790144

ЛОГОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

Петер Дж. Сакчетти

Исследовательский и конструкторский отдел Нью Ингленд Инструмент Компани

АННОТАЦИЯ

Разработан новый тип логометрического датчика температуры, который является наиболее совершенным в измерении температуры топливно-воздушной смеси во впускном трубопроводе двигателя. Датчик представляет собой проводящий пластмассовый потенциометр, управляемый интегрирующим биметаллическим чувствительным элементом. Малая инерция логометрического датчика температуры позволяет ему следовать за быстро изменяющейся температурой топливно-воздушной смеси газа при сохранении линейности выходного напряжения в диапазоне 15-85% напряжения питания, в пределах диапазона измеряемой температуры (от -40 до -fl25°C). Погрешность показаний ±3°С в интервале температур -20-+100°С.

Требования, предъявляемые к измерению температуры в элементах двигателя, в некоторых случаях не могут быть обеспечены обычными датчиками. Большое время установления, нелинейность выходных показаний, низкое напряжение на выходе и чувствительность к высокой температуре окружающей среды - все эти свойства существующих датчиков обусловили необходимость разработки нового поколения автомобильных датчиков температуры.

В статье описаны результаты, полученные при разработке экспериментального датчика температуры, показания которого быстро следуют за изменяющейся температурой топливно-воздушной смеси во впускном трубопроводе двигателя. jB числе достигнутых улучшений по сравнению с обычно используемыми датчиками отметим линейность выхода, высокое значение выходного напряже- ния постоянного тока, большую величину отношения конвективной к кондуктивной теплопроводности и относительно малую инерционность.

Разработка датчика заключалась в применении проводящего пластмассового пленочного потенциометра со сдвоенным биметаллическим чувствительным элементом. Для уменьшения инерционности прибора использовался биметаллический чувствительный элемент малой массы; поэтому фрикционная нагрузка потенциометра являлась критическим фактором. В настоящей статье показано, что потенциометр, в котором использована проводящая пластмасса фирмы Резистофильм для образования рабочего участка проводящей дорожки резистора, имеет достаточно низкое со-

противление трения. Кроме того, ввиду малого теплового перемещения при нагреве, свойственного биметаллическим датчикам, было признано возможным использовать потенциометр как составную часть датчика перемещения, обладающего высокими разрешающей способностью и .воспроизводимостью при малых перемещениях. В статье показано также, что датчик может быть применен и для других подобных целей.

В статье даны обзор использования потенциометров из проводящей пластмассы фирмы Резистофильм в систе.мах автомобиля и сравнение различных способов технологии его производства. Исследуется значение логометрического принципа работы датчика. Кроме того, рассмотрены показатели, характеризующие сроки службы проводящих пластмассовых пленок при механических воздействиях и изменении свойств окружающей среды.

После описания конфигурации биметаллического привода и конструктивных критериев по его выбору в статье приведены результаты испытаний, проведенных с заводским прототипом логом.етри-ческого датчика температуры.

Раннее применение потенциометров фирмы Резистофильм в автомобилях

Потенциометры, в которых использовалась проводящая- пластмасса фирмы Резистофильм, применяли в автомобильных датчиках, предназначенных для различных целей. Большой срок службы, составляющий несколько миллионов циклов, и высокая разрешающая способность пленочного потенциометра обусловили предпочтительность использования датчиков из проводящей пластмассы в в тех случаях, когда определяющими факторами являются простота конструкции, надежность и экономичность датчика.

Ниже кратко описаны два датчика, в которых применена пластмасса фирмы Резистофильм, используемая большинством автомобилестроительных фирм [1].

Выходное напряжение датчика положения дроссельной заслонки, показанного на рис. 1, зависит от угла поворота дроссельной

Рис. 1. Датчик положения дроссельной заслонки

Рис. 2. Датчик положения клапан?! рециркуляции отработавших газов

заслонки. Погрешность выходного напряжения составляет ±3%. Выходное напряжение изменяется от 12% напряжения питания при закрытой дроссельной заслонке до 88% при полиостью открытой дроссельной заслонке. В случае использования в датчике полоски из проводящего пластика максимальная нелинейность ненастроенного потенциометра фирмы Резистофильм составляет ± 1 %; поэтому допустимая погрешность механического перемещения равна ±2%, что соответствует углу поворота вала дроссельной заслонки .на ±1,8°. Это означает, что подвижный контакт должен располагаться на проводящей дорожке с точностью ±0,33 мм *. В дальнейшем будет показано, что это обеспечить относительно просто.

Датчик положения клапана рециркуляции отработавших газов, показанный на рис. 2, имеет выходное напряжение, которое непосредственно связано с положением клапана рециркуляции от-]ра.б.отавших газов. Датчик является преобразующим устройством, выходное напряжение которого изменяется от 16,5 (закрытый клапан рециркуляции) до 86,5% (полностью открытый клапан рециркуляции) .напряжения питания. Требуемая погрешность в определении положения клапана равна ±1,5%. Проводящая дорожка в таком датчике короче, чем в датчике положения дроссельной заслонки, поэтому даже для неотрегулированного датчика допустимая нелинейность составляет ±0,2%. В результате требуемая по-греш.ность мехацического перемещения равна ±1,3%, а точность установки подвижного контакта на проводящей дорожке ±0,2 мм. Вследствие этого возникают дополнительные затруднения (по сравнению с датчиком положения дроссельной заслонки), которые устраняются при массовом производстве.

Датчики из материала фирмы Резистофильм описанного типа применяются в настоящее время тремя крупнейшими автомобиле-.строительными фирмами. Внеся ко«структив.ные изменения в датчик положения дроссельной заслонки, его можно использовать в системе управления карбюратором, для ко,нтроля пробега, положения корпуса кузова автомобиля и в следящем устройстве впрыска топлива в системе обратной связи регулирования положения дроссельной заслонки. Кроме того, вносятся .изменения в конструкции) датчика положения клапана рециркуляции для регулирования работы турбокомпрессора в системе .наддува двигателя.

Значение измерения температуры топливно-воздушной смеси

Существует несколько путей создания системы электронного регулирования работы двигателя. Основным параметром при регулировании соотношения скорость-плотность топливной смеси является температура топливно-воздушной смеси .во впускном трубопроводе. Чтобы осуществить такое регулирование без исполь-

* Эти цвфры получены в результате специальных намерений, выполненных с потенциометром.