1 số khái niệm về thiết bị điện trên ô tô
Mạch điện cầu Wheatstone
Cầu Wheatstone là một mạch điện để so sánh chính xác các điện trở. Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng để đo lường một yếu tố thay đổi / không xác định. Nó bao gồm một nguồn điện chung và một thiết bị đo hiệu điện thế nối hai nhánh song song, chúng có chứa bốn điện trở. Một nhánh chứa một điện trở đã biết và chưa biết (Rx trong mẫu); cái kia chứa 2 điện trở đã biết.
Để xác định điện trở của biến trở chưa biết, người ta điều chỉnh và cân bằng điện trở của ba điện trở kia cho đến khi dòng điện chạy qua dụng cụ đo hiệu điện thế (Cầu V) giảm về không. Khi hiệu điện thế của hai nhánh bằng nhau thì cầu V sẽ bằng không, lúc này quả cầu đã nói là cân bằng. Tại thời điểm này, giá trị của Rx có thể được tìm thấy từ: Rx = RN x R3 / R4 Cầu Wheatstone cũng phù hợp để đo những thay đổi nhỏ của điện trở và do đó, cũng phù hợp để đo sự thay đổi điện trở trong một biến dạng thước đo. Người ta thường biết rằng máy đo biến dạng biến biến dạng tác dụng lên nó thành sự thay đổi tỷ lệ của điện trở.
Thiết bị đo biến trở
Máy đo biến dạng đã được sử dụng trong nhiều năm và là phần tử cảm biến cơ bản cho nhiều loại cảm biến, bao gồm cảm biến áp suất, cảm biến lực, cảm biến mô-men xoắn, cảm biến vị trí, v.v … Nguyên tắc hoạt động điển hình như sau: Nếu một dải dẫn điện kim loại bị kéo dài, nó sẽ trở nên mỏng hơn và dài hơn, dẫn đến tăng điện trở từ đầu đến cuối. Ngược lại, nếu dải được đặt dưới lực nén, nó sẽ rộng ra và ngắn lại, do đó sức cản giảm.
Nếu các ứng suất này được giữ trong giới hạn đàn hồi của dải kim loại, nó có thể được sử dụng làm phần tử đo độ võng và / hoặc lực, lượng lực tác dụng có thể được tính bằng cách đo điện trở của nó. Đa số các đồng hồ đo biến dạng là loại giấy bạc; chúng bao gồm các lá điện trở được gắn trên một vật liệu nền. Máy đo biến dạng được kết nối thành mạch cầu Wheatstone với sự kết hợp của bốn đồng hồ đo hoạt động (toàn cầu), hai đồng hồ đo (nửa cầu), hoặc ít phổ biến hơn, một khổ đơn (cầu một phần tư).
Trong các mạch một nửa và một phần tư, cây cầu được hoàn thiện với các điện trở chính xác. Mạch cầu được cung cấp nguồn điện một chiều ổn định và thiết bị điện tử bổ sung, có thể bằng 0 tại điểm đo. Khi ứng suất được áp dụng cho máy đo biến dạng, sự thay đổi trong lực cản sẽ xảy ra và làm mất cân bằng cầu Wheatstone. Điều này dẫn đến một đầu ra tín hiệu, liên quan đến giá trị ứng suất. Nếu tất cả bốn giá trị điện trở (R1 đến R4) và điện áp cung cấp (V) đã biết thì điện áp qua cầu (cầu V) có thể được tìm thấy bằng cách tính điện áp từ mỗi bộ chia điện thế và trừ đi một đầu khác.
Thermistor
Về cơ bản, bất kỳ vật dẫn nào cũng sẽ thay đổi điện trở của nó liên quan đến nhiệt độ trong một phạm vi nhất định. Số lượng thay đổi tùy thuộc vào vật liệu thực tế. Sự thay đổi điện trở được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong xe và được sử dụng cho các cảm biến và cơ cấu chấp hành.
Có hai khả năng thay đổi: điện trở có thể tăng nếu nhiệt độ tăng, điều này được gọi là đồng nhiệt độ dương và là hành vi tự nhiên của hầu hết các vật liệu. Hoặc nó có thể giảm nếu nhiệt độ tăng, điều này được gọi là nhiệt độ âm co hiệu quả. Tính chất này đạt được nhờ ứng dụng của một chất bán dẫn, cái gọi là nhiệt điện trở. Sự khác biệt về hai đặc tính này dẫn đến các ứng dụng khác nhau. PTC thường được sử dụng cho các thiết bị sưởi ấm và NTC được sử dụng cho cảm biến nhiệt độ. Trong trường hợp PTC, dòng điện đi qua giảm khi nhiệt độ cao hơn, trong trường hợp NTC, nó tăng.
Hiệu ứng Piezo
Một thuộc tính duy nhất khác áp dụng cho cái gọi là phần tử piezo. Có một số vật liệu tồn tại, tạo ra một điện áp trên bề mặt của chúng, nếu một lực tác dụng lên chúng. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng Piezo và dựa trên sự phân tách điện tích (hơi giống với tụ điện, nhưng bị kích thích áp suất) do một chút thay đổi hình dạng do ngoại lực gây ra.
Khi lực tác dụng, điện tích âm trên một bề mặt tăng lên và đồng thời điện tích dương trên bề mặt kia tăng lên: một hiệu điện thế được tạo ra và một dòng điện có thể chạy nếu người tiêu dùng được kết nối với phần tử Piezo. Dòng điện này có thể được đo và sử dụng để phát hiện áp suất hoặc rung động. Một ứng dụng điển hình cho việc này là cảm biến tiếng gõ được sử dụng để phát hiện tiếng gõ của động cơ. Ngoài ra, hiệu ứng Piezo cũng hoạt động theo hướng ngược lại, có nghĩa là nếu một điện áp được đặt vào một phần tử Piezo, nó sẽ thay đổi hình dạng của nó, do đó, ví dụ như chiều cao tăng / giảm tùy thuộc vào hướng dòng điện. Bằng chứng này được sử dụng ví dụ để vận hành kim phun cho hệ thống đường sắt chung.
Hiệu ứng Hall
Nếu đặt một điện áp vào chất bán dẫn đặt trong từ trường thẳng đứng (90 °) so với phương của điện áp đặt thì một hiệu điện thế mới được tạo ra. Điện áp này vuông góc với từ trường và điện áp đặt vào. Nguyên nhân của hiệu điện thế này là do từ trường làm lệch một số electron, điều này tạo ra hiệu điện thế. Hiệu điện thế này được gọi là hiệu điện thế Hall và hiệu ứng được gọi là Hiệu ứng Hall.
Hiệu ứng Hall được sử dụng rộng rãi để chế tạo và ứng dụng các cảm biến. Mẫu được hiển thị là một ứng dụng điển hình trong quản lý động cơ (bộ phân phối đánh lửa) và được sử dụng để phát hiện vị trí và tốc độ của trục khuỷu. Phần tử Hall nằm đối diện với nam châm vĩnh cửu. Ở giữa chúng là một khe hở không khí, qua đó một cánh quạt có thể chuyển động. Rôto này được liên kết với trục khuỷu về mặt cơ học. Nếu động cơ quay rôto cũng quay theo và chuyển động qua khe hở. Như có thể thấy cánh quạt, cánh quạt được trang bị bốn bezels (rèm) và bốn khe hở. Trong trường hợp có một khoảng trống ở phía trước phần tử hội trường, từ trường có thể đến phần tử bán dẫn và điện áp hội trường được tạo ra. Nhưng trong trường hợp khung bezel ở phía trước phần tử Hall, từ trường bị che chắn và do đó không có điện áp Hall nào được tạo ra. Số lượng thay đổi giữa các điện áp có hay không được sử dụng để xác định tốc độ động cơ. Vì vị trí của rôto được liên kết với trục khuỷu, vị trí trục khuỷu có thể được phát hiện khi một khung bezel bắt đầu bao phủ (hoặc mở ra) từ trường. Có nhiều cách bố trí khác nhau cho cảm biến hội trường, nhưng nguyên tắc hoạt động chung vẫn giống nhau.
Khả năng bắt sóng điện từ trường
Với sự gia tăng của các bộ phận điện trong xe và sự gia tăng của các thiết bị điện trong cuộc sống hàng ngày (ví dụ: điện thoại di động), bức xạ của sóng điện từ cũng tăng lên. Những sóng này có thể có ảnh hưởng tiêu cực đến các thiết bị trong xe. Ví dụ, có thể nghe thấy tiếng ồn phát ra từ hệ thống đánh lửa trong thiết bị âm thanh.
Nhưng sóng cao tần điện từ thậm chí còn tồi tệ hơn có thể làm nhiễu loạn chức năng chính xác của các bộ phận điều khiển hoặc các hệ thống liên quan đến an toàn như ABS hoặc ESP. Do đó phải thực hiện các biện pháp đối phó để tránh những vấn đề này. Có nhiều phương pháp khác nhau cho việc này: ví dụ lắp đặt một diode trong đường cung cấp cho một rơ le để triệt tiêu điện áp tăng, lắp một tụ điện trong đường cung cấp cho cuộn dây đánh lửa, lắp một điện trở trong đường cung cấp cho một linh kiện hoặc thậm chí sự kết hợp của những khả năng này. Phương pháp nào thực sự được áp dụng phụ thuộc vào nguồn gây nhiễu, loại nhiễu và mối liên hệ giữa vật tiêu thụ và vật gây nhiễu. Luật Tương thích Điện từ yêu cầu tất cả các nhà sản xuất sản phẩm điện phải hiển thị và đảm bảo rằng thiết bị của họ đáp ứng các quy định của EMC. Mục đích của việc này là: để ngăn thiết bị hoặc hệ thống phát ra mức bức xạ hoặc nhiễu không cho phép và ngăn hoạt động của sản phẩm bị gián đoạn bởi từ trường bên ngoài.
Điện áp và tụ điện
Bên cạnh việc sử dụng trong mạch hẹn giờ hoặc nguồn điện, một chức năng khác của tụ điện là hoạt động như một bộ lọc chống nhiễu. Trong mẫu cho trước, một nhiễu (tín hiệu AC) được áp đặt qua điện áp cung cấp cho một thành phần, chẳng hạn như thiết bị âm thanh. Tiếng ồn sẽ có tác động tiêu cực đến âm thanh, vì nó sẽ thay đổi âm thanh do loa phát ra. Để tránh tiếng ồn này phải được cản trở để tiếp cận âm thanh. Trong mẫu, điều này được thực hiện bởi một tụ điện.
Vì dòng điện cung cấp là dòng điện một chiều nên dung kháng của tụ điện là vô cùng sau khi quá trình nạp điện của tụ điện diễn ra. Nhưng dòng điện xoay chiều có thể đi qua tụ điện, vì tụ điện không có khả năng chống lại dòng điện xoay chiều nếu tần số cao. Khi dòng điện xoay chiều có thể đi qua tụ điện, nó được đưa xuống đất, do đó nó bị loại bỏ.
Các loại gây nhiễu sóng
Có nhiều cách khác nhau để tiếng ồn có thể được truyền đi. Đầu tiên là kết nối trực tiếp bằng đường dây và dây dẫn (kết nối điện). Một cái khác được gọi là ghép nối điện dung; trong trường hợp này nguồn và máy thu nhiễu không có kết nối trực tiếp. Tiếng ồn được truyền đi bởi những thay đổi trong các trường điện tương ứng. Thứ ba là khớp nối quy nạp.
Trong trường hợp này, quá trình truyền xảy ra bằng từ trường gây nhiễu tới mạch thu. Như trong trường hợp khớp nối điện dung không có kết nối trực tiếp. Một cái khác là bức xạ; trong trường hợp này các sóng điện từ được truyền trong không khí và được thu bởi một vật nào đó đóng vai trò là ăng-ten. Mặc dù thực tế là thiết bị Âm thanh được hiển thị và sử dụng làm mẫu, hãy lưu ý rằng điều này cũng hợp lệ cho các thiết bị điều khiển, v.v.
Kéo xuống / lên điện trở
Để cho thiết bị điều khiển biết công tắc được mở hay đóng thường xuyên, một điện áp được đặt vào công tắc. Phương pháp đơn giản nhất sẽ là một đường thẳng từ công tắc đến ECU. Nhưng trong cách bố trí này, mạch sẽ rất nhạy cảm chống lại sự can thiệp dẫn đến đầu vào sai. Để tránh điều này kéo lên, điện trở được lắp đặt. Mục đích của điện trở kéo lên là để đảm bảo một mức điện áp cụ thể và để tránh nhiễu đang tạo ra điều kiện điện áp không xác định tại đường tín hiệu của bộ điều khiển, vì điều này có thể dẫn đến việc giải thích sai.
Điện trở kéo lên là một điện trở có một đầu được nối với nguồn điện áp và đầu kia của nó được nối với công tắc ở mặt đất. Khi công tắc mở, điện áp được thiết bị điều khiển phát hiện là 12 Volt, khi dòng điện chạy đến thiết bị điều khiển. Khi đóng công tắc, dòng điện sẽ chạy qua điện trở xuống đất trực tiếp, do đó tín hiệu ở bộ điều khiển là 0 Volt. Ít phổ biến hơn là một điện trở kéo xuống được sử dụng, theo cùng một ý tưởng nhưng hoạt động theo cách ngược lại với một điện trở kéo lên. Điện áp sẽ là 0 Volts khi công tắc mở và sẽ tăng lên 12 Volts khi công tắc đóng.
Nguyên lý hoạt động của máy đo sóng
Vì tín hiệu kỹ thuật số có thể không được đo chính xác bằng Vôn kế nên chúng ta cần một thiết bị khác để đo chính xác: máy hiện sóng. Máy hiện sóng là một thiết bị cho phép người dùng xem các tín hiệu điện trên màn hình. Để làm được điều này, một chùm điện tử bị lệch theo lực căng đo được và cơ sở thời gian liên quan. Bằng cách này có thể kiểm tra chính xác hành vi và tiến trình của tín hiệu hoặc điện áp.
Như đã đề cập trong một số trường hợp, không thể lấy thông tin chính xác bằng đồng hồ vạn năng, do đó máy hiện sóng là một công cụ rất hữu ích để xử lý sự cố. Chỉ ra trong hình là một số ví dụ về tín hiệu được đo bằng máy hiện sóng.
Tất cả chúng đều khác nhau, do đó bạn cần làm quen với cách sử dụng chức năng máy hiện sóng Hi-scan pro hoặc GDS (tham khảo phần công cụ và thiết bị để biết thêm chi tiết) hoặc cách sử dụng máy hiện sóng tiêu chuẩn. Trong trường hợp xảy ra sự cố, hãy luôn tham khảo hướng dẫn sử dụng của xưởng để lấy các mẫu tín hiệu liên quan.
