- Cảmbiến quang học (Hình 2.11)
2.2.1.Những nguyên lý cơ bản và các đặc tr−ng đo l−ờng
Các đại l−ợng vật lý là đối t−ợng đo l−ờng nh− nhiệt độ, áp suất… đ−ợc gọi là các đại l−ợng cần đo m. Sau khi tiến hành các công đoạn thực nghiệm để đo m ta nhận đ−ợc đại l−ợng điện t−ơng ứng ở đầu ra. Đại l−ợng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết m. Việc đo đạc m thực hiện đ−ợc là nhờ sử dụng các cảm biến. [2,4]
Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại l−ợng cần đo m không có tính chất điện và cho ta một đặc tr−ng mang bản chất điện (nh− điện tích, điện
áp, dòng điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s. Đặc tr−ng điện s là hàm của đại l−ợng cần đo m:
s = ƒ(m)
Trong đó s là đại l−ợng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại l−ợng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại l−ợng cần đo). Việc đo đạc
s cho phép nhận biết giá trị của m:
Một trong những vấn đề quan trọng khi sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy của chúng không đổi nghĩa là độ nhạy ít phụ thuộc nhất vào các yếu tố nh− giá trị đại l−ợng cần đo m (độ tuyến tính), tần số thay đổi của nó (dải thông), thời gian sử dụng (độ già hoá) và ảnh h−ởng của các đại l−ợng vật lý khác (không phải là đại l−ợng đo) của môi tr−ờng xung quanh.
Vì cảm biến là một phần tử của mạch điện, nên có thể coi cảm biến nh− một máy phát trong đó s là điện tích, điện áp hay dòng và nh− vậy ta có cảm biến loại tích cực gọi tắt là cảm biến tích cực nh− cảm biến áp suất đ−ờng ống nạp, cảm biến thời điểm G, NE, kích nổ…Nh− một trở kháng, trong đó s là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung, tr−ờng hợp này ta có cảm biến loại thụ động gọi tắt là cảm biến thụ động nh− cảm biến nhiệt độ n−ớc, nhiệt độ khí nạp…
Khi dùng cảm biến để xác định một đại l−ợng cần đo, không phải chỉ có một đại l−ợng này tác động lên cảm biến. Trên thực tế, ngoài đại l−ợng cần đo còn có nhiều đại l−ợng vật lý khác có thể gây tác động ảnh h−ởng đến tín hiệu đo. Những đại l−ợng nh− vậy gọi là đại l−ợng ảnh h−ởng hoặc đại l−ợng gây nhiễu. Thí dụ nh− nhiệt độ là đại l−ợng ảnh h−ởng của cảm biến áp suất…
đại l−ợng cần đo
(m) Cảm biến
đại l−ợng điện (s)
Sai số phép đo là hiệu số giữa giá trị thực và giá trị đo đ−ợc. Sai số phép đo chỉ có thể đ−ợc đánh giá một cách −ớc tính bởi vì không thể biết giá trị thực của đại l−ợng đo. Khi đánh giá sai số th−ờng phân làm hai loại bao gồm sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên ví dụ nh− ta đo một đại l−ợng đã biết tr−ớc giá trị thực của nó. Nếu nh− giá trị trung bình của các giá trị đo đ−ợc luôn lệch khỏi giá trị thực không phụ thuộc vào số lần đo liên tiếp thì ta nói trong tr−ờng hợp này có sai số hệ thống. Còn sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mà sự xuất hiện cũng nh− dấu và biên độ của chúng mang tính không xác định. Một số nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên có thể dự đoán đ−ợc nh−ng độ lớn của chúng thì không thể biết tr−ớc.
D−ới đây ta sẽ xét và đánh giá riêng các đại l−ợng trên của một số loại cảm biến th−ờng đ−ợc sử dụng:
2.2.2. Cảm biến áp suất đ−ờng ống nạp (Manifold Absolute
Pressure)MAP
Tín hiệu này đ−ợc sử dụng nh− là đầu vào cho điều khiển nhiên liệu và đánh lửa trong hệ thống điều khiển động cơ đốt trong. Trong hệ thống hiệu chỉnh theo tốc độ thì việc sử dụng cảm biến áp suất hay đ−ợc sử dụng hơn là cảm biến l−u l−ợng khí nạp (Mass Air Flow) MAF bởi vì rẻ hơn. Do có độ chính xác cao nên ngày càng có nhiều nhà máy sản xuất sử dụng cảm biến l−u l−ợng MAF trong các loại xe đời mới. Đặc tính của cảm biến MAP hình 2.18.
Dải sai số của cảm biến áp suất MAP là 1% trong dải nhiệt độ làm việc của động cơ. Sai số có thể tăng lên khi nhiệt độ v−ợt quá giá trị tới hạn và đ−ợc mô tả bởi đ−ờng đặc tính hình 2.19. [2].
Sai số của cảm biến áp suất cũng tăng khi giá trị áp suất nằm ngoài khoảng cho phép và đ−ợc mô tả bởi đ−ờng đặc tính hình 2.20.
Ngoài sai số do nhiệt độ hay áp suất nằm ngoài khoảng thì kết quả đo giá trị áp suất của ECU luôn luôn tồn tại sai số, trong đó bao gồm sai số hệ thống
Cấp sai số 12 - 1.0 - 3.0 - 2.0 0. 1. 3. 2. giới hạn sai số do áp suấ t 4 2 6 8 10 kP a áp suất đ−ờng ống nạp
Hình 2.20. Giới hạn sai số do áp suất
1001.0 1.0 0.0 nhiệt độ C 20 -20 - 40 0 0 60 40 80 3.0 2.0 4.0 cấp sai số 150 130 120 140
Hình 2.19: Dải sai số của cảm biến áp
1Sillicon Sillicon chip tới đ−ờng ống nạp 101.3 IC VC 4 E2 PIM 2 3 (V) mmHg 41.3 81.3 1.3 điện áp ra
Hình 2.18: Đặc tính cảm biến áp suất đ−ờng ống nạp (MAP)
và sai số ngẫu nhiên. Trong tr−ờng hợp này, sai số hệ thống có thể đ−ợc bỏ qua bởi vì kết quả đo không phải đ−ợc thông báo ra cho ng−ời sử dụng mà phục vụ ngay cho việc tính toán của ECU. Việc tính toán này đ−ợc lập trong quá trình thí nghiệm trên chính phần cứng của ECU với chính loại cảm biến này do đó nếu có tồn tại sai số hệ thống thì giá trị tính ra trong quá trình thí nghiệm cũng theo sai số này và giá trị tính ra trong quá trình chạy ổn định cũng đ−ợc tính theo sai số này. Điều đó dẫn tới sai số này không ảnh h−ởng tới kết quả tính toán của ECU. Sai số này sẽ gây ảnh h−ởng nếu nh− ta dùng phần tính toán này cho một ECU có phần cứng khác với phần cứng của ECU thí nghiệm. Sai số ngẫu nhiên là sai số mà sự xuất hiện cũng nh− dấu và biên độ của chúng mang tính không xác định. Đối với cảm biến áp suất thì việc xuất hiện sai số ngẫu nhiên trong kết qua đo của ECU là không tránh khỏi nếu nh− ta không có biện pháp khắc phục, và sai số này sẽ gây ảnh h−ởng rất lớn đến quá trình tính toán l−ợng phun nhiên liệu. Để hiểu rõ hơn về sai số ngẫu nhiên của cảm biến áp suất ta xét đ−ờng đặc tính làm việc của cảm biến áp suất ở hình 2.21.
Hình 2.21. biểu diễn biến thiên điện áp của cảm biến áp suất đ−ờng ống nạp trong thời kỳ giảm tốc. Sự biến thiên của tín hiệu là do sự thay đổi áp suất trong đ−ờng ống nạp mỗi khi xu páp nạp của một trong các xy lanh mở. Đặc
tín hiệu 20 7 0 2 5 10 12 Thời gian (ms) 17 15 22 25
điểm của mạch chuyển đổi A/D (Analog to Digital converter) là th−ờng đ−ợc lấy mẫu tại một thời điểm. Đối với cảm biến áp suất nếu lấy mẫu tại một thời điểm sẽ gây ra sai số do mạch chuyển đổi không thể xác định đ−ợc thời điểm nào là thời điểm đúng vào giá trị trung bình của tín hiệu. Ví dụ tại chu kỳ lấy mẫu thứ nhất có thể sẽ đúng vào giá trị max tại chu kỳ lấy mẫu tiếp theo rất có thể sẽ rơi vào giá trị min điều đó sẽ gây cho ECU tính toán l−ợng nhiên liệu không thể chính xác và nhiên liệu phun ra không đều. Đây chính là nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên của giá trị áp suất. Nếu nh− không có biện pháp loại trừ sai số này thì ECU sẽ không thể làm việc ổn định đ−ợc.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});