als auch für schädliche Faktoren (z. B. Kernreaktionen, chemische Produktion) gelten.

Die Automatisierung verschiedener technologischer Prozesse sowie die Steuerung verschiedener Maschinen und Mechanismen erfordern zahlreiche Messungen unterschiedlicher Art physikalische Quantitäten. Informationen über die Parameter des gesteuerten Systems oder Geräts werden mithilfe von Sensoren oder anderen Sensoren gewonnen.

Sensor ist ein Gerät, das den Eingangseffekt einer beliebigen physikalischen Größe in ein für die weitere Verwendung geeignetes Signal umwandelt (meistens in ein elektrisches Signal).

Das. Sensoren wandeln Ihren Lieblingswert in ein elektrisches Signal um, das bequem übertragen, verarbeitet, angezeigt usw. werden kann.

Die eingesetzten Sensoren sind sehr vielfältig und lassen sich nach verschiedenen Kriterien klassifizieren:

1) Je nach Art der Eingangsgröße (Messgröße) gibt es: mechanische Wegsensoren (linear und winkelig), pneumatisch, elektrisch, Durchflussmesser, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Kraft-, Temperatur-, Drucksensoren usw.

Derzeit gibt es in der Industrie ungefähr folgende Verteilung des Anteils der Messungen verschiedener physikalischer Größen: Temperatur - 50 %, Durchfluss (Masse und Volumen) - 15 %, Druck - 10 %, Füllstand - 5 %, Menge (Masse, Volumen). ) – 5 %, Zeit – 4 %, elektrische und magnetische Größen – weniger als 4 %.

2) Anhand der Art des Ausgangswerts, in den der Eingangswert umgewandelt wird, werden nichtelektrische und elektrische Sensoren unterschieden. Die meisten Sensoren sind elektrisch.

3) Basierend auf dem Funktionsprinzip können Sensoren in zwei Klassen eingeteilt werden: Generator- und parametrische Sensoren (Modulatorsensoren). Generatorsensoren wandeln den Eingangswert direkt in ein elektrisches Signal um. Parametrische Sensoren wandeln den Eingangswert in eine Änderung eines beliebigen elektrischen Parameters (R, L oder C) des Sensors um und benötigen daher für den Betrieb eine Stromquelle.

Aufgrund des Funktionsprinzips können Sensoren auch in ohmsche, thermometrische, fotoelektrische, induktive, kapazitive usw. unterteilt werden.

Es gibt drei Klassen von Sensoren:

Analoge Sensoren, die ein analoges Signal proportional zur Änderung des Eingangswerts erzeugen;

Digitale Sensoren, die eine Folge von Impulsen oder einen digitalen Code erzeugen;

Binäre (binäre) Sensoren, die ein Signal mit nur zwei Pegeln erzeugen: „Ein/Aus“ (also 0 oder 1).

Ohmsch (resistiv) Sensoren – das Funktionsprinzip beruht auf einer Änderung ihres Wirkwiderstandes bei Längenänderung l, Querschnittsfläche S oder Widerstand P, d.h.

R=pl/S (1.1)

Darüber hinaus wird die Abhängigkeit des aktiven Widerstandswertes von Temperatur, Anpressdruck und Beleuchtung genutzt. Dementsprechend werden ohmsche Sensoren unterteilt in: Kontakt, Potentiometer (Rheostat), Dehnungsmessstreifen, Thermistor, Fotowiderstand.

Kontakt Sensoren sind die einfachste Art von Widerstandssensoren, die die Bewegung eines Primärelements in eine abrupte Änderung des Widerstands eines Stromkreises umwandeln. Kontaktsensoren werden zum Messen und Steuern von Kräften, Bewegungen, Position, Temperatur, Abmessungen von Objekten usw. verwendet. Zu den Kontaktsensoren zählen Weg- und Endschalter, Kontaktthermometer und sogenannte Elektrodensensoren, die hauptsächlich zur Messung von Grenzwerten elektrischer Leitfähigkeit eingesetzt werden Flüssigkeiten.

Der Nachteil von Kontaktsensoren ist die begrenzte Lebensdauer des Kontaktsystems, aufgrund der Einfachheit dieser Sensoren sind sie jedoch weit verbreitet.

Rheostatisch Die Sensoren sind ein Widerstand mit variierendem Wirkwiderstand. Der Eingangswert des Sensors ist die Bewegung des Kontakts und der Ausgangswert ist die Änderung seines Widerstands. Der bewegliche Kontakt ist mechanisch mit dem Objekt verbunden, dessen Bewegung (Winkel oder Linear) umgewandelt werden muss.

Am weitesten verbreitet ist die potentiometrische Schaltung zum Anschluss eines Rheostatsensors, bei der der Rheostat nach einer Spannungsteilerschaltung angeschlossen ist (Abb. 1.1). Ein nach einer Spannungsteilerschaltung geschalteter variabler Widerstand wird Potentiometer genannt.

Der Ausgangswert U out eines solchen Sensors ist der Spannungsabfall zwischen dem beweglichen und einem der festen Kontakte. Die Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Bewegung „x“ des Kontakts U out = f(x) entspricht dem Gesetz der Widerstandsänderung entlang des Potentiometers.

Abbildung 1.1 – Potentiometrische Schaltung zum Einschalten eines Rheostatsensors

Typischerweise werden rheostatische Sensoren in der Mechanik eingesetzt Messgeräte um ihre Messwerte in elektrische Größen (Strom oder Spannung) umzuwandeln, beispielsweise in Schwimmer-Flüssigkeitsstandmessgeräten, verschiedenen Manometern usw.

Dehnungsmessstreifen werden zur Messung mechanischer Spannungen, kleiner Verformungen und Vibrationen eingesetzt. Die Wirkungsweise von Dehnungsmessstreifen beruht auf dem Dehnungseffekt, der darin besteht, den aktiven Widerstand von Leiter- und Halbleitermaterialien unter dem Einfluss der auf sie ausgeübten Kräfte zu verändern.

Thermometrisch Sensoren (Thermistoren) - Widerstand hängt von der Temperatur ab.

Thermowiderstände werden auf zwei Arten als Sensoren eingesetzt:

1) Die Temperatur des Thermistors wird durch die Umgebung bestimmt; Der durch den Thermistor fließende Strom ist so gering, dass er nicht zu einer Erwärmung führt. Unter dieser Bedingung wird der Thermistor als Temperatursensor verwendet.

2) Die Temperatur des Thermistors wird durch den Grad der Erwärmung durch einen konstanten Strom und die Kühlbedingungen bestimmt. In diesem Fall wird die eingestellte Temperatur durch die Bedingungen der Wärmeübertragung von der Oberfläche des Thermistors (Bewegungsgeschwindigkeit) bestimmt Umfeld(Gas oder Flüssigkeit – relativ zum Thermistor, seiner Dichte, Viskosität und Temperatur), daher kann der Thermistor als Sensor für Durchflussrate, Wärmeleitfähigkeit der Umgebung, Dichte von Gasen usw. verwendet werden.

Abbildung 1.2 – Verwendung eines selbsterhitzenden Widerstands als Durchflusssensor

Zum Beispiel um die verbrauchte Luftmenge zu messen Automotoren Im Luftkanal ist ein selbsterhitzender Widerstand eingebaut. Durch die Abkühlung durch den Luftstrom verändert sich der Widerstandswert eines solchen Widerstandes, wodurch der Widerstand als Strömungssensor fungiert (Abb. 1.2).

Induktive Sensoren werden verwendet, um berührungslos Informationen über die Bewegungen der Arbeitsteile von Maschinen und Mechanismen zu erhalten.

Das Funktionsprinzip des Sensors basiert auf Veränderungen elektromagnetisches Feld wenn Metallgegenstände in den Erfassungsbereich des Sensors gelangen (der Sensor reagiert nicht auf nichtmetallische Materialien). Induktive Sensoren werden hauptsächlich als Näherungsschalter eingesetzt (erfordert keine mechanische Einwirkung) zur Positionsbestimmung (End- und Endschalter).

Abbildung 1.3 zeigt Beispiele für den Einsatz induktiver Sensoren als Positions-, Winkel- und Geschwindigkeitssensoren.

Abbildung 1.3 – Beispiele für die Verwendung eines induktiven Sensors (VBI – berührungsloser Induktionsschalter)

Die Nachteile induktiver Sensoren sind ihr kurzer Ansprechabstand und ihre relativ geringe Empfindlichkeit.

Kapazitive Sensoren – Das Funktionsprinzip basiert auf der Abhängigkeit der elektrischen Kapazität des Kondensators von der Größe, der relativen Position seiner Platten und der Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen ihnen.

Für einen Zweiplatten-Flachkondensator wird die elektrische Kapazität durch den Ausdruck bestimmt:

C = e 0 eS/h (1.2)

wobei e 0 die Dielektrizitätskonstante ist;

e ist die relative Dielektrizitätskonstante des Mediums zwischen den Platten;

S ist die aktive Fläche der Platten;

h ist der Abstand zwischen den Kondensatorplatten.

Die Abhängigkeit der Kapazität von der Fläche der Platten und dem Abstand zwischen ihnen wird zur Messung von Winkelverschiebungen, sehr kleinen linearen Verschiebungen, Vibrationen, Bewegungsgeschwindigkeit usw. verwendet.

Zur Füllstandüberwachung von Flüssigkeiten und Schüttgütern werden häufig kapazitive Sensoren eingesetzt. In diesem Fall besteht die Möglichkeit, die Sensoren außerhalb des Tanks oder Trichters zu platzieren. Material fällt hinein Arbeitsbereich Sensor, verursacht eine Änderung der Dielektrizitätskonstante e, wodurch sich die Kapazität ändert und der Sensor auslöst (Abb. 1.4).

Abbildung 1.4 – Kapazitiver Sensor

a) Verteilung des elektrischen Feldes des Kondensators,

b) Beispiel einer Minimal- und Maximalniveauregelung

Darüber hinaus messen Sensoren für die Dicke der Schicht nichtleitender Materialien (Dickenmessgeräte) und zur Überwachung der Feuchtigkeit und Zusammensetzung des Stoffes den Wert der Dielektrizitätskonstanten z.

Vorteile kapazitive Sensoren— Einfachheit, hohe Empfindlichkeit und geringe Trägheit. Nachteile – der Einfluss externer elektrischer Felder, die relative Komplexität der Messgeräte.

Induktion Sensoren wandeln den Messwert in induzierte EMK um. Zu diesen Sensoren gehören Tachogeneratoren, deren Ausgangsspannung proportional zur Drehwinkelgeschwindigkeit der Generatorwelle ist. Wird als Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet.

Der Tachogenerator (Abb. 1.5) ist Elektroauto Betrieb im Generatorbetrieb. Das gesteuerte Objekt ist mechanisch mit dem Rotor des Tachogenerators verbunden und versetzt ihn in Rotation. In diesem Fall ist die erzeugte EMK proportional zur Drehzahl und der Größe des magnetischen Flusses. Darüber hinaus ändert sich bei einer Änderung der Drehzahl die Frequenz der EMF.

Abbildung 1.5 – Tachogenerator

a) Design, b) Diagramme der Eingangs- und Ausgangs-EMF

Temperatur Sensoren sind am häufigsten; Ein breites Spektrum an gemessenen Temperaturen, unterschiedliche Bedingungen für den Einsatz von Messgeräten und Anforderungen an diese bestimmen die Vielfalt der eingesetzten Temperaturmessgeräte.

Die Hauptklassen von Temperatursensoren für industrielle Anwendungen: Silizium-Temperatursensoren, Bimetallsensoren, Flüssigkeits- und Gasthermometer, Temperaturindikatoren, Thermoelemente, Widerstandsthermowandler, Infrarotsensoren.

Silizium-Temperatursensoren nutzen die Temperaturabhängigkeit des Halbleiter-Siliziumwiderstands. Der Bereich der gemessenen Temperaturen beträgt -50…+150 0 C. Sie werden hauptsächlich zur Messung der Temperatur im Inneren elektronischer Geräte verwendet.

Ein Bimetallsensor ist eine Platte aus zwei unterschiedlichen Metallen, die unterschiedliche lineare Tehaben. Beim Erhitzen oder Abkühlen verbiegt sich die Platte, wodurch elektrische Kontakte geöffnet (geschlossen) werden oder die Anzeigenadel bewegt wird. Der Arbeitsbereich von Bimetallsensoren liegt bei -40 bis +550 0 C. Sie werden zur Messung der Oberfläche von Festkörpern und der Temperatur von Flüssigkeiten eingesetzt. Hauptanwendungsgebiete sind Heizungs- und Warmwasserbereitungsanlagen.

Thermoindikatoren sind spezielle Stoffe, die unter Temperatureinfluss ihre Farbe ändern. In Form von Filmen produziert.

Widerstandsthermowandler (Thermowiderstände) basieren auf temperaturabhängigen Änderungen des elektrischen Widerstands von Leitern und Halbleitern.

Mit steigender Temperatur erhöht sich der Widerstand von Metallen. Zur Herstellung von Metallthermistoren werden Kupfer, Nickel und Platin verwendet. Mit Platin-Thermistoren können Sie Temperaturen im Bereich von -260 bis 1100 0 C messen.

Halbleiter-Thermistoren haben einen negativen oder positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten. Darüber hinaus weisen Halbleiter-Thermistoren bei sehr kleinen Abmessungen hohe Widerstandswerte (bis zu 1 MOhm) auf.

Sie dienen zur Temperaturveränderung im Bereich von -100 bis 200 0 C.

Ein Thermoelement ist eine Verbindung (Verbindung) zweier unterschiedlicher Metalle. Die Arbeit basiert auf dem thermoelektrischen Effekt – bei einem Temperaturunterschied zwischen der Verbindungsstelle T 1 und den Enden des Thermoelements T 0 entsteht eine elektromotorische Kraft, die als thermoelektromotorische Kraft (abgekürzt Thermo-EMF) bezeichnet wird. In einem bestimmten Temperaturbereich können wir davon ausgehen, dass die Thermo-EMK direkt proportional zur Temperaturdifferenz ΔT = T 1 - T 0 ist.

Mit Thermoelementen können Sie Temperaturen im Bereich von -200 bis 2200 0 C messen. Sie werden am häufigsten in der Fertigung eingesetzt thermoelektrische Wandler erhielt Platin, Platinrhodium, Chromel, Alumel.

Thermoelemente sind günstig, einfach herzustellen und zuverlässig im Betrieb. Messmultimeter sind mit Thermoelementen ausgestattet.

Infrarotsensoren (Pyrometer) – nutzen die Strahlungsenergie erhitzter Körper, wodurch Sie die Oberflächentemperatur aus der Ferne messen können. Pyrometer werden in Strahlung, Helligkeit und Farbe unterteilt. Sie ermöglichen die Messung der Temperatur an schwer zugänglichen Stellen und der Temperatur von sich bewegenden Objekten, hohen Temperaturen, wo andere Sensoren nicht mehr funktionieren.

Piezoelektrisch Die Sensoren basieren auf dem piezoelektrischen Effekt (piezoelektrischer Effekt), der darin besteht, dass beim Zusammendrücken oder Strecken einiger Kristalle auf ihren Flächen eine elektrische Ladung entsteht, deren Größe proportional zur wirkenden Kraft ist.

Wird zur Messung von Kräften, Druck, Vibration usw. verwendet.

Optisch (fotoelektrisch) Die Sensoren arbeiten entweder auf Basis des internen photoelektrischen Effekts – einer Widerstandsänderung bei Änderung der Beleuchtungsstärke – oder sie erzeugen eine zur Beleuchtungsstärke proportionale Photospannung.

Unterscheiden analog Und diskret optische Sensoren. Bei analogen Sensoren variiert das Ausgangssignal proportional zum Umgebungslicht. Hauptanwendungsbereich - automatisierte Systeme Lichtsteuerung.

Diskrete Sensoren ändern den Ausgangszustand in den entgegengesetzten Zustand, wenn ein eingestellter Beleuchtungswert erreicht wird.

Optoelektronische Sensoren können in nahezu allen Branchen eingesetzt werden. Diskrete Sensoren werden als eine Art Näherungsschalter zum Zählen, Erkennen, Positionieren und für andere Aufgaben verwendet.

Abbildung 1.6 – Beispiele für die Verwendung fotoelektrischer Sensoren

Protokolliert eine Änderung Lichtstrom in einem kontrollierten Bereich, verbunden mit einer Änderung der Position beweglicher Teile von Mechanismen und Maschinen im Raum, dem Fehlen oder Vorhandensein von Objekten.

Optischer Näherungssensor besteht aus zwei Funktionseinheiten: Empfänger und Sender. Diese Einheiten können entweder in einem Gehäuse oder in verschiedenen Gehäusen hergestellt werden.

Es gibt zwei Methoden, ein Objekt mithilfe von Lichtschranken zu erkennen:

1) Strahlkreuzung – bei dieser Methode sind Sender und Empfänger in verschiedenen Gehäusen untergebracht, was eine einander gegenüberliegende Installation im Arbeitsabstand ermöglicht. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass der Sender ständig einen Lichtstrahl aussendet, der vom Empfänger empfangen wird. Wenn das Lichtsignal des Sensors aufgrund der Behinderung durch einen Fremdkörper stoppt, reagiert der Empfänger sofort mit einer Änderung des Ausgangszustands.

2) Reflexion von einem Objekt – bei dieser Methode befinden sich Empfänger und Sender im selben Gehäuse. Im Betriebszustand des Sensors werden alle in seinen Arbeitsbereich fallenden Objekte zu einer Art Reflektoren (Reflektoren). Sobald ein von einem Objekt reflektierter Lichtstrahl auf den Sensorempfänger trifft, reagiert dieser sofort mit einer Änderung des Ausgangszustands.

Hausaufgaben

1) Nennen Sie die Arten von Sensoren und erklären Sie, warum sie als Positionssensoren verwendet werden können.

2) Nennen Sie die Arten von Sensoren und erklären Sie, warum sie als Geschwindigkeitssensoren verwendet werden können.

3) Nennen Sie die Arten von Sensoren und erklären Sie, warum sie als Sensoren – Durchflussmesser – verwendet werden können.

4) Die Abbildung zeigt einen induktiven Sensor.

Notieren Sie, welche Sensorparameter und in welche Richtung sich ändern, wenn sich der Anker bewegt:

1) oben; 2) nach unten; 3) nach rechts; 4 verbleibend.

5) Erklären Sie den Zweck des in der Abbildung (links) gezeigten Sensors.

6) Erklären Sie den Zweck der in der Abbildung (rechts) gezeigten Sensoren. Warum werden zwei Sensoren verwendet?

Ein modernes Auto besteht aus vielen mechanischen, elektromechanischen und elektronischen Komponenten. Optimale Leistung Motor muss unabhängig davon bereitgestellt werden äußere Bedingungen. Wenn es sich ändert externe Faktoren, muss sich der Betrieb von Aggregaten und Komponenten daran anpassen. Fahrzeugsensoren dienen als eine Art Überwachungsgerät für den Betrieb des Fahrzeugs. Schauen wir uns die Hauptsensoren an:

3. Luftstromsensor im Auto – welche Auswirkungen hat er?

Das Funktionsprinzip des Luftstromsensors basiert auf der Messung der auf den Luftstrom im Ansaugkrümmer des Motors übertragenen Wärmemenge. Heizung
Das Sensorelement wird vor dem Luftfilter des Fahrzeugs verbaut. Ändern
Die Luftströmungsgeschwindigkeit und dementsprechend ihr Massenanteil spiegeln sich im Grad wider
Änderungen der Temperatur der Heizspule des MAF-Sensors.

„Trippeln“ des Motors während des Betriebs und Leistungsverlust deutet darauf hin möglicher Ausstieg Der Luftstromsensor ist defekt.

4. Sauerstoffsensor, Lambdasonde – Fehlfunktion des Sensors

Der Sauerstoffsensor oder die Lambdasonde ermittelt die Menge an Sauerstoff, die nach der Kraftstoffverbrennung im Abgaskrümmer verbleibt. Die Lambdasonde ist Teil des elektronischen Motormanagementsystems, das die Kraftstoffmenge regelt und so für eine vollständige Verbrennung sorgt. Ein erhöhter Kraftstoffverbrauch weist auf eine mögliche Fehlfunktion des Sensors hin.

5. Drosselklappensensor – Anzeichen einer Fehlfunktion

Dieser Sensor ist elektromechanisches Gerät, bestehend aus empfindliches Element und einen Schrittmotor.

Das sensible Element ist
Temperatursensor und der Schrittmotor ist der Aktuator.
Dieses elektromechanische Gerät verändert die Stellung der Drosselklappe
relativ zur Kühlmitteltemperatur. Also die Drehzahl
Die Motorkurbelwelle hängt vom Grad der Kühlmittelerwärmung ab.

Ein charakteristisches Zeichen für eine Fehlfunktion dieses Sensors ist das Fehlen einer Aufwärmgeschwindigkeit und ein erhöhter Kraftstoffverbrauch.

6. Öldrucksensor - Funktionen, Ausfall

Bei japanischen Autos ist ein Membranöldrucksensor verbaut
Typ. Der Sensor besteht aus zwei Hohlräumen, die durch eine flexible Membran getrennt sind. Öl
wirkt einseitig auf die Membran und verbiegt sich unter Druck. Im Messen
Im Inneren des Sensorhohlraums ist die Membran mit dem Rheostatstab verbunden.

Abhängig vom Motoröldruck biegt sich die Membran mehr oder weniger stark durch und verändert dadurch den Gesamtwiderstand des Sensors. Der Öldrucksensor befindet sich am Motorzylinderblock.

Eine brennende Öldruckanzeige auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs kann auf einen Sensorfehler hinweisen.

7. Funktioniert der Motorklopfsensor nicht?

Der Motorklopfsensor misst den Zündzeitpunkt. Während des normalen Motorbetriebs befindet sich der Sensor im „Leerlauf“-Modus. Wenn sich der Prozess ändert
Verbrennung in Richtung der explosiven Natur der Kraftstoffverbrennung-Detonation sendet der Sensor ein Signal elektronisches System Motorsteuerung zur Änderung des Vorschubwinkels
Zündung in Richtung Absinken.

Es befindet sich im Luftfilterbereich am Zylinderblock. Um die Funktionalität des Klopfsensors zu überprüfen, müssen Sie Folgendes durchführen.

8. Nockenwellenwinkelsensor – Motorprobleme

Dieser Sensor befindet sich am Zylinderkopf und misst die Drehzahl
Motornockenwelle und anhand der Signale des Sensors ermittelt das Steuergerät die aktuelle Position der Kolben in den Zylindern.

Ungleichmäßiger Motorbetrieb und Auslösungen deuten auf eine Fehlfunktion des Sensors hin. Der Test wird mit einem Ohmmeter durchgeführt, wobei der Widerstand zwischen den Sensoranschlüssen gemessen wird.

9. ABS / ABS-Sensor im Auto – Funktion prüfen

Elektromagnetische ABS-Sensoren sind an den Rädern des Fahrzeugs angebracht und Teil des Antiblockiersystems des Fahrzeugs.

Sensorfunktion ist die Messung der Radgeschwindigkeit. Messobjekt des Sensors ist die Signalzahnscheibe, die auf der Radnabe montiert ist. Wenn der ABS-Sensor defekt ist, erlischt die Warnleuchte am Bedienfeld nach dem Starten des Motors nicht.

Die Technologie zur Feststellung der Funktionsfähigkeit des Sensors besteht darin, den Widerstand zwischen den Sensorkontakten zu messen; im Falle einer Fehlfunktion ist der Widerstand Null.

10. Kraftstoffstandsensor im Auto – wie kann man seine Funktionsfähigkeit überprüfen?

Der Kraftstoffstandsensor ist im Kraftstoffpumpengehäuse eingebaut und besteht aus mehreren Komponenten. Der Schwimmer wirkt über eine lange Stange auf einen Sektor-Rheostat, der den Widerstand des Sensors abhängig vom Kraftstoffstand im Fahrzeugtank ändert. Die Sensorsignale werden an ein Zifferblatt oder eine elektronische Anzeige auf dem Bedienfeld des Fahrzeugs gesendet. Die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Kraftstoffstandsensors erfolgt mit einem Ohmmeter, das den Widerstand zwischen den Sensorkontakten misst.

Bis zum 70. Jahr des letzten Jahrhunderts war jedes Auto mit maximal drei Sensoren ausgestattet: Kraftstoffstand, Kühlmitteltemperatur und Öldruck. Sie waren mit magnetoelektrischen und Lichtanzeigegeräten auf der Instrumententafel verbunden. Ihr Zweck bestand lediglich darin, den Fahrer über die Betriebsparameter des Motors und die Kraftstoffmenge zu informieren. Damals war der Aufbau von Autosensoren sehr einfach.

Doch die Zeit verging und in den 70er Jahren desselben Jahrhunderts begannen die Automobilhersteller, den Inhalt zu reduzieren Schadstoffe in den Abgasen, die aus ihren Förderbändern austreten. Die dafür notwendigen Sensoren im Auto teilten dem Fahrer nichts mehr mit, sondern übermittelten ihm nur noch Informationen über den Motorbetrieb. Die Gesamtzahl davon in jedem Auto ist deutlich gestiegen. Das nächste Jahrzehnt war geprägt vom Kampf um die Sicherheit beim Umgang mit Maschinen, für den neue Sensoren entwickelt wurden. Sie wurden entwickelt, um bei Verkehrsunfällen das Antiblockiersystem zu betätigen und Airbags auszulösen.

Abs

Dieses System soll verhindern vollständige Blockierung Räder beim Bremsen. Daher enthält das Gerät unbedingt Raddrehzahlsensoren. Ihre Designs sind unterschiedlich. Sie können passiv oder aktiv sein.

• Passive Sensoren sind meist induktive Sensoren. Der Sensor selbst besteht aus einem Stahlkern und einer Spule mit eine große Anzahl Windungen dünn emailliert Kupferkabel. Damit es seine Funktion erfüllen kann, wird ein Zahnring aus Stahl auf den Radantrieb bzw. die Nabe gepresst. Und der Sensor ist so befestigt, dass, wenn sich das Rad dreht, die Zähne in der Nähe des Kerns vorbeikommen und in der Spule induzieren elektrische Impulse. Ihre Wiederholungsfrequenz ist ein proportionaler Ausdruck der Drehgeschwindigkeit des Rades. Die Vorteile eines solchen Geräts: Einfachheit, mangelnde Leistung und niedrige Kosten. Ihr Nachteil besteht darin, dass die Pulsamplitude bei Geschwindigkeiten bis 7 km/h zu klein ist.

• Aktiv, es gibt sie in zwei Ausführungen. Einige basieren auf dem bekannten Hall-Effekt. Andere sind magnetoresistiv und basieren auf dem gleichnamigen Phänomen. Der magnetoresistive Effekt besteht in einer Änderung des elektrischen Widerstands eines Halbleiters, wenn er in ein Magnetfeld gebracht wird. Beide Typen aktive Sensoren unterscheiden sich in ausreichender Pulsamplitude bei jeder Geschwindigkeit. Ihr Design ist jedoch komplexer und die Kosten höher als bei passiven. Und die Tatsache, dass sie Nahrung brauchen, kann nicht als Vorteil bezeichnet werden.

Schmiersystem

Es gibt drei Arten von Kfz-Sensoren, die die Betriebsparameter dieses Systems überwachen:

Motorkühlung

Ein Auto mit Vergasermotor war mit zwei Temperatursensoren ausgestattet. Einer davon verfügte über einen elektrischen Kühlerlüfter zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur. Das Anzeigegerät nahm die Messwerte vom anderen entgegen. Das Kühlsystem eines modernen Autos, das mit einem elektronischen Motorsteuergerät (ECU) ausgestattet ist, verfügt außerdem über zwei Temperatursensoren. Einer davon nutzt eine Kühlmitteltemperaturanzeige im Kombiinstrument. Für den Betrieb des Steuergeräts ist ein weiterer Temperatursensor erforderlich. Ihr Aufbau unterscheidet sich nicht grundsätzlich. Bei beiden handelt es sich um Thermistoren mit negativem Temperaturkoeffizienten. Das heißt, ihr Widerstand nimmt mit sinkender Temperatur ab.

Ansaugtrakt

• Luftmassenmesser (MAF). Entwickelt, um das in die Zylinder eintretende Luftvolumen zu bestimmen. Dies ist notwendig, um die Kraftstoffmenge zu berechnen, um ein ausgewogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Der Knoten besteht aus Platinfäden, durch die sie verlaufen elektrischer Strom. Einer davon befindet sich im Luftstrom, der in den Motor eintritt. Der andere, der Bezugspunkt, ist von ihm entfernt. Die durch sie fließenden Ströme werden im Steuergerät verglichen. Der Unterschied zwischen ihnen bestimmt das Luftvolumen, das in den Motor eintritt. Manchmal wird für eine höhere Genauigkeit die Lufttemperatur berücksichtigt.

• Ansaugkrümmer-Absolutluftdrucksensor, auch MAP-Sensor genannt. Wird zur Bestimmung des in die Zylinder eintretenden Luftvolumens verwendet. Es kann eine Alternative zu einem Luftmassenmesser für Turbomotoren sein. Das Gerät besteht aus einem Körper und einer Keramikmembran, die mit einer spannungsfesten Folie beschichtet ist. Das Körpervolumen wird durch das Zwerchfell in zwei Teile geteilt. Einer von ihnen ist versiegelt und die Luft wurde herausgepumpt. Der andere ist über einen Schlauch mit dem Ansaugkrümmer verbunden, sodass der Druck darin gleich dem Druck der in den Motor gepumpten Luft ist. Unter dem Einfluss dieses Drucks verformt sich die Membran, wodurch sich der Widerstand der darauf befindlichen Folie verändert. Dieser Widerstand charakterisiert den absoluten Luftdruck im Verteiler.
• Drosselklappensensor (TPS). Erzeugt ein Signal proportional zum Öffnungswinkel der Luftklappe. Es handelt sich im Wesentlichen um einen variablen Widerstand. Seine festen Kontakte sind mit Masse und der Referenzspannung verbunden. Und die Ausgangsspannung wird von der beweglichen Achse abgenommen, die mechanisch mit der Drosselklappenachse verbunden ist.

Abgassystem

Sauerstoffsensor. Dieses Gerät dient als Rückkopplung, um das gewünschte Verhältnis von Luft und Kraftstoff in den Brennkammern aufrechtzuerhalten. Seine Funktionsweise basiert auf dem Funktionsprinzip einer galvanischen Zelle mit einem Festelektrolyten. Bei letzterem handelt es sich um Keramik auf Basis von Zirkoniumdioxid. Die Elektroden des Designs bestehen aus Platin, das auf beiden Seiten der Keramik gesputtert ist. Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von 300 bis 400 °C beginnt das Gerät zu arbeiten.

Aufwärmen hohe Temperatur Dies geschieht meist durch heiße Abgase oder ein Heizelement. Solch Temperaturregime notwendig, damit die Leitfähigkeit des keramischen Elektrolyten zustande kommt. Das Vorhandensein von unverbranntem Kraftstoff in den Motorabgasen führt dazu, dass der Potentialdifferenzsensor an den Elektroden erscheint. Obwohl jeder es gewohnt ist, dieses Gerät als Sauerstoffsensor zu bezeichnen, handelt es sich eher um einen Sensor für unverbrannten Kraftstoff. Denn das Ausgangssignal entsteht, wenn seine Oberfläche nicht mit Sauerstoff, sondern mit Kraftstoffdampf in Kontakt kommt.

Andere Sensoren

Moderne Autos sind mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, deren Zweck und Funktionsweise nicht jedem Autoliebhaber klar ist. Versuchen wir, dieses Problem zu verstehen.

Luftmassenmesser

Der Zweck des Luftmassenmessers (MAF) besteht darin, den Betrieb des Aggregats zu überwachen, während das System durch die in den Motor eintretende Luft elektrische Spannung erzeugt.

Basierend auf den vom Sensor gesammelten Daten wird der produktivste Betrieb des Motors aufgebaut, bei dem der Luftstrom in die Zylinder eine ununterbrochene Umwandlung in elektrischen Strom ermöglicht.

Der Arbeitsteil des Sensors – ein Platinfaden – ist ein empfindliches Anemometer. Es heizt auf eine konstante Temperatur auf, die über ein Thermorelais und eine elektronische Steuereinheit aufrechterhalten wird.

Der durch den Sensor strömende Luftstrom kühlt das Filament ab, dann erhöht das Systemsteuermodul die Stromzufuhr, wodurch die Heiztemperatur des Filaments weiter ansteigt, bis sie ihren konstanten Wert erreicht. Daraus folgt, dass die Stärke des zum Erhitzen des Filaments erforderlichen Stroms ausschließlich von der Geschwindigkeit des Luftstroms durch den Sensor abhängt. Und über den Sekundärwandler im Sensorsystem wird elektrische Spannung erzeugt.

Während des Betriebs sammeln sich am Sensorgewinde verschiedene Ablagerungen an, die dieses verunreinigen und die Leistung des gesamten Gerätes beeinträchtigen.

Eine wirksame Fadenreinigung ist nur durch Brennen mit einem gepulsten Strom bei einer Temperatur von etwa 1.000 Grad möglich.

Das Spülen des verschmutzten Platin-Sensorfilaments mit Lösungen, die Ether- oder Ketonverbindungen enthalten, ist jedoch strengstens verboten, da diese:

Eine nachteilige Wirkung auf die Verbindung haben;

Sie haben die Fähigkeit, den Kristall abzukühlen, wodurch seine Struktur beschädigt wird;

Waschen Sie die sogenannte Maske von der Oberfläche des Kristalls ab (die schützende Polymerschicht in seiner Mitte).

Sie sollten nicht einmal versuchen, den Sensorfaden mit verschiedenen Lösungsmitteln und Aerosolen, die Aceton und Ethyl enthalten, zu waschen, und Sie sollten den Anemometerfaden auch nicht mit einer in Benzin getränkten Watte, die auf ein Streichholz gewickelt ist, oder einem Holzstab reinigen. Solche Manipulationen bringen keine Wirkung, sondern verschlechtern nur die Leistung des Luftmassenmessers.

Sie können VD-40 als Spülmittel verwenden, es ist jedoch zu bedenken, dass es Dieselkraftstoff und saure Verbindungen enthält. Der Vedashka lässt sich gut waschen, hinterlässt jedoch einen spezifischen Film auf der Oberfläche normale Operation Der Sensor muss entfernt werden. Es ist besser, es mit Alkoholverbindungen (destilliertes Wasser und Alkohol) abzuwaschen. Wie die Praxis gezeigt hat, eignet sich hierfür Isopropylalkohol am besten. Am effektivsten ist es, den Kristall mit einer gewöhnlichen medizinischen Spritze und einer Nadel mit kleinem Durchmesser zu waschen. Vor dem Waschen müssen Sensor und Spülflüssigkeit erwärmt werden, beispielsweise mit einem Fön.

Drosselklappensensor

Dieses Element ist am Drosselblock neben dem Antrieb montiert und dient zur Steuerung der Stellung des Gaspedals. Es ist zu beachten, dass Sie beim Waschen des Netzteils äußerst vorsichtig sein sollten, um diesen Sensor nicht zu beschädigen.

Obwohl der Drosselklappensensor für den Langzeitgebrauch ausgelegt ist, fällt er manchmal immer wieder aus. Sein Ausfall wird durch erhöhte Leerlaufdrehzahl, Ruckeln und instabilen Motorbetrieb während der Fahrt angezeigt.

Klopfsensor

Es befindet sich am Zylinderkopf zwischen den Zylindern (II und III). Abhängig von den Gestaltungsmerkmalen werden folgende Arten dieser Elemente unterschieden:

Breitband (in Tablettenform dargestellt);

Resonant (sieht aus wie ein Fass).

Diese Sensoren sind nicht austauschbar, d. h. wenn einer ausfällt, kann er nicht durch einen anderen Typ ersetzt werden.

Die Arbeitsressource des Elements ist enorm. Es ist lediglich erforderlich, die Steckerkontakte regelmäßig von Oxidation zu reinigen. Dieser Sensor funktioniert nach dem Prinzip eines Piezo-Feuerzeugs. Das heißt, mit zunehmender Detonation beginnt die elektrische Spannung anzusteigen.

Der Sensor misst den Grad der Detonation im Aggregat und steuert abhängig davon den Zündzeitpunkt. Bei erhöhter Detonation verzögert sich die Zündung. Wenn der Sensor nicht mehr funktioniert, beginnt der Motor fehlerhaft zu arbeiten und der Kraftstoffverbrauch steigt.

Es hat ein sechseckiges Design, in dem sich ein spezielles piezoelektrisches Element befindet, das durch die Einwirkung von Schallschwingungen auf seinen Körper elektromotorische Kraft erzeugt. Es stellt sich heraus, dass der Klopfsensor eine Art Sender von Schallschwingungen ist, dank dessen die EFI-Einheit Zugriff auf die im Motor ablaufenden Prozesse hat.

Die Hohlräume zwischen dem Körper und dem piezoelektrischen Element des Sensors werden mit einer Masse spezieller Zusammensetzung gefüllt. Neben dem Schutzzweck erfüllt die Verbindung noch einen weiteren Zweck: Ihre Anwesenheit ermöglicht die Entwicklung einer Amplituden-Frequenz-Charakteristik, die der Frequenz von Detonationsprozessen im Inneren des Triebwerks möglichst nahe kommt.

Wenn im Motorinnenraum eine Detonation auftritt, misst der Sensor deren Pegel und sendet ein Signal an die EFI-Einheit, die den Zündzeitpunkt automatisch anpasst, bis der Detonationspegel abnimmt oder ganz verschwindet.

Dadurch entsteht dank des Vorhandenseins eines Klopfsensors im Antriebssystem die günstigste Zusammensetzung des Kraftstoffgemisches. Dieses Konzept, das im Automobiljargon mit dem Begriff „Fingerklopfen“ charakterisiert wird, bezeichnet den Ausfall des Klopfsensors. Gleichzeitig nimmt die Motorleistung stark ab und der Kraftstoffverbrauch steigt.

Öldrucksensor

Dieses Steuerelement befindet sich im Hauptölleitungsnetz. Der Sensor wird über das Stromnetz des Fahrzeugs mit Strom versorgt und verfügt über eine eingeschaltete Anzeige Armaturenbrett. Zusätzlich zur Anzeige kann die Instrumententafel über einen Öldruckregler verfügen, der seinen Wert anzeigt.

Sehr oft ist dieser Sensor ein Überwachungsteil des Motorsteuerungssystems, das bei Erreichen eines kritischen Öldruckniveaus das Aggregat abschaltet.

Zusätzlich zum Öldrucksensor kann ein Sensor eingebaut werden, der die Temperatur des Motoröls im System überwacht.

Frostschutztemperatursensor

Bei der Konstruktion des Aggregats befindet sich dieser Sensor zwischen Thermostat und Zylinderkopf. Es verfügt über zwei Kontakte, auf denen die Bedienung des Gerätes basiert nächstes Prinzip: Je niedriger die Motortemperatur, desto fetter kann das Arbeitsgemisch erhalten werden.

Im Kühlsystem wird der Sensor durch einen Widerstand dargestellt spezieller Entwurf(Thermistor), der seinen Widerstand mit Änderungen der Kühlmitteltemperatur ändert. Je höher die Temperatur, desto geringer der Widerstand und umgekehrt – je niedriger die Temperatur, desto höher der Widerstand des Thermistors. Es ist bekannt, dass Änderungen der Kühlmitteltemperatur unterschiedliche Auswirkungen auf den Motorbetrieb haben.

Sein Design ist ziemlich zuverlässig. Es kann nur aufgrund eines fehlenden Kontakts an seinen Anschlüssen oder im Inneren des Geräts ausfallen.

Die Fehlfunktion lässt sich anhand des Anlaufens des Lüfters bei noch kaltem Motor, der Unmöglichkeit oder Problemen beim Starten eines aufgewärmten Aggregats und einem Anstieg des Kraftstoffverbrauchs beurteilen.

Lambdasonde

Oder, vereinfacht gesagt, ein Sauerstoffsensor. Sein Zweck besteht darin, den Sauerstoffgehalt in den Abgasen eines Autos zu bestimmen. Dieses elektrochemische Element befindet sich im Schalldämpferdesign.

Das Fehlen von Sauerstoff im Kraftstoffgemisch weist auf eine Anreicherung hin, und umgekehrt verringert sein erhöhter Gehalt die Anreicherung. Daher ist die Lambdasonde auf Formgebung ausgelegt richtige Zusammensetzung Arbeitsmischung. Weitere Details zu Lambda finden Sie hier.

Bleihaltiges Benzin wirkt sich nachteilig auf die Funktion des Sauerstoffsensors aus, und wenn dieser ausfällt, ist ein erhöhter Kraftstoffverbrauch und ein Überschuss an schädlichen Verbindungen in den Fahrzeugabgasen garantiert.

PCV-Sensor (Kurbelwellenposition).

Ein ziemlich starkes und zuverlässiges Element, dessen Design aus einer Drahtspule mit einem Magnetkern im Inneren besteht. Es befindet sich im Raum der Riemenscheibe und zeigt anhand der Markierungen auf der Riemenscheibe die Position der Kurbelwelle an. Das Element erzeugt ein Signal, sobald sich die Position der auf der Kurbelwelle befindlichen Zahnscheibe ändert. Anhand dieses Signals überwacht das Steuergerät die im Zylinder ablaufenden Arbeitsvorgänge und steuert die Zufuhr des Kraftstoffgemisches und den Zündfunken.

Bei einem Ausfall sinkt die Betriebsdrehzahl des Motors stark, im schlimmsten Fall kommt es zum vollständigen Stillstand des Aggregats.

Phasensensor oder Nockenwellenpositionssensor (CPR)

Es ist in der Regel in der Konstruktion von Acht- und Sechzehnventilmotoren enthalten, bei denen es sich unmittelbar hinter der Nockenwellenscheibe des Ansaugsystems oben auf dem Zylinderkopf befindet und die Kraftstoffeinspritzung in a bilden soll separater Zylinder. Sein Abbau stört die Zufuhr des Kraftstoffgemisches, was zu einer starken Anreicherung führt, was zu einem erhöhten Verbrauch führt.

Leerlaufregler

Ein unverzichtbares Element im Motordesign, das die Leerlaufdrehzahl des Motors reguliert und so einen stabilen und produktivsten Betrieb gewährleistet. Der Aufbau des Gerätes besteht aus einem Schrittmotor mit einer federbelasteten Kegelnadel.

Im Leerlauf des Aggregats zirkuliert Luft an der geschlossenen Drosselklappe vorbei. Möglich wird dies durch die konische Nadel des Sensors, die den Querschnittsdurchmesser der Zusatzluftzufuhrleitung reguliert. Somit ermittelt der Sensor die optimale Sauerstoffmenge, die für den reibungslosen und produktiven Betrieb der Anlage erforderlich ist.

Der Regler befindet sich am Drosselklappengehäuse. Dabei ist zu beachten, dass die Befestigung mit zwei Schrauben erfolgt, deren Köpfe bei den meisten Autos mit einer Lackschicht überzogen oder einfach ausgebohrt sind, was beim Ausbau des Leerlaufreglers etwas hinderlich ist. Daher ist es häufig erforderlich, den Dämpferkörper zu entfernen, um den Regler auszutauschen oder die verunreinigte Luftleitung zu reinigen.

Da es sich bei dem Regler um ein Gerät vom Aktortyp handelt, wird seine Systemdiagnose nicht bereitgestellt. Daher kann es sein, dass die Fehlermeldung „Check Engine“ auf der Instrumententafel im Falle einer Panne nicht aufleuchtet.

Die folgenden Faktoren weisen auf eine Fehlfunktion hin:

- „schwebende“ Motorleerlaufdrehzahl;

Oft bleibt das Aggregat nach dem Ausschalten des Getriebes stehen;

Der Kaltstart des Motors geht nicht mit einer Drehzahlerhöhung einher müßige Bewegung wie es sein sollte;

Instabilität der Leerlaufdrehzahl beim Einschalten der Last.

Der Leerlaufregler muss nur bei abgeklemmter Batterie entfernt werden. Entfernen Sie dazu den Stecker und lösen Sie die Schrauben, mit denen der Sensor befestigt ist. Der Einbau des Reglers erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Bei der Montage muss lediglich die Dichtung am Flansch geschmiert werden. Motoröl ist hierfür ideal.

Beziehung verschiedene Typen Sensoren im System zur Leerlaufdrehzahlregelung des Motors

Die Luftmenge im Motor wird durch den oben beschriebenen Luftmassenmesser gesteuert und abhängig von seinem Volumen berechnet das Steuergerät die Zufuhr eines angereicherten Arbeitsgemisches zum Motor.

Mithilfe des Kurbelwellen-Positionssensors ermittelt das Steuergerät die Drehzahl der Motoreinheit und auf dieser Grundlage steuert die Leerlaufdrehzahlregelung die Luftzufuhr unter Umgehung der geschlossenen Drosselklappe.

Beim Parken hält das Steuergerät die Leerlaufdrehzahl bei warmem Motor konstant. Bei kaltem Aggregat erhöht das System die Leerlaufdrehzahl durch Anpassung der Leerlaufdrehzahl und sorgt so dafür, dass sich der Motor bei hohen Drehzahlen erwärmt. Dadurch ist eine Bewegung ohne Aufwärmen des Aggregats möglich.

Alle aufgeführten Sensoren sind in den meisten modernen Autos zu finden, und jetzt wird es für Sie viel einfacher, sich in den Diagnoseergebnissen zurechtzufinden und die notwendigen Ersatzteile in einem Autohaus zu kaufen.

In Automatisierungssystemen ist der Sensor dafür ausgelegt, eine gesteuerte oder gesteuerte Größe (Parameter eines gesteuerten Objekts) in ein Ausgangssignal umzuwandeln, das für die weitere Informationsübertragung geeigneter ist. Daher wird der Sensor oft als Wandler bezeichnet, obwohl dieser Begriff zu allgemein ist, da jedes Element der Automatisierung und Telemechanik, das über einen Ein- und Ausgang verfügt, in gewissem Maße ein Wandler ist.

Im einfachsten Fall führt der Sensor nur eine Transformation Y=f(X) durch, wie z. B. Kraft in Bewegung (bei einer Feder), oder Temperatur in elektromotorische Kraft (bei einem Thermoelement) usw. Dieser Sensortyp wird aufgerufen Direktwandlungssensoren. In einigen Fällen ist es jedoch nicht möglich, den Eingabewert X direkt auf den erforderlichen Eingabewert U zu beeinflussen (wenn eine solche Verbindung unpraktisch ist oder nicht die gewünschten Eigenschaften bietet). In diesem Fall werden aufeinanderfolgende Transformationen durchgeführt: Der Eingabewert X beeinflusst den Zwischenwert Z und der Wert Z beeinflusst den erforderlichen Wert Y:

Z=f1(X); Y=f2(Z)

Das Ergebnis ist eine Funktion, die X mit Y verbindet:

Y=f2=F(X).

Die Anzahl solcher aufeinanderfolgenden Transformationen kann mehr als zwei betragen, und im allgemeinen Fall kann die funktionale Verbindung zwischen Y und X über eine Reihe von Zwischengrößen verlaufen:

Y=fn(...)=F(X).

Sensoren, die solche Abhängigkeiten haben, werden aufgerufen Sensoren mit serieller Wandlung. Alle anderen Teile werden aufgerufen Zwischenorgane. Bei einem Sensor mit zwei Transformationen gibt es keine Zwischenorgane; er hat nur ein Tast- und ein Betätigungsorgan. Oft das Gleiche Strukturelement erfüllt die Funktionen mehrerer Organe. Beispielsweise übernimmt eine elastische Membran die Funktion eines Wahrnehmungsorgans (Druck in Kraft umwandeln) und die Funktion ausführendes Organ(Umwandlung von Kraft in Weg).

Klassifizierung von Sensoren.

Die außergewöhnliche Vielfalt der in der modernen Automatisierung eingesetzten Sensoren erfordert deren Klassifizierung. Derzeit sind folgende Arten von Sensoren bekannt, die am besten nach dem Eingangswert klassifiziert werden, der praktisch dem Funktionsprinzip entspricht:

Hier betrachten wir die gängigsten Sensoren, bei denen mindestens eine der Größen (Eingang oder Ausgang) elektrisch ist.

Sensoren unterscheiden sich auch durch die Variationsbreite des Eingangssignals. Beispielsweise sind einige elektrische Temperatursensoren für die Messung von Temperaturen von 0 bis 100 °C ausgelegt, während andere für die Messung von Temperaturen von 0 bis 1600 °C ausgelegt sind. Es ist sehr wichtig, dass der Änderungsbereich des Ausgangssignals für verschiedene Geräte gleich (einheitlich) ist. Die Vereinheitlichung der Sensorausgangssignale ermöglicht größtenteils die Verwendung gemeinsamer Verstärkungs- und Betätigungselemente verschiedene Systeme Automatisierung.

Elektrische Sensoren gehören zu den häufigsten wichtige Elemente Automatisierungssysteme. Mit Hilfe von Sensoren wird die Regel- bzw. Regelgröße in ein Signal umgewandelt, je nach Änderung, in der der gesamte Regelvorgang abläuft. Die am weitesten verbreiteten Sensoren in der Automatisierung sind Sensoren mit elektrischem Ausgangssignal. Dies erklärt sich vor allem aus der Bequemlichkeit der Übertragung eines elektrischen Signals über eine Distanz, seiner Verarbeitung und der Möglichkeit, elektrische Energie in elektrische Energie umzuwandeln mechanische Arbeit. Neben elektrischen haben sich auch mechanische, hydraulische und pneumatische Sensoren durchgesetzt.

Elektrische Sensoren werden je nach dem Prinzip der von ihnen erzeugten Transformation in zwei Typen unterteilt: Modulatoren und Generatoren.

Bei Modulatoren (parametrischen Sensoren) wirkt die Eingangsenergie auf einen Hilfsstromkreis, verändert dessen Parameter und moduliert den Wert und die Art des Stroms oder der Spannung von einer externen Energiequelle. Dadurch wird gleichzeitig das am Sensoreingang empfangene Signal verstärkt. Das Vorhandensein einer externen Energiequelle ist Voraussetzung für den Betrieb von Sensoren – Modulatoren.

Reis. 1. Funktionsblöcke des Sensor-Modulators (a) und des Sensor-Generators (b).

Die Modulation erfolgt durch Änderung eines von drei Parametern – ohmscher Widerstand, Induktivität, Kapazität. Dementsprechend werden Gruppen von ohmschen, induktiven und kapazitiven Sensoren unterschieden.

Jede dieser Gruppen kann in Untergruppen unterteilt werden. Somit lässt sich die umfangreichste Gruppe ohmscher Sensoren in Untergruppen einteilen: Dehnungsmessstreifen, Potentiometer, Thermistoren, Fotowiderstände. Die zweite Untergruppe umfasst Optionen für induktive Sensoren, magnetoelastische Sensoren und Transformatoren. Die dritte Untergruppe vereint sich verschiedene Arten kapazitive Sensoren.

Der zweite Typ – Sensorgeneratoren – sind einfach Wandler. Sie basieren auf dem Auftreten einer elektromotorischen Kraft unter dem Einfluss verschiedener Prozesse, die mit der kontrollierten Größe verbunden sind. Das Auftreten einer solchen elektromotorischen Kraft kann beispielsweise aufgrund elektromagnetischer Induktion, Thermoelektrizität, Piezoelektrizität, Photoelektrizität und anderer Phänomene, die eine Trennung verursachen, auftreten elektrische Aufladungen. Nach diesen Phänomenen werden Generatorsensoren in Induktions-, Thermoelektrizitäts-, Piezoelektrizitäts- und Photoelektrizitätssensoren unterteilt.

Auch Gruppen von elektrischen, elektrostatischen, Hall-Sensoren usw. sind möglich.

Potentiometrische und DMS-Sensoren.

Potentiometrische Sensoren werden verwendet, um Winkel- oder Linearbewegungen in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Ein potentiometrischer Sensor ist ein variabler Widerstand, der über eine Rheostatschaltung oder eine Potentiometerschaltung (Spannungsteiler) angeschlossen werden kann.

Strukturell ist ein potentiometrischer Sensor ein elektromechanisches Gerät (Abb. 2-1), bestehend aus einem Rahmen 1 mit a dünner Draht(Wicklung) aus Legierungen mit hohem spezifischem Widerstand, einem Schleifkontakt - Bürste 2 und einem Stromleiter 3, entweder in Form eines Schleifkontakts oder einer Spiralfeder.

Der Rahmen mit dem gewickelten Draht ist bewegungslos fixiert und die Bürste ist mechanisch mit dem beweglichen Teil des Operationsverstärkers verbunden, dessen Bewegung in ein elektrisches Signal umgewandelt werden muss. Wenn sich die Bürste bewegt, ändert sich der aktive Widerstand Rx des Drahtabschnitts zwischen der Bürste und einem der Anschlüsse der Sensorwicklung.

Abhängig von der Sensoranschlussschaltung kann eine Bewegung in eine Wirkwiderstands- oder Stromänderung (bei Reihenschaltung) oder in eine Spannungsänderung (bei Spannungsteilerschaltung) umgewandelt werden. Die Wandlungsgenauigkeit bei Reihenschaltung wird maßgeblich von Widerstandsänderungen der Anschlussdrähte und dem Übergangswiderstand zwischen Bürste und Sensorwicklung beeinflusst.

In Automatisierungsgeräten wird häufiger die Einbindung potentiometrischer Sensoren über eine Spannungsteilerschaltung eingesetzt. Beim einseitigen Bewegen des beweglichen Teils des Operationsverstärkers wird ein Einzelzyklus-Schaltkreis verwendet, der eine irreversible statische Charakteristik ergibt. Für die beidseitige Bewegung wird ein Push-Pull-Schaltkreis verwendet, der eine reversible Charakteristik ergibt (Abb. 2-2).

Abhängig von der Konstruktion und dem Funktionsgesetz, das das Ausgangssignal des Sensors mit der Bewegung der Bürste verbindet, werden verschiedene Arten von potentiometrischen Sensoren unterschieden.

Lineare potentiometrische Sensoren.

Sie haben über die gesamte Länge den gleichen Rahmenquerschnitt. Der Drahtdurchmesser und die Wicklungssteigung sind konstant. Im Leerlaufmodus (mit Last Rn→∞ und I→0) ist die Ausgangsspannung des linearen potentiometrischen Sensors Uout proportional zur Bewegung der Bürste x: Uout = (U0/L)x, wobei U0 die Sensorversorgungsspannung ist ; L-Wicklungslänge. Die Sensorversorgungsspannung U0 und die Wicklungslänge L sind konstante Werte, daher in der endgültigen Form: Uout = kx, wobei k=U0/L der Übertragungskoeffizient ist.

Funktionelle potentiometrische Sensoren.

Sie haben einen funktionalen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Bürstenbewegung und Ausgangsspannung: Uout= f(x). Häufig werden Funktionspotentiometer mit trigonometrischer, Leistungs- oder logarithmischer Charakteristik eingesetzt. Funktionelle Potentiometer werden in analogen automatischen Rechengeräten, in Schwimmer-Füllstandsmessgeräten für Tanks mit komplexen geometrischen Formen usw. verwendet. Die erforderliche funktionale Abhängigkeit können Sie von potentiometrischen Sensoren erhalten verschiedene Methoden: durch Ändern der Höhe des Potentiometerrahmens (stufenlos oder schrittweise), Überbrücken von Abschnitten der Potentiometerwicklung mit Widerständen.

Potentiometrische Sensoren mit mehreren Windungen.

Sie sind eine konstruktive Variante linearer potentiometrischer Sensoren mit Winkelbewegung der Bürste. Bei Multiturn-Sensoren muss sich die Bürste mehrmals um 360° drehen, um die gesamte Wickellänge L zu bewegen. Die Vorteile von Multiturn-Sensoren sind hohe Genauigkeit, niedrige Empfindlichkeitsschwelle, kleine Abmessungen, Nachteile - relativ großes Reibungsmoment, konstruktive Komplexität, Vorhandensein mehrerer Schleifkontakte

und Schwierigkeit der Verwendung in Hochgeschwindigkeitssystemen.

Potentiometrische Metallfilmsensoren.

Dies ist ein neues vielversprechendes Design potentiometrischer Sensoren. Ihr Rahmen ist

eine Glas- oder Keramikplatte, auf die eine dünne Metallschicht (mehrere Mikrometer) mit hohem spezifischem Widerstand aufgetragen wird. Das Signal von potentiometrischen Metallfilmsensoren wird mithilfe von Metallkeramikbürsten erfasst. Breite ändern Metallfolie oder seine Dicke ermöglicht es Ihnen, eine lineare oder nichtlineare Charakteristik eines potentiometrischen Sensors zu erhalten, ohne sein Design zu ändern. Mittels Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung ist es möglich, den Sensorwiderstand und seine Eigenschaften automatisch an die vorgegebenen Werte anzupassen. Die Abmessungen von potentiometrischen Metallfilmsensoren sind deutlich kleiner als bei Drahtsensoren und die Empfindlichkeitsschwelle liegt bei nahezu gleich Null aufgrund des Fehlens von Wicklungswindungen.

Bei der Bewertung potentiometrischer Sensoren ist zu beachten, dass diese sowohl erhebliche Vorteile als auch große Nachteile haben. Ihre Vorteile sind: Einfachheit des Designs; hohes Niveau Ausgangssignal (Spannung – bis zu mehreren zehn Volt, Strom – bis zu mehreren zehn Milliampere); Fähigkeit, sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom zu arbeiten. Ihre Nachteile sind: ungenügend hohe Zuverlässigkeit und begrenzte Haltbarkeit aufgrund von Schleifkontakt und Wicklungsabrieb; Einfluss auf die Lastwiderstandseigenschaften; Energieverluste aufgrund der Verlustleistung durch den aktiven Widerstand der Wicklung; Es ist ein relativ großes Drehmoment erforderlich, um den beweglichen Teil des Sensors mit der Bürste zu drehen.