Технические требования к диагностическим датчикам, обусловленные методами диагностирования автомобильных систем управления в эксплуатации

К датчикам диагностического оборудования предъявляются следующие требования.

Учет особенностей объекта диагностирования. В процессе диагностирования на датчик со стороны объекта влияет комплекс эксплуатационных и природных факторов, из которых основными являются механические факторы (вибрационные и ударные нагрузки) и температурные (температура рабочей среды и объекта в месте установки датчика). В соответствии с этим при разработке диагностического датчика к нему предъявляются требования механической прочности; устойчивости к механическим и температурным воздействиям.

Учет места установки и способа крепления. В зависимости от режима диагностирования, места установки и способа крепления на диагностируемом объекте датчики должны изготавливаться в обыкновенном исполнении, когда повышенные механические, температурные и другие воздействия со стороны объекта отсутствуют, и в специальном исполнении (вибропрочном, ударопрочном, вибро-устойчивом и т. д.).

Различают:

  • стандартное исполнение диагностического датчика — конструктивное исполнение, не предназначенное для работы в условиях интенсивных механических и температурных воздействий, повышенной концентрации пыли, брызг, взрывоопасной среды;
  • вибропрочное (ударопрочное) исполнение диагностического датчика — конструктивное исполнение, способное противостоять разрушающему действию вибрационных (ударных) нагрузок и сохранять после их воздействия свою работоспособность. Датчики вибропрочного и ударопрочного исполнений должны быть рассчитаны с учетом воздействия вибрационных нагрузок ускорением до 10# в диапазоне частот от 10 до 300 Гц (амплитуда не более 1,5 мм) и ударных нагрузок многократного действия с ускорением до 15# и длительностью импульса 5... 10 мс;
  • виброустойчивое исполнение датчика — конструктивное исполнение, предназначенное выполнять свои функции и сохранять технические характеристики в пределах норм, указанных в нормативно-технической документации, при воздействии вибраций в заданном диапазоне частот, амплитуд и ускорений.

Датчики виброустойчивого исполнения должны рассчитываться с учетом воздействия в процессе измерений вибраций с ускорением до 20# в диапазоне частот 10...300 Гц (при амплитуде вибрации не более 1,5 мм);

  • температуропрочное исполнение датчика — конструктивное исполнение, способное противостоять разрушающему воздействию высоких и низких температур и сохранять после их воздействия свою работоспособность;
  • температурно-устойчивое исполнение датчика — конструктивное исполнение, предназначенное выполнять свои функции с сохранением характеристик при воздействии температур в заданном диапазоне.

Температуропрочное исполнение датчика должно быть рассчитано на воздействие температур от -50 °С (при хранении, транспортировке и т. п.) до +200 °С (на работающем двигателе) и при воздействии температур объекта и рабочей среды в процессе измерений до + 100 °С.

Эти особенности исполнений должны указываться в технических требованиях на отдельные типы датчиков в зависимости от их назначения. Помимо этого, при выборе датчика диагностического и гаражного оборудования, которые наиболее эффективно должны удовлетворять поставленным требованиям, следует иметь в виду, что механические и температурные воздействия со стороны объекта диагностирования могут быть снижены за счет применения специальных амортизирующих устройств, тепловой изоляции и т. п. Возможность применения этих мер должна рассматриваться в каждом конкретном случае отдельно, так как, например, применение амортизирующих устройств (резиновых трубок) для датчиков динамических процессов часто искажает измерительную информацию о параметре технического состояния диагностируемого агрегата автомобиля.

Со стороны объекта диагностирования к датчику предъявляются требования удобства монтажа и демонтажа. Это достигается за счет простой формы, небольших габаритов (возможность установки в труднодоступных местах) и конструктивного оформления способа крепления, т. е. присоединительных размеров. Датчик, установленный на объекте диагностирования, не должен оказывать какого-либо влияния на его работу, т. е. элемент и узел, к которым непосредственно присоединен или с которыми косвенно взаимосвязан датчик, должны оставаться работоспособными и выполнять свои функции с сохранением заданных технических характеристик.

По устойчивости к воздействию повышенной температуры и влажности окружающего воздуха датчики должны относиться либо к группе II по ГОСТ Р 52931—2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов» (интервал температур от -30 до +50 °С и относительная влажность до 80 % при +35 °С), либо к группе III (интервал температур от -10 до +40 °С и относительная влажность до 90 % при +25 °С). Требуемая группа указывается в технических требованиях на отдельные типы датчиков в зависимости от их назначения.

По защищенности от воздействия окружающей среды датчики диагностического и гаражного оборудования изготовляют в одном из исполнений:

  • • пылезащищенное (брызгозащищенное, влагозащищенное) конструктивное исполнение, защищенное от попадания внутрь преобразователя пыли (брызг воды, влаги);
  • • герметичное конструктивное исполнение, защищенное от попадания внутрь датчика воды при полном погружении в нее;
  • • защищенное исполнение от воздействия агрессивной среды — конструктивное исполнение, предназначенное для применения в окружающей среде с содержанием сернистых и углеводородных соединений, аммиака, окислов азота и др.

Вид конструктивного исполнения диагностического датчика должен указываться в технических требованиях на конкретный тип диагностического датчика.

По устойчивости к воздействию акустических шумов и солнечной радиации к диагностическим датчикам предъявляются в каждом конкретном случае требования в зависимости от назначения и условий применения преобразователя в гаражном или диагностическом оборудовании. Акустические шумы, характеризуемые максимальным уровнем звукового давления в диапазоне частот, воздействуют в основном на конструкции датчиков больших габаритов. Их действие не зависит от степени амортизации и способа крепления датчика на объекте. Они вызывают разрушительное воздействие так же, как и вибрационные нагрузки. Солнечная радиация вызывает химическое разложение или окисление ряда материалов, быстрое старение пластмасс, разрушение резины, а также ухудшает электрические и механические свойства конструкции.

По защищенности от воздействия внешних магнитных и электрических полей предъявляются требования к диагностическим датчикам, которые эксплуатируются в условиях магнитных или электрических полей, и указываются в техническом задании. Влияние внешних магнитных полей является для датчика «помехой» и может вызвать искажение измерительной информации.

Требования, обусловленные конструктивными особенностями.

Датчики должны быть по возможности малогабаритными и с малой массой, надежно защищенными от механических повреждений, попадания внутрь воды, пыли, масла и других веществ, которые могут вызвать коррозию или порчу механизма. Они должны иметь простую и технологичную конструкцию. Электрические выводы необходимо изготовлять в виде стандартных разъемов, а соединительные провода — надежно защищать изоляцией и экранирующей оплеткой.

Для датчиков, эксплуатируемых в условиях воздействия вибрации со стороны объекта диагностирования и при контроле динамических процессов, следует учитывать явления резонанса конструктивных элементов, возникающих при совпадении частот собственных колебаний датчика:

  • • с частотами вибрационных нагрузок со стороны объекта диагностирования;
  • • с частотой колебаний контролируемой среды в том случае, когда датчик имеет упругую механическую систему. Для предотвращения возможности возникновения резонанса в процессе эксплуатации следует при разработке датчика убедиться в отсутствии резонанса конструктивных элементов в рабочем диапазоне частот вибрации объекта и колебаний контролируемой среды.

Стоимость датчика зависит от стоимости вторичной аппаратуры средства диагностирования. В этом случае наиболее целесообразны датчики со встроенной электронной схемой и дающие на выходе унифицированный сигнал, который может восприниматься регистрирующей аппаратурой без преобразования.

Надежность датчика и его элементов определяется безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью и сохраняемостью его эксплуатационных показателей в заданных техническими требованиями пределах.

Так как преобладающее большинство диагностических датчиков относится к изделиям, которые в случае возникновения в них отказа

не могут быть восстановлены в условиях эксплуатации, то датчики можно рассматривать как невосстанавливаемые изделия. Связь между вероятностью безотказной работы /*(г) и интенсивностью потока отказов К(1) определяется зависимостью экспоненциального закона распределения ресурса.

Показатели безотказности обеспечиваются при соблюдении условий, установленных стандартами при доверительной вероятности, равной 0,8. В случае оценки безотказности при постепенных отказах параметром отказа является точность датчика (основная допускаемая погрешность).

Параметры, по которым устанавливается отказ, записывают в технических требованиях на отдельные типы датчика.

Срок службы (или ресурс) датчика должен быть не менее 6 лет, кроме датчиков с ограниченным сроком службы, устанавливаемым техническими требованиями.

Датчики в упаковке для транспортировки должны выдерживать без повреждения: транспортную тряску с ускорением до 300 мс2 при частоте ударов 80... 120 в минуту; воздействие температур от -50 до +50 °С; воздействие относительной влажности до 98 % при температуре до +35 °С.

Требования, обусловленные способом взаимодействия датчика с рабочей средой и объектом диагностирования.

Помимо вышеприведенных общих эксплуатационно-технических требований к диагностическому датчику следует учитывать специальные требования в случае:

  • • контактного или бесконтактного способа взаимодействия датчика с рабочей (контролируемой) средой;
  • • расположения датчиков на объекте диагностирования или встроенные в объект диагностирования.

Особые требования следует учитывать в случае применения датчиков, встроенных в объект диагностирования:

  • • ресурс встроенных диагностических датчиков должен соответствовать ресурсу машины;
  • • экономическая целесообразность рассматривается как первостепенный фактор, обосновывающий применение как вообще электронных диагностических средств, так и встроенных датчиков в частности. Экономическая целесообразность определяется улучшением качества, повышением надежности, снижением трудоемкости диагностирования и т. п.;
  • • требования к работоспособности и помехоустойчивости более жесткие, чем для навешиваемых датчиков.

Из-за ограниченности объемов в местах установки диагностических датчиков их габаритные размеры должны быть минимально технически возможными и экономически рентабельными. Такие возможности в настоящее время имеются. Так, например, можно применять датчики температуры на термисторах (полупроводниковые термосопротивления), а датчики давлений тензорезистивные на микропроводе или полупроводниковые (малобазные тензорезисторы).

Особые требования предъявляются по устойчивости к воздействиям вибрационных и ударных нагрузок, так как при эксплуатации могут иметь место:

  • • низкочастотные апериодические толчки с ускорениями до 10# (при езде по дороге с плохим покрытием);
  • • высокочастотные резонансные колебания (с широким спектром частот), вызванные совпадением собственной частоты вибраций встроенного датчика с частотой вибраций того или иного узла машины (обычно двигателя). С целью гашения вибрационных колебаний необходимо предусматривать специальные крепления датчика (амортизирующие прокладки и т. п.).

Требования, обусловленные видом и характером контролируемого параметра.

При статическом процессе требования предъявляются к следующим характеристикам датчика:

  • • порог чувствительности (разрешающая способность) датчика — минимальное изменение контролируемой величины, вызывающее изменение выходного сигнала. Количественное значение устанавливается в ТУ на датчик;
  • • зона нечувствительности датчика, т. е. максимальное изменение контролируемой величины, не вызывающее изменения выходного сигнала.

Чувствительность датчика — это отношение изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению контролируемой величины (входного сигнала). Чувствительность, а также характер зависимости выходного сигнала от входного устанавливается в технических требованиях для отдельных типов датчиков в зависимости от их особенностей применения;

  • • стабильность выходной характеристики (или выходного сигнала), т. е. качество преобразователя, отражающее неизменность во времени его метрологических свойств. Нестабильность не должна выходить за пределы основной допускаемой погрешности. Это требование является одним из важнейших, так как при его соблюдении градуировочные характеристики остаются неизменными во времени, т. е. датчик не «стареет»;
  • • вариация выходного сигнала, т. е. средняя разность между значениями выходного сигнала, соответствующими данной точке диапазона измерения при двух направлениях медленного многократного изменения информативного параметра входного сигнала в процессе подхода к данной точке диапазона измерения. Вариация выходного сигнала при нормальных соотношениях сигналов не должна превышать значения, соответствующего основной допустимой погрешности.

При динамическом процессе к датчикам предъявляется ряд специальных требований. Динамические характеристики датчика и их динамические погрешности, а также методика их определения должны указываться в технических условиях на отдельные типы датчиков.

Датчики для контроля динамических процессов должны обладать повышенной механической прочностью при воздействии динамических нагрузок, т. е. цикловой прочностью. Так, например, механическая прочность датчика давления топлива (в трубопроводе высокого давления) должна быть рассчитана с учетом воздействий неинформативного параметра с частотой пульсаций до 3000 Гц.

Для предотвращения возможности искажения измерительной информации при контроле динамических процессов в технических условиях на датчик должно указываться расчетное значение частоты собственных колебаний упругой механической системы датчика (или полоса пропускания частот). Частота собственных колебаний упругих элементов датчика должна быть достаточно высокой, исключающей появление частотных погрешностей. Обычно частота собственных колебаний датчика должна превышать частоту контролируемого процесса в 6... 10 раз в зависимости от конкретных условий работы.

При статодинамическом процессе важным требованием является выбор оптимального соотношения чувствительности и полосы пропускания частот (ограничиваемой частотой собственных колебаний упругих элементов), так как это требование выполняется противоречивыми конструктивными мерами: увеличение чувствительности большинства упругих элементов пропорционально уменьшает их собственную частоту, и наоборот.

Общие требования к датчику, обусловленные входной величиной при измерении любого диагностируемого процесса:

  • • однонаправленность действия, т. е. сведение к минимуму обратного силового воздействия со стороны датчика на контролируемый процесс объекта при диагностировании. При наличии обратного воздействия может иметь место искажение измерительной информации;
  • • перегрузочная способность датчика, характеризуемая соотношением предельно допускаемого значения контролируемого параметра к его номинальному значению. Величина и время воздействия перегрузок устанавливаются при разработке технических требований на отдельные типы датчиков. Обычно допустимая перегрузочная способность датчиков, применяемых для технического диагностирования, равна 1,5...2 от рабочего диапазона измеряемой величины;
  • • избирательность датчика по отношению к информативному параметру входной величины характеризует его способность реагировать только на изменение того контролируемого параметра, для измерения которого он предназначен. Так, например, потенциометрический датчик давления измеряет только средний уровень давления и не реагирует на высокочастотные пульсации давления.

Имеет значение зашита датчиков от влаги и пыли, так как автомобили эксплуатируются в условиях повышенной влажности и запыленности воздуха.

Указанные требования к датчикам средств технического диагностирования разработаны с учетом комплексного подхода к ним, т. е. учитываются структура и особенности условий эксплуатации средств технического диагностирования, и их датчиков, а также особенности объекта диагностирования и в первую очередь характер изменения во времени контролируемых параметров.

Данный подход позволяет избежать неоправданного ужесточения требований к надежности, точности и помехоустойчивости датчиков питающей и усилительно-преобразующей аппаратуры средств технического диагностирования за счет применения сложных и дорогостоящих технических решений, или, наоборот, необоснованно отказаться от использования тех или иных способов повышения достоверности информации.

В настоящее время освоено серийное производство значительной номенклатуры электронных средств технического диагностирования:

  • • приборов и устройств контроля мощностных и экономических показателей двигателей внутреннего сгорания (дизельных и бензиновых);
  • • автономных комплексных приборов для диагностирования дизелей; мотор-тестеров бензиновых и дизельных двигателей;
  • • приборов и устройств диагностирования автотракторного электрооборудования и автоэлектроники;
  • • автоматизированных диагностических установок и систем.

В главе 8 приведены основные электронные средства технического диагностирования ЭСАУ и их датчиков, выпускаемые промышленностью, и указаны типы датчиков, используемых в них.

Контрольные вопросы

  • 1. Каковы требования к датчикам ЭСАУ, предъявляемые условиями эксплуатации?
  • 2. Какие природные факторы оказывают влияние на конструктивные особенности датчиков ЭСАУ?
  • 3. Каковы требования к датчикам диагностического оборудования, предъявляемые условиями эксплуатации в процессе диагностирования?
  • 4. Какие требования по вибрационным нагрузкам предъявляются к диагностическим датчикам и к датчикам ЭСАУ?
  • 5. Какие требования по надежности предъявляются к датчикам ЭСАУ и диагностики?
  • 6. Какова номенклатура диагностических датчиков в электронных средствах диагностики в процессе эксплуатации автомобилей?
  • 7. Каковы основные требования к датчикам по стойкости к динамическим нагрузкам в процессе управления и диагностирования?
  • 8. Каковы требования к датчикам по их габаритным размерам?
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >