4. Lớp: Cơ Khí Giao Thông Khóa: K
2.2.5.2. Cảm biến quang soi thấu
Sơ đồ cấu trúc của một cảm biến đo vị trí và dịch chuyển theo nguyên tắc soi thấu trình bày trên hình 2.10a. Cảm biến gồm một nguồn phát ánh sáng, một thấu kính hội tụ, một ƣới chia kích quang và các phần tử thu quang (thƣờng là tế bào quang điện).
Hình 2.10: a) Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang soi thấu, b) Tín hiệu ra. 1) Nguồn sáng 2) Thấu kính hội tụ 3) Thước đo
4) Lưới chia 5) Tế bào quang điện 6) Mã chuẩn
Khi thƣớc đo (gắn với đối tƣợng khảo sát, chạy giữa thấu kính hội tụ và ƣới chia) có chuyển động tƣơng đối so với nguồn sáng sẽ làm xuất hiện một tín hiệu ánh sáng hình sin. Tín hiệu này đƣợc thu bởi các tế bào quang điện đặt sau ƣới chia. Các tín hiệu đầu ra của cảm biến đƣợc khuếch đại trong một bộ tạo xung điện tử tạo thành tín hiệu xung dạng chữ nhật.
Các tế bào quang điện bố trí thành hai dãy và đặt lệch nhau một phần tƣ độ
chia nên ta nhận đƣợc hai tín hiệu lệch pha 90o (hình 2.10b), nhờ đ không những
xác định đƣợc độ dịch chuyển mà còn có thể nhận biết đƣợc cả chiều chuyển động. Để khôi phục điểm gốc trong trƣờng hợp mất điện nguồn ngƣời ta trang bị thêm mốc đo chu n trên thƣớc đo. Ƣu điểm của các cảm biến soi thấu là cự ly cảm
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 19
nhận xa, có khả năng thu đƣợc tín hiệu mạnh và tỉ số độ tƣơng phản sáng tối lớn, tuy nhiên có hạn chế là khó bố trí và chỉnh thẳng hàng nguồn phát và đầu thu.
Nguyên ý đo dịch chuyển bằng s ng đàn hồi
Tốc độ truyền s ng đàn hồi v trong chất rắn ~ 103m/s. Thời gian truyền sóng giữa hai điểm trong vật rắn cách nhau một khoảng xác định bởi biểu thức:
Biết tốc độ truyền s ng v và đo thời gian truyền sóng tP ta có thể xác định đƣợc khoảng cách l cần đo:
= v
Thời gian truyền sóng từ khi tín hiệu xuất hiện ở máy phát đến khi nó đƣợc tiếp nhận ở máy thu đƣợc đo bằng máy đếm xung. Máy đếm hoạt động khi bắt đầu phát s ng và đ ng ại khi tín hiệu đến đƣợc máy thu.
Hình 2.11: Sơ đồ khối của một thiết bị đo dịch chuyển bằng sóng đàn hồi.
Gọi số xung đếm đƣợc là N và chu kỳ của xung đếm là t , ta có:
Khi đ :
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 20
2.2.5.3. Cảm biến sử dụng phần tử p ện
Trong các cảm biến áp điện, s ng đàn hồi đƣợc phát và thu nhờ sử dụng hiệu ứng áp điện. Hiệu ứng áp điện là hiện tƣợng khi một tấm vật liệu áp điện (thí dụ thạch anh) bị biến dạng dƣới tác dụng của một lực cơ học có chiều nhất định, trên các mặt đối diện của tấm xuất hiện một ƣợng điện tích bằng nhau nhƣng trái dấu, ngƣợc lại dƣới tác động của điện trƣờng có chiều thích hợp, tấm vật liệu áp điện bị biến dạng.
Để đo dịch chuyển ta có thể sử dụng hai dạng s ng đàn hồi:
- Sóng khối: dọc và ngang.
- Sóng bề mặt.
- Sóng khối dọc truyền cho các phần tử của vật rắn dịch chuyển dọc
theo phƣơng truyền sóng tạo nên sự nén rồi lại giãn nở của các lớp của vật rắn. S ng này đƣợc kích thích bằng phần tử áp điện rung theo bề dày (hình 2.12a).
- Sóng khối ngang gây nên dịch chuyển vuông góc với phƣơng truyền
sóng, tạo ra chuyển động trƣợt tƣơng đối giữa các lớp của vật rắn. S ng này đƣợc kích thích bằng một phần tử áp điện rung theo mặt cắt (hình 2.12b).
Hình 2.12: Các dạng sóng đàn hồi.
a) Sóng dọc b) Sóng ngang c) Sóng bề mặt và dạng điện cực kích thích
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 21
Sóng bề mặt truyền trong lớp bề mặt của vật rắn, biên độ của chúng hầu nhƣ bằng không ở độ sâu 2λ dƣới bề mặt. Sóng bề mặt gồm một thành phần sóng dọc và một thành phần sóng ngang. Nguồn kích thích sóng bề mặt là một hệ điện cực kiểu răng ƣợc cài nhau phủ lên bề mặt vật liệu áp điện (hình 2.12c). Khoảng cách giữa hai răng kề nhau của các điện cực phải bằng λ để có thể gây ra biến dạng khi có điện áp V cùng pha đặt vào và để tăng hiệu ứng của chúng. Máy thu sóng bề mặt c ng c cấu tạo tƣơng tự nhƣ máy phát đƣợc gắn cố định vào bề mặt vật rắn, khi có sóng bề mặt đi qua, các răng của điện cực làm biến dạng bề mặt vật rắn và gây nên điện áp do hiệu ứng áp điện.
2.2.5.4. Cảm biến âm từ
S ng đàn hồi phát ra nhờ sử dụng hiệu ứng Wiedemam: hiện tƣợng xoắn một ống trụ sắt từ khi nó chịu tác dụng đồng thời của một từ trƣờng dọc và một từ trƣờng ngang.
S ng đàn hồi đƣợc thu trên cơ sở sử dụng hiệu ứng Vilari: sức căng cơ học àm thay đổi khả năng từ hoá và độ từ th m của vật liệu sắt từ.
Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của cảm biến âm từ trình bày trên hình 2.13. Cấu tạo của cảm biến gồm ống sắt từ (1), nam châm di động (2) trƣợt dọc ống gắn với vật cần xác định vị trí. Dây dẫn (3) nằm giữa trục ống và đƣợc nối với máy phát xung (4). Máy thu (5) có lõi từ nối cơ học với ống.
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý cảm biến âm từ.
1) ống sắt từ 2) Nam châm 3) Dây dẫn 4) Máy phát xung 5) Đầu thu
Đầu thu
Máy phát xung
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 22
Nguyên lý hoạt động của cảm biến: Máy phát (4) cung cấp một xung điện truyền qua dây dẫn (3), xung này truyền với vận tốc ánh sáng (c), từ trƣờng do nó sinh ra c đƣờng sức à đƣờng tr n đồng tâm với trục ống. Khi s ng điện từ truyền đến vị trí nam châm (2), sự kết hợp của hai từ trƣờng làm cho ống bị xoắn cục bộ, xoắn cục bộ này truyền đi trong ống dƣới dạng sóng đàn hồi với vận tốc v. Khi sóng đàn hồi đến máy thu (5) n àm thay đổi độ từ hoá gây nên tín hiệu hồi đáp.
Gọi là thời gian từ khi phát xung hỏi đến khi nhận đƣợc xung hồi đáp, do
v << c ta có:
Trong đ à khoảng cách từ nam châm đến đầu thu, đƣợc đo bằng
phƣơng pháp đếm xung.
Ngoài ra còn nhiều loại cảm biến thông dụng khác tùy vào nhu cầu cần thiết của con ngƣời nhƣ cảm biến đo gia tốc, độ rung, đo ực…
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 23
CHƯƠNG 3
CÁC CẢM BIẾN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
3.1. Cảm biế u ợng 3.1.1. Kiểu v tr ợt
Hình 3.1: Cảm biến lưu lượng kiểu van trượt. Vị trí:
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 24
Cấu tạo:
Hình 3.2: Cấu tạo cảm biến. Nguyên lý hoạt động
Khi có lực tác động của dòng khí àm quay cánh trƣợt và quay cần gạt vì đƣợc lắp trên cùng một trục trên đƣờng nạp từ đ àm thay đổi giá trị hiệu điện thế. Giá trị hiệu điện thế thay đổi tỷ lệ với ƣu ƣợng không khí đi qua ống nạp và tín hiệu sẽ đƣợc đƣa về bộ xử ý trung tâm để xử lý.
Kiểu ện áp tín hiệu t ợng không khí nạp t
Bộ đo gi 3 cực loại điện áp tăng:
Hình 3.3: Kiểu van trượt tăng áp
Cảm biến ƣu ƣợng tín hiệu tăng gồm các cực:
- VC: Nguồn 5V từ ECU cung cấp đến bộ đo gi .
- E2: Mass cảm biến.
1. Cánh đo 2. Cánh giảm chấn 3. Cảm biến không khí nạp 4. Điện kế kiểu trƣợt 5. Vít chỉnh CO 6. Mạch rẽ 7. Buồng giảm chấn
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 25
- VS: Tín hiệu điện áp đƣa về ECU để xác định ƣu ƣợng không khí
nạp.
Theo sự bố trí sơ đồ mạch điện trên, khi ƣợng không khí nạp gia tăng thì con trƣợt dịch chuyển sang phải, tín hiệu điện áp từ cực VS gửi về ECU sẽ giảm.
Kiểu ện áp tính hiệu giả ợng không khí nạp giảm.
Bộ đo gi 3 cực loại điện áp giảm:
Hình 3.4: Kiểu van trượt giảm áp.
Cảm biến ƣu ƣợng tín hiệu giảm gồm các cực:
- VC: Nguồn 5V từ ECU cung cấp đến bộ đo gi .
- E2: Mass cảm biến.
- VS: Tín hiệu điện áp đƣa về ECU để xác định ƣu ƣợng không khí
nạp.
Theo sơ đồ bố trí mạch điện của mạch điện, tỷ lệ giữ ƣu ƣợng khí nạp và tín hiệu VS điện áp gửi về ECU theo tỉ lệ nghịch ( ƣu ƣợng tăng điện áp giảm, ƣu ƣợng giảm điện áp tăng).
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 26
Thông số tín hiệu cảm biến vị tr b ớm ga của các hãng ô tô.
Hãng Toyota:
Vị trí các cực của bộ đo gi của hãng Toyota thay đổi tùy theo kiểu xe và đời xe. Cảm biến thƣờng có các cực:
- B: Chân điện nguồn cung cấp cho rờ le chính.
- E2G: Mass độ đo gi .
- VG: Tín hiệu xác định khối ƣợng không khí nạp.
- THA: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí.
- E2: Mass cảm biến nhiệt độ không khí.
Bảng 3.1Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng 1MZ - FE 1997 - 2003 (Toyota).
Bảng 3.2: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng 1MZ - FE 1997 - 2003 (Toyota).
1FZ - FE 1995 - 1998 (Toyota)
Cực Điều kiện Điện áp (V) VG-E2 Cầm chừng 1,3 – 2,4
Hãng Nissan:
Bảng 3.3:Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng một số dòng xe hãng Nissan.
Loại xe – N s Cực Đ ều kiện Đ ện áp (V)
Maxima 92
VG – E2G Cầm chừng
1.0 – 2.0 NX & Sentra 1.6L 92 0.8 – 3.0
1MZ - FE 1997 - 2003 (Toyota)
Cực Điều kiện Điện áp (V) VG-E2 Cầm chừng – Tay số N hoặc P 1,1 – 1,5
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 27 NX & Sentra 2.0L 92 1.3 – 2.1 300ZX 92 0.8 – 1.6 Atima 93 VG – E2G Contact On 0.2 Maxima 93 B hơn 0.4 NX & Sentra 93 B hơn 1.0 Pathfinder & Piskup 93 B hơn 1.0 Quest 93 Bé hơn 0.5 240SX93 Khoảng 0.2 300ZX93 Khoảng 0.8 Maxima 97 Contact On B hơn 1.0 Cầm chừng 1.0 – 1.7 Altima 97 Contact On B hơn 1.0 VG – E2G Cầm chừng 1.0 – 1.7 Altima 98 Cầm chừng 1.2 – 1.5 2500 v/p 1.9 – 2.3 Maxima 98 Cầm chừng 1.0 – 1.7 2500 v/p 1.5 – 2.1 Sentra 1.6L 98 Cầm chừng 1.0 – 1.7 2500 v/p 1.7 – 2.1 Sentra 2.0L 98 Cầm chừng 1.0 – 1.7 2500 v/p 1.8 – 2.4 Altima 99 Cầm chừng 1.2 – 1.5 2500 v/p 1.9 – 2.3 Maxima 99 Cầm chừng 1.0 – 1.7 2500 v/p 1.5 – 2.1
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 28
Bảng 3.4: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng Nissan BlueBird 1993 – 1997.
Nissan BlueBird 1993 – 1997
Cực Điều kiện Điện Áp VG – E2 Cầm chừng 0.85 – 1.35 V
2000 v/p 1.3 – 1.8 V
Bảng 3.5: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng Nissan PULSAR 1995 – 2000.
Nissan PULSAR 1995 – 2000
Cực Điều kiện Điện Áp VG – E2 Cầm chừng 1.3 – 1.7 V
2500 v/p 1.7– 2.1 V
Bảng 3.6: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng Nissan PULSAR 2000 – 2003.
Nissan PULSAR 2000 – 2003
Cực Điều kiện Điện Áp VG – E2 Cầm chừng 1.0 – 1.7 V
2500 v/p 1.5 – 2.1 V
Bảng 3.7: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng Nissan SKYLINE 1986 – 1980
Nissan SKYLINE 1986 – 1980
Cực Điều kiện Thông số
1 và 6 Contact Off 500Ω Không đ ng thì hiệu chỉnh Dây làm sạch Động cơ chạy 0 V Contact Off sau 5 giây 6 V trong 1 giây
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 29
VG – E2 Contact On 1.4 – 1.8 V
KIA:
Bảng 3.8: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng một số dòng ô tô Kia.
Loạ / N X Cực Đ ều kiện Đ ện áp (V)
Sephia 96 VG – E2G Contact On B hơn 1.0 Cầm chừng 2.4– 2.0 Sephia 97 VG – E2G Cầm chừng 0.9 – 1.1 3300 v/p 1.8 – 2.0 Maxda:
Bảng 3.9: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng một số dòng xe Maxda.
Loại xe / Năm SX Cực Điều kiện Điện áp (V) MPV 98 VG – E2G Contact On 0.5 Cầm chừng 1.0 – 2.0 Millenia 98 Contact On 1.0 – 1.5 Cầm chừng 1.5 – 2.5 626 – 2.0L 98 Contact On 0.02 Cầm chừng 0.6 – 1.1 626 – 2.5L 98 Contact On B hơn 1.0 Cầm chừng 1 – 2 Miata 99 Contact On 1.5 Cầm chừng 1.9 – 2.0 626 – 2.0L 99 Contact On 0.02
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 30
Cầm chừng 0.6 – 1.1 626 – 2.5L 99
Contact On Bé hơn 1.0 Cầm chừng 1 – 2
Bảng 3.10: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng MAZADA 121 2001 – 2002.
MAZADA 121 2001 – 2002
Cực Điều kiện Điện áp VG – E2
Contact On Khoảng 1.4 V Cầm chừng 1.9 V
Bảng 3.11: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng MAZADA 121 1996 – 2000.
MAZADA 121 1996 – 2000
Cực Điều kiện Điện áp VG – E2
Contact On 0.7 – 2.0 V Cầm chừng 1 - 2 V
Bảng 3.12: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng MAZADA 323 2001 – 2004 2.0L.
MAZADA 323 2001 – 2004 2.0L
Cực Điều kiện Điện áp VG – E2
Contact On 0.9 – 2.0 V Cầm chừng 1.5 – 2.5 V
Bảng 3.13: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng MAZADA 323 1998 – 2003 1.6L.
MAZADA 323 1998 – 2003 1.6L
Cực Điều kiện Điện áp VG – E2
Contact On < 1 V Cầm chừng 0.7 – 1.7 V
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 31
Huyndai:
Bảng 3.14: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng một số dòng ô tô Huyndai.
Loại xe / Năm SX Cực Điều kiện Điện áp (V)
Accent/Elantra/Tiburon99 VG – E2 Cầm chừng 800 v/p 0.7 – 1.1 3000 v/p 1.3 – 2.0 Sonata 99 Cần chừng 700 v/p 0.5 2000 v/p 1.0
Bảng 3.15: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng SONATA 1998 – 2003.
SONATA 1998 – 2003
Cực Điều kiện Điện áp (V)
VG – E2
Contact On 0 Cầm chừng 0.5 2000 v/p 1.0
Ford:
Bảng 3.16: Thông số tín hiệu bộ đo lưu lượng một số dòng ô tô Ford.
Ford Laser 1999 – 2001
Cực Điều kiện Điện áp (V) VG – E2
Contact On 1.3 – 1.5 Cầm chừng 1.5 – 2.5 Ford Laser 2001 – 2002
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 32
VG – E2
Contact On 0.9 – 2 Cầm chừng 1.5 – 2.5 Ford MONDEO 1997 – 1998
Cực Điều kiện Điện áp (V)
VG – E2
Cầm chừng 0.5 – 0.7 2000 v/p 1.3 3000 v/p 1.5
3.1.2. Kiểu dây sấy
Hình 3.5: Karman dạng dây sấy. Vị trí
Cảm biến ƣu ƣợng nằm ở phía sau bộ lọc gió.
Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Lix, Ngô Mã Anh 33
Cấu tạo
Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động và tín hiệu điện áp.
Phần tử đo của bộ đo gió này có thể là dây nhiệt hoặc màng đƣợc làm bằng p atin (P atinum) đƣợc đặt bên trong ống nạp và bộ phận điện tử đặt phía bên ngoài ống. Ngoài ra bên trong ống c n đƣợc gắn thêm nhiệt điện trở (Thermister) để xác định nhiệt độ không khí nạp.
Hình 3.8: Vị trí điện lắp điện trở nhiệt. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến loại dây sấy dựa hoạt động dựa trên sự phụ thuộc của năng ƣợng nhiệt thoát ra từ một linh kiện đƣợc nung nóng bằng điện.
Ở hãng xe Nissan bộ đo gi dây nhiệt đƣợc dùng cho động cơ xy lanh có thể có 6 cực, dây nhiệt đƣợc bố trí ở giữa ống nạp và nhiệt độ hoạt động của dây nhiệt
từ 100 – 120oC. Động cơ 4 xy anh thì nằm bên hông, bộ đo gi c 4 cực và nhiệt độ
làm việc của dây nhiệt là 200oC. Dây nhiệt đƣợc bố trí bên trong ống nạp nơi không