Ремонт и техническое обслуживание автомобилей
В некоторых автомобильных ЭСАУ для фиксации величины ускорений требуются соответствующие датчики, которые обычно называют акселерометрами. Акселерометры используются в системах безопасности, навигационных системах, активной подвеске.
Пьезоэлектрические и тензорезистивные акселерометры создаются на основе твердотельных материалов, которые обладают электрической чувствительностью к механическим воздействиям.
Пьезоэлектрические акселерометры
Такой тип датчиков ускорения широко используется для вибрационных измерений, благодаря точности данных, надежности и простые конструкции (рис. 1, а). Чувствительность автомобильных акселерометров составляет около 20 мВ/g, они имеют малые размеры и выпускаются в интегральном исполнении с термокомпенсацией. Их погрешность составляет 0,5% при температурах -40. + 110 ˚С.
Рис. 1.
а) Принципиальная конструкция акселерометра;
б) Высокочастотный сигнал пьезодатчика;
в) Схема усилителя-формирователя для обработки сигнала пьезоэлектрического акселерометра
При деформации (сжатии) пьезокристалла на его гранях появляется электрический сигнал, пропорциональный ускорению. Рабочий диапазон частоты 5. 100000 Гц. Для обработки сигнала от подобных пьезоэлектрических датчиков используется электронный усилитель-формирователь (рис. 1, в). Акселерометры подушек безопасности автомобиля
Эти акселерометры являются механическими датчиками инерционного типа. Такие датчики обычно располагаются не дальше 40 см от предполагаемого места удара. Обычно используются 3. 5 датчиков.
Конкретное исполнение инерционных датчиков может отличаться у разных производителей системы безопасности, но все они работают по одному и тому же принципу.
В обычных условиях движения автомобиля выходные контакты акселерометра разомкнуты, они замыкаются, когда датчик испытывает отрицательное ускорение в диапазоне 15. 20 g, что соответствует наезду автомобиля на твердое препятствие со скоростью 15. 30 км/ч. Существует несколько конструкций акселерометров, применяемых в системах безопасности.
Рис. 2. Акселерометр с постоянным магнитом
Самыми распространенными механическими акселерометрами являются акселерометры с постоянным магнитом. Эта механическая конструкция (рис. 2) состоит из чувствительной массы (металлического шара), которая прочно удерживается в задней части небольшого цилиндра мощным постоянным магнитом.
Выходные электрические контакты датчика всегда разомкнуты, и при столкновении сила инерции металлического шара преодолевает притяжение магнита, шар двигается по цилиндру и замыкает контакты, сигнал поступает в ЭБУ.
В таких датчиках различные конструктивные параметры его элементов, например, масса шарика, сила притяжения магнита, демпфирование и др., увязываются с динамикой конкретного автомобиля при ударе. При этом учитывается вес автомобиля, конструкция корпуса, места расположения датчиков.
Специальные акселерометры
В последние годы в машиностроении, в т. ч. — в автомобилестроении, широко применяются интегральные акселерометры на основе полупроводниковых или пьезоэлектрических тензорезисторов, имеющие малые размеры, высокую надежность, программируемость, Такие интегральные датчики располагаются как можно ближе к центру салона.
Их чувствительность к ударному ускорению выше, чем у механических, из-за амортизации корпуса. Используется один датчик для фронтального удара с диапазоном ±50 g.
Могут применяться датчики боковых ударов, пьезорезистивные или емкостные с погрешностью менее 5% и частотным диапазоном 0. 750 Гц.
Акселерометры используются также в активной подвеске для определения изменения нагрузки на колеса, их рабочий диапазон ±2 g, погрешность менее 5%, диапазон частот 0. 10 Гц.
В системах стабилизации движения автомобиля использовались акселерометры (рис. 3) для определения поперечных значений ускорения.
Подобные датчики также используются в системах полного привода с подключаемой муфтой в качестве датчиков продольного ускорения автомобиля. Преобразователем является датчик Холла 4, выходное напряжение которого зависит от величины отклонения чувствительного элемента – постоянного магнита 3, подвешенного на пруженной пластине 2 под действием ускорения.
Корпус 1 датчика выполняет роль магнитного демпфера.
Рис. 3. Датчик поперечного (продольного) ускорения автомобиля
Емкостные акселерометры
Емкостной датчик поперечного ускорения (рис. 4) представляет собой несколько последовательно соединенных конденсаторных пластин.
В корпусе 1 на подвеске 4 установлена подвижная конденсаторная пластина 3 с сейсмической массой (грузом), перемещающаяся при воздействии поперечных ускорений а.
Еще две конденсаторные пластины 2 неподвижны и установлены так, что образуется два последовательно соединенных конденсатора K1 и K2.
С помощью контактных площадок 5 датчик подключается к ЭБУ.
Рис. 4. Ёмкостной датчик поперечного ускорения:
а) устройство;
б) электрическая схема; 1 — корпус; 2 — неподвижная пластина; 3 — подвижная пластина с сейсмической массой; 4 — подвеска; 5 — контактная площадка
При отсутствии ускорения измеренные емкости С1 и С2 обоих конденсаторов равны по величине.
При возникновении поперечного ускорения массивная подвижная пластина под действием силы инерции смещается относительно неподвижных пластин встречно ускорению. При этом изменяются расстояния между пластинами и емкость каждого из конденсаторов, например, в конденсаторе K1 расстояние между пластинами увеличивается, емкость С1 уменьшается; в конденсаторе K22 расстояние между пластинами уменьшается, емкость С2 увеличивается.
Датчики ускорения: выбор и примеры использования
Тензометрические датчики ускорения TML предназначены для измерения ускорений и вибраций в конструкциях любого типа, в том числе в машиностроении и строительстве. Датчики ускорения оснащены чувствительными элементами, в которых используются тензорезисторы TML, изготовленные специально для производства тензометрических датчиков.
Выходная полярность в зависимости от нагрузки
Измеренное значение изменяется в положительном направлении (+), когда ускорение воздействует на датчик в направлении (+) (указано на корпусе датчика).
Пример частотной характеристики
Датчики ускорения могут иметь различные частотные характеристики, отличаться отношением выходной чувствительности к частоте в зависимости от температуры.
Выбор датчика ускорения
Как используют датчики ускорения
Измерение вибраций на автомобиле
Измерение вибраций зданий
Нагрузка на ванты моста
Принадлежности для датчиков ускорения
Сопутствующая продукция
ARF-A Для малых величин Датчики ускорения
ARJ Компактные Датчики ускорения
ARS-A С высокой чувствительностью Датчики ускорения
ARM-A-T Трехкомпонентные Датчики ускорения
ARF-A-T Общего назначения Датчики ускорения
ARE-A Высокий предел измерений Датчики ускорения
Все материалы, представленные на сайте, в приложенных файлах и описаниях, носят информационный характер. Просим Вас руководствоваться только той информацией, которая указана в соответствующем договоре/соглашении/счете/техническом предложении, полученном от ООО «Японские измерительные технологии» по официальным каналам (электронный адрес info@tmljp.ru, либо иная форма отправления, позволяющая точно определить отправителя). Производитель оборудования компания Tokyo Measuring Instruments Laboratory Co., Ltd, официальный дистрибьютор ООО «Японские измерительные технологии» оставляют за собой право в любой момент изменять информацию, размещенную на сайтах. Для размещения заказа на интересующее оборудование просим Вас связаться с нами любым из удобных способов: оставив заявку на обратный звонок или позвонив нам, отправив заявку через сайт или по электронной почте, положив в «Корзину» интересующие Вас позиции и отправив заявку таким способом. Мы обязательно свяжемся с Вами.
- Датчики силы
- Датчики перемещения
- Датчики давления
- Датчики ускорения
- Датчики для строительного мониторинга
ДАТЧИКИ УСКОРЕНИЯ (УГЛА)
Данные приборы предназначены для измерения ускорения (или угла положения) объекта на котором они установлены (например, автомобиля). Приборы содержат в своем корпусе два основных функциональных блока: механический — непосредственно измеритель ускорения (измерителем является конденсаторный элемент микронных размеров) и электронный — преобразователь сигнала с измерителя в электрическую величину (усилитель, фильтр, схема температурной компенсации, тактовый генератор, цепи самоконтроля). Выходной характеристикой этих элементов является напряжение пропорциональное измеренному значению ускорения, приложенному к плоскости корпуса прибора.
- Высочайший уровень надежности — приборы имеют возможность самоконтроля, при этом тестируются одновременно и механический и электронный блоки, также прибор выдает сообщения о низком напряжении питания, неисправности электронных модулей (тактового генератора и т. д.);
- Линейная зависимость основных параметров (чувствительность, смещение) от напряжения питания;
- Линейная зависимость выходного напряжения от ускорения;
- Встроенный сложный фильтр минимизирует ложные сигналы датчика;
- Прочный малогабаритный корпус;
- Промышленный диапазон рабочих температур;
- Минимальное количество навесных компонентов
| Наименование | Диапазон измеряемого ускорения, ±G | Координатная ось измеряемого ускорения | Чувствительность* тип., мВ/G | Uпит., В | Траб., °С | Корпус |
| MMA1260D | 1,5 | Z | 1200 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| MMA2260D | 1,5 | X | 1200 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| ADXL203CE | 1,7 | 2 Оси | 1000 | 3…6 | -40…+125 | — |
| ADXL202AQC-1 | 2 | 2 Оси | 312 | 3…5 | -40…+85 | — |
| MMA1270D | 2,5 | Z | 70 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| MMA1250D | 5 | Z | 400 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| ADXL105JQC | 5 | 1 Ось | 250 | 2,7…5,5 | 0…+70 | — |
| MMA1220D | 8 | Z | 250 | 5 | -40…+85 | SO16 |
| ADXL210JQC-1 | 10 | 2 Оси | 100 | 2,7…5,25 | 0…+70 | — |
| MMA1201P | 38 | Z | 50 | 5 | -40…+85 | DIP16 |
| MMA2200W | 38 | X | 50 | 5 | -40…+85 | 456-06 |
| MMA2201D | 38 | X | 50 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| MMA3201D | 38 | X-Y | 50 | 5 | -40…+85 | SO20 |
| MMA2202D | 50 | X | 40 | 5 | -40…+85 | SO16W |
| ADXL150AQC | 50 | 1 Ось | 38 | 4…6 | -40…+85 | — |
| ADXL250AQC | 50 | 2 Оси | 38 | 4…6 | -40…+85 | — |
| ADXL250JQC | 50 | 2 Оси | 38 | 4…6 | 0…+70 | — |
| MMA1200D | 250 | Z | 8 | 5 | -40…+85 | SO16 |
| MMA2300D | 250 | X | 8 | 5 | -40…+85 | SO16W |
* Указано при Траб. = 25 °С, Uпит.= 5,0 В
Акселерометр (датчик ускорения) в автомобиле
Датчик ускорения (другое название – акселерометр) измеряет ускорение или в соответствии со вторым законом Ньютона силу, вызывающую ускорение инерционной массы. В системе курсовой устойчивости датчик ускорения измеряет силы, действующие на автомобиль и стремящиеся изменить заданную водителем траекторию движения. Датчик ускорения используется, как правило, совместно с датчиком угловой скорости.
В зависимости от оцениваемых сил различают датчики поперечного и продольного ускорения. Датчик поперечного ускорения измеряет силы, вызывающие боковой снос автомобиля. Данный датчик является обязательным элементом системы курсовой устойчивости.
Датчик продольного ускорения используется на автомобилях с полным приводом. На переднеприводных автомобилях продольное ускорение оценивается косвенным путем (давление в тормозной системе, частота вращения колес, режим работы двигателя). Конструктивно датчик продольного ускорения аналогичен датчику поперечного ускорения, но устанавливается под прямым углом к последнему.
Кроме системы динамической стабилизации датчик ускорения применяется в других автомобильных системах: системе пассивной безопасности (датчики удара), адаптивной подвеске, системе защиты пешеходов, системе контроля давления в шинах, системе адаптивного освещения, охранной сигнализации. Используемые в системах датчики различаются величиной измеряемого ускорения и способом измерения.
В системе курсовой устойчивости используются датчики ускорения емкостного типа, которые отличает простота конструкции и широкий температурный диапазон работы. Принцип действия емкостного акселерометра основан на изменении емкости чувствительного элемента при перемещении инерционной массы под действием ускорения.
Конструкция датчика ускорения объединяет два параллельных конденсатора, включающих две фиксированные обкладки и одну общую подвижную обкладку, находящуюся между ними. Ускорение, действующее на датчик, изменяет расстояние между обкладками и, тем самым, изменяет емкость конденсаторов. По изменению емкости конденсаторов система распознает направление и величину, действующего на автомобиль ускорения.
На самом деле чувствительный элемент датчик ускорения более сложный и представляет собой кремниевую микромеханическую систему. Она объединяет две гребневидные структуры, входящие зубьями друг в друга и образующими несколько пар конденсаторов.
Точность измерения требует расположение датчика ускорения как можно ближе к центру тяжести автомобиля. Конкретное место установки датчика различается в зависимости от марки и модели автомобиля (в тоннеле между передними сидениями, под сидением водителя, под рулевой колонкой и др.).
Для сокращения числа компонентов, экономии внутреннего пространства автомобиля используется блочное расположение датчиков. Так, в один сенсорный блок может быть интегрировано два датчика ускорения и датчик угловой скорости.
Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!