Как проверить датчики давления в шинах

Что измеряют датчики давления

Измеряемое давление определяется как не­направленная сила, действующая во всех на­правлениях в газах и жидкостях. Оно очень хорошо распространяется в гелеобразных веществах и мягких герметизирующих со­ставах, используемых время от времени для разных целей (рис. «Измерение давления» .

Измерение давленияДля измерения давления здесь также ис­пользуются динамически и статически дей­ствующие датчики. До сих пор в автомобилях использовались практически только статиче­ские датчики давления. Важнейшие объекты измерения:

  • Давление во впускном трубопроводе и давление наддува (1-5 бар);
  • Давление в электропневматических тор­мозах (10 бар);
  • Давление воздуха в подвеске (16 бар);
  • Давление в шинах (5 бар, абсолютное) для контроля давления в шинах;
  • Давление в гидроаккумуляторе (около 200 бар) системы ABS, усилителя руля;
  • Давление в амортизаторах (200 бар) для систем управления подвеской;
  • Давление хладагента (35 бар) системы кондиционирования воздуха;
  • Управляющее давление (35 бар) в автома­тической трансмиссии;
  • Давление в главном и колесном тормоз­ных цилиндрах (200 бар);
  • Избыточное и вакуумное давление в то­пливном баке (0,5 бар);
  • Давление в камере сгорания (100 бар, динамическое) для определения перебоев зажигания и детонации;
  • Секционное давление впрыска в дизеле (1000 бар, динамическое) для регулиро­вания;
  • Давление в магистрали, общая дизельная магистраль (1800 бар);
  • Давление в магистрали, прямой впрыск бензина (200 бар).

Устройство датчика

Устройство датчикаУ этого прибора параметры могут изменяться в зависимости от изменения параметров в измеряемой среде, например, жидкости, газа, или пара. В датчике, характеристики измеряемой среды преобразуется в унифицированный код для вывода показателей на указательный прибор.

Датчик состоит из первичного преобразователя, который включает в себя чувствительный элемент — получатель давления, схемы второстепенной обработки сигнала, и различные части корпуса. В некоторых случаях оборудуется деталями герметизации для условий работы во влажных и агрессивных средах.

Зачем нужен датчик давления масла

ДДМ — это важнейший компонент смазочной системы двигательного агрегата. Устройство отвечает за контроль давления масла, которое подаётся к двигателю и в случае каких-либо сбоев передаёт сигнал в салон водителю — загорается соответствующая лампочка.

Чтобы понять значение датчика в конструкции автомобиля, потребуется знать, как именно осуществляется подача масла на трущиеся части в двигателе. В зависимости от вида машины и её года выпуска подача смазки может осуществляться различными способами, в том числе и простым разбрызгиванием. Однако даже такой способ подразумевает создание необходимого давления, чтобы в агрегат подавалось оптимальное количество масла. Если количество смазки будет стабильным, то трущиеся части двигателя обеспечивают хорошую бесперебойную работу без быстрого износа.

Для своевременного предупреждения различных негативных факторов в смазочной системе и устанавливается ДДМ, который чувствителен ко всем изменениям подачи масла.

Подача сигнала водителю осуществляется звуковым и визуальным методами: в салоне раздаётся резкий писк и на панели приборов возникает красный индикатор в виде маслёнки. В некоторых видах авто характеристики давления масла выносятся в отдельный стрелочный прибор, который показывает текущее состояние системы смазки.

Знаете ли вы, что на уровень давления места может оказывать влияние высота точки расположения автомобиля относительно уровня моря?

Устройство датчика давления в шинах

Система контроля давления в шинах (по-английски — TPMS — Tire Pressure Monitoring System) состоит из двух основных компонент. Первые — это непосредственно датчики давления, расположенные на колесах. От них передается радиосигнал на принимающее устройство, расположенное в салоне машины. Принимающее устройство с помощью имеющегося программного обеспечения отображает на экране давление и его понижении либо несоответствии с установленным будет гореть лампа контроля давления в шинах.

Существует два типа датчиков — механические и электронные. Первые устанавливаются вместо золотника на колесо. Они стоят дешевле, однако не так надежны и быстро выходят из строя, поэтому используются редко. А вот электронные — встраиваются внутрь колеса, намного надежнее. Из-за их внутреннего расположения они лучше защищены и точны. О них и пойдет речь далее. Электронный датчик давления в шинах конструктивно состоит из следующих элементов:

etlib.ru
  • измерительный элемент давления (манометр), расположенный внутри колеса (покрышки);
  • микрочип, задача которого состоит в преобразовании аналогового сигнала от манометра в электронный;
  • элемент питания датчика (батарейка);
  • акселерометр, в задачи которого входит измерение разницы между настоящим и гравитационным ускорением (это необходимо для корректировки показаний давления в зависимости от угловой скорости вращающегося колеса);
  • антенна (в большинстве датчиков антенной выступает металлический колпачок ниппеля).

Какой элемент питания в датчике системы TPMS

Датчики имеют элемент питания, способный длительное время работать в автономном режиме. Чаще всего это литиевые элементы напряжением 3 Вольта. В датчиках что находятся внутри колеса ставят элементы CR2450, а в датчиках устанавливаемых на золотник — CR2032 или CR1632. Они дешевые и надежные. Средний срок эксплуатации элемента питания составляет 5…7 лет.

Какая частота сигнала датчиков давления в шинах

Датчики давления в шинах, предназначенные для установки на европейские и азиатские автомобили работают на радиочастоте, равной 433 МГц и 434 МГц, а датчики, предназначенные для американских машин — на 315 МГц, это установлено соответствующими стандартами. Однако при этом каждый датчик имеет свой уникальный код. Поэтому датчики одной машины не могут передавать сигнал на другую машину. Кроме этого, принимающее устройство «видит» с какого датчика, то есть, с какого конкретно колеса приходит сигнал.

Интервал передачи также зависит от конкретной системы. Как правило, этот интервал меняется в зависимости от того, с какой скоростью едет автомобиль, и какое у него давление в каждом колесе. Обычно самый длинный интервал при медленной езде будет составлять порядка 60 секунд, а по мере увеличения скорости может достигнуть 3…5 секунд.

Принцип работы датчика давления в шинах

etlib.ru

Системы измерения давления в шинах работают на основании прямых и косвенных признаков. Датчики измеряют определенные параметры. Так, к косвенным признакам падения давления в колесе является увеличение угловой скорости вращения подспущенного колеса. На самом деле, при падении давления в нем оно уменьшается в диаметре, поэтому крутится немного быстрее, чем другое колесо на той же оси. В данном случае частоту вращения обычно фиксируют датчики системы АБС. В этом случае системы АБС и контроля давления в шинах зачастую объединены.

Другим косвенным признаком спущенного колеса является увеличение температуры его воздуха и резины. Связано это с увеличением пятна контакта колеса с дорогой. Температура фиксируется датчиками температуры. Большинство современных датчиков одновременно измеряют и давление в колесе и температуру воздуха в нем. Датчики давления имеют широкий температурный рабочий диапазон. В среднем он составляет от -40 до +125 градусов по Цельсию.

Ну и системы прямого контроля — это непосредственное измерение давления воздуха в колесах. Обычно такие датчики основаны на работе встроенных пьезоэлементов, то есть, по сути, электронных манометров.

Инициализация датчиков зависит от параметра, который они измеряют. Датчики давления обычно прописывают с помощью дополнительных программных средств. Датчики температуры начинают работать при значительном увеличении либо уменьшении температуры, при выходе ее за допустимые нормы. А за контроль скорости вращения обычно отвечает система АБС, поэтому эти датчики инициализируются через нее.

Сигналы с датчика идут не постоянно, а через определенные промежутки времени. В большинстве систем TPMS временной интервал составляет порядка от 60, однако в некоторых системах с увеличением скорости учащается и периодичность подачи сигнала, вплоть до 2…3 секунд.

С передающей антенны каждого датчики идет радиосигнал определенной частоты на принимающее устройство. Последнее может быть установлено либо в салоне машины, либо в подкапотном пространстве. Если рабочие параметры в колесе выходят на допустимые рамки, то система подает аварийный сигнал на приборную доску либо на электронный блок управления.

Как прописать (привязать) датчики

Существует три основных метода привязки датчика к принимающему элементу системы.

0.jpg

Семь методов привязки датчиков давления в шинах

  • Автоматическим. В таких системах принимающее устройство после определенного пробега (например, 50 километров) само “видит” датчики и прописывает их в свою память.
  • Стационарный. Он напрямую зависит от конкретного производителя и указывается в инструкции. Для прописывания нужно нажимать последовательность кнопок или других действий.
  • Привязка выполняется при помощи специального оборудования.

Также многие датчики срабатывают автоматически после начала езды автомобиля. у разных производителей соответствующая скорость может отличаться, однако обычно она составляет 10….20 километров в час.

Срок службы датчиков давления в шинах

Срок службы датчик зависит от многих параметров. В первую очередь от их качества. Оригинальные датчики “живут” около 5…7 лет. После этого их элемент питания обычно разряжается. Однако большинство дешевых универсальных датчиков работают гораздо меньше. Обычно их срок службы составляет два года. Батарейки у них, может, и сохраняться, однако их корпуса рассыпаются и они начинают “глючить”. Естественно, что при механическом повреждении любого датчика его срок службы можно резко снизить.

Датчики давления

Механические датчики давления состоят из:

  1. Жидкостных датчиков давления.
  2. Поршневых систем.
  3. Пружинных систем.

Теперь пришло время рассмотреть датчики движения, которые встречаются наиболее часто. Наиболее часто на сегодняшний день используют пружинные датчики давления. Их действие будет основано на том, что возникновении упругой деформации пружины, которая считается пружинным элементом прибора. При изменении давления будет возникать деформация внутри и снаружи. Изменение формы определенного элемента будет передаваться на подвижную часть прибора со стрелкой. При снятии давления элемент примет прежнюю форму.

Виды пружинных датчиков давления

В технических манометрах чаще всего применяются упругие пружины:

  • Одновитковые.
  • Многовитковые.
  • Плоские мембраны.
  • Сильфоны.

Раскручивание пружины будет происходить из-за того, что при увеличении внутреннего давления эллиптическое сечение будет стремиться принять круглую форму. В результате этого могут возникать напряжения, которые будут раскручивать пружину. Свободный конец будет перемещаться прямопропорционально давлению внутри ее. Таким образом, можно сказать о том, что измеряемое давление будет преобразовываться в механическое перемещение свободного конца пружины. Величина такого перемещения чаще всего будет составлять 5-7 мм.

Схема датчика движения МЭД

Многовитковая трубчатая пружина будет иметь 6-9 витков. Перемещение свободного конца пружины значительно больше, чем у одновитковой пружины. Обычно датчики в виде одновитковой пружины могут применяться в показывающих приборах. В большинстве случаев это будет связано с тем, что в самопишущих приборах датчик должен иметь большое усилие, которого хватит для преодоления трения. В нашем разделе также есть статья о том, как работает тензодатчик.

Плоская гофрированная мембрана

Плоская гофрированная мембрана будет использоваться отдельно. При необходимости также можно применять плоскую прорезиненную ткань, которая будет плотно соединена с плоской калиброванной пружиной. Гармоникообразная мембрана отличается от других, так как имеет наибольшую чувствительность.

Сильфонные приборы предназначаются для измерения и записи избыточного давления в схемах автоматизации. Кроме этого, подобные устройства также можно использовать в качестве вторичных приборов к устройствам, которые имеют приспособление для пневматической передачи показаний на расстояние. Пружинные датчики давления в схемах позволяют преобразовывать механическое перемещение в электрический сигнал с помощью индуктивного или контактного датчика.

Схема ротаметра с индуктивным датчиком

На рисунке выше представлена схема датчика давления типа МЭД. Здесь сначала давление будет восприниматься трубчатой манометрической пружиной. В дальнейшем оно будет преобразовываться в перемещение конца манометрической трубки. Это перемещение также может передаваться плунжеру трансформаторного датчика. Вторичным приборов в этой конструкции считается устройство типа ЭПИД.

Специалисты сообщают, что датчики расхода на сегодняшний день могут быть:

  1. Механические.
  2. Термические.
  3. Ионизационные.
  4. Индукционные.
  5. Акустические.

Важно знать! Механические датчики расхода разделяются на датчики переменного и постоянного перепада. Также могут быть датчики со сливным отверстием.

Датчики расхода будут действовать по принципу возникновения перепада давления в сужающем устройстве. Перепад давления в этом случае является функцией расхода. Сужающее устройство считается воспринимающим органом датчика расхода. Датчики расхода постоянного перепада (ротаметры) используются для регулирования сечения с целью поддерживания постоянным перепада давления. Если будет интересно, тогда можете прочесть про принцип работы термопары.

Схема поплавкового датчика уровня с реостатным датчиком

На рисунке, который расположен выше вам предоставлена схема ротаметра с индуктивным датчиком. Ротаметр состоит из:

  • Конической трубки.
  • Поплавка.

Во время движения жидкости или газа в кольцевом зазоре между поплавком и трубками будет создаваться перепад давления, который в дальнейшем будет создавать силу, действующую навстречу силе веса поплавка, который здесь расположен. Ротаметры на сегодняшний день могут выполняться, как показывающие приборы и как датчики. Обмотка индуктивного датчика располагается на трубке сопла. Железный поплавок в свою очередь будет являться сердечником катушки индуктивного датчика. При изменении расхода поплавок может перемещаться и соответственно изменять индуктивность катушки.

Применение датчиков давления

Полупроводниковые датчики давления

Содержат кремниевую диафрагму с чувстви­тельными к давлению резисторами. Коэффици­ент К (относительное изменение сопротивления резистора вследствие деформации) у рези­сторов, вплавленных в монокристаллический кремний, особенно высок. Обычно К=100. До сих пор датчик и гибридная цепь для обработки сигнала размещались в одном корпусе. Компен­сационная и калибровочная настройки датчика могут осуществляться непрерывно или постепенно схемой, интегрированной в отдельный вспомогательный кристалл или в кристалл дат­чика. В будущем значения поправок к данным и величинам будут храниться в цифровом виде в программируемой памяти (PROM).

Датчики, интегрированные в одном кри­сталле с полной электронной калибровкой, наиболее подходят для измерения нагрузок в электронных системах зажигания и впрыска топлива дизельных двигателей. Благодаря компактности, они могут устанавливаться непосредственно во впускном трубопроводе (более ранние конструкции устанавливались в соответствующих электронных блоках управ­ления (ЭБУ)), или в моторном отсеке. Часто используются «обратно собранные» конструк­ции, в которых измеряемое давление подво­дится к электронно-пассивной полости на бо­ковой стороне кристалла датчика (рис. «Датчик абсолютного давления» ). Интегральный кремниевый датчик давления в камере сгоранияДля максимальной защиты более чувствительная сторона кристалла с печатными схемами и контактами помещается в оболочку камеры эталонного давления, расположенную между основанием корпуса и припаянным металли­ческим колпаком. Однако более дешевым ре­шением является приклеивание заключенной в вакуум пластинки датчика на кремниевый блок, где чувствительная сторона пластинки просто защищается от напорной среды под­ходящим гелем (рис.Ь, «Датчик абсолютного давления» ).

Такие датчики пригодны также для примене­ния в системах контроля давления в шинах для его непрерывных и бесконтактных из­мерений. Практически идентичную пластинку

датчика можно также использовать в каче­стве датчика давления в камере сгорания (рис. «Интегральный кремниевый датчик давления в камере сгорания» ). Условие — кремниевая пластинка не должна непосредственно подвергаться воздействию высокой температуры (не бо­лее 600 °С). Металлическая изолирующая диафрагма и наплавленный передаточный стержень, длиной несколько миллиметров, обеспечивают необходимую защиту. С помо­щью микромеханических методов изготавли­вается миниатюрная проставка в центре диа­фрагмы, передающая усилие тензодатчику. Измеряемое усилие передается стержнем в переднюю часть диафрагмы через проставку и далее в кристалл датчика с минимальным искажением. Такой метод установки позво­ляет поддерживать рабочие температуры ниже 150°С.

Виды датчиков

Классификация датчикаЁмкостный. Обладает самой простой конструкцией, которая включает в себя два плоских электрода с зазором между ними. Один из них выполнен в виде мембраны на которую, оказывается влияние измеряемой среды, в результате чего изменяется зазор между электродами. По сути, этот тип похож на конденсатор с изменяемым зазором. Такой датчик в силах зафиксировать даже маленькое изменение показаний.

Пьезоэлектрический. Основным конструктивным элементом является пьезоэлемент, материал который выводит сигнал при оказании на него измеряемых характеристик. Находится он в измеряемой среде, и выделяет ток в зависимости от величины изменения давления. Но по причине того, что этот элемент изменяет свои выводимые данные только при изменении среды, то при постоянных параметрах он никакие данные показывать не будет, и пригоден для работы только в среде где давление периодически изменяется.

Оптический.

Устройство работы таких датчиков может заключаться на основе двух принципов работы:

  • Волоконно-оптическом. Является наиболее точным и работа по измерению не зависит от изменения температурного режима. Основной частью для измерения приходится оптический волновод. О величине измерения давления у такого рода приборах делают заключение по изменению амплитуды и полярности проходящего света через чувствительную часть.
  • Отличия датчиковОптоэлектронном. Состоит из многослойной прозрачной структуры, чрез которую проходит свет. При этом один из этих слоёв может изменять показатель преломления и толщину слоя в зависимости от оказываемого давления.

На иллюстрации ниже схематично изображены оба метода работы. Рисунок, А — изменение преломления, рисунок Б — изменение слоя в толщине.

Принцып работы приборов

Ртутный.

Элементарный и технически простой датчик. Работает на основе двух сообщающихся сосудов, на один из который, оказывается давление, а на второй аналоговым способом выводятся данные, и определяется по параллельно совмещённой измерительной шкале.

Магнитный.

Виды датчиковРаботает на основе индуктивного метода. Чувствительная часть заключается в Е-образной планке, посередине которой расположена катушка, и чувствительная мембрана, по ней передаются измеряемые параметры. Располагается мембрана около пластины, на небольшом расстоянии от края. Катушка при включении, создаёт магнитный поток, который в свою очередь, следует через планку, зазор и мембрану. Проницаемость магнитного зазора в несколько сотен раз меньше проницаемости планки и мембраны, поэтому изменение индуктивности происходит даже при небольшом изменении величины зазора.

Пьезорезонансный.

Характеристики давленияРаботает на основе пьезоэффекта, но с одним отличием — в этом случае используется обратный эффект пьезоэлемента, основанный на изменение формы материала в зависимости от поступающего тока. В этом датчике применяется резонатор, на котором расположены два электрода по разные стороны, на них попеременно подаётся ток разной полярности, и вследствие этого пластина выгибается в различные стороны с учётом поступаемой частоты.

Отличие от манометра

Главным отличие такого рода датчиков, от манометра — то что это прибор, предназначающийся для измерения характеристик без его преобразования. В манометре от измеряемых характеристик зависит показание прибора, которые выводятся на его аналоговый прибор или дисплей.

Технология или эффективность

Если конкретный прибор имеет все необходимые для вашего процесса характеристики, включая точность, диапазон, рабочую температуру и т.д., должна ли вас беспокоить технология измерения? «Сейчас более практично выбирать законченный измерительный прибор лучше всего подходящий для вашего приложения, — говорит Аллен Худ, менеджер по контрольно-измерительным приборам компании ABB. — Современная технология измерения давления дает широкие возможности выбора решений в зависимости от одного из главных ваших требований, будь это точность, материалы конструкции или другие важные свойства и функции».

Кевин Коффей, президент HBM, каждый день сталкивается с экстремальными условиями эксплуатации и понимает важность этого выбора. По его мнению, долговечность — важнейший фактор при высоких давлениях: «Датчики давления, основанные на тензорезистивной технологии, подобные тем, что поставляются HBM, отличаются от других классов, т.к. могут обеспечить высокую точность и стабильность показаний при различной температуре, для большого количества измерительных циклов при очень высоком давлении».

Ртутные

Также простая конструкция прибора.

Действует по закону о сообщающихся сосудах. На одну емкость давит давление, которое нужно измерить. По величине другого сосуда – определяется давление.

Пьезоэлектрические

Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-datchikov-davlenija-rashoda-i-urovnja19.jpg

В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.

Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.

Пьезорезонансные

В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи.

Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-datchikov-davlenija-rashoda-i-urovnja21.jpg

Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.

На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10.Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу.

Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-datchikov-davlenija-rashoda-i-urovnja22.jpg

Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами.Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.

Резистивные

Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации.

Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.

Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается.При сжатии процесс происходит наоборот.

Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги.

Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии.Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.

Советы по выбору и приобретению датчиков давления

Тип давления.

Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.Интервал разбега давления.Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.Термокомпенсация.

Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.Вид материала.

Ustrojstvo-i-printsip-raboty-datchikov-davlenija-rashoda-i-urovnja23.jpg

Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...