BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
GVHD: Th.S ĐINH TẤN NGỌC
SVTH: NGUYỄN QUỐC TÙNG
LÊ TIẾN PHÁP
S K L 0 1 2 3 2 2
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2024
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
SVTH:
NGUYỄN QUỐC TÙNG
MSSV:
19145506
SVTH:
LÊ TIẾN PHÁP
MSSV:
19145436
GVHD:
ThS. ĐINH TẤN NGỌC
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
Tên đề tài
CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
SVTH:
NGUYỄN QUỐC TÙNG
MSSV:
19145506
SVTH:
LÊ TIẾN PHÁP
MSSV:
19145436
GVHD:
ThS. ĐINH TẤN NGỌC
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024
2
CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM,
Giảng viên Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em học tập,
trau dồi kiến thức, rèn luyện kỹ năng và tư tưởng đạo đức tốt, cùng với đó là một thái
độ làm việc tốt trước khi tiếp cận công việc thực tế với những khát vọng trong tương
lai.
Bên cạnh đó, chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy trong bộ môn
Động Cơ đã đồng ý và ủng hộ để chúng em thực hiện đề tài này. Đặc biệt, chúng em
xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy – Ths Đinh Tấn Ngọc đã tận tình giúp đỡ,
trực tiếp chỉ bảo và quan tâm hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án tốt
nghiệp, giúp chúng em hoàn thành đúng thời hạn đã đề ra. Thầy đã cung cấp các tài
liệu cần thiết cho việc nghiên cứu đề tài, xem xét, chỉnh sửa nội dung thuyết minh
của chúng em đúng với nội dung và hình thức đã đặt ra.
Tuy vậy, do điều kiện về thời gian cũng như là kinh nghiệm vẫn còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện. Để hoàn thành tốt
đồ án tốt nghiệp này, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy
và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin gửi đến quý thầy cô, cha mẹ, bạn bè, anh chị một lời cảm
ơn chân thành và tốt đẹp nhất !
Kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe !
i
TÓM TẮT
Trên một chiếc ô tô hiện nay, nếu động cơ được xem là “ trái tim “ thì cảm
biến được ví như là “ mắt “ của xe. Cảm biến trên ô tô đóng một vai trò không thể
phủ nhận trong việc nâng cao hiệu suất, an toàn và tiện ích của các phương tiện giao
thông. Chúng không ngừng thu thập dữ liệu về tốc độ, áp suất lốp, nhiệt độ động cơ,
và các thông số khác, hỗ trợ kiểm soát các hệ thống an toàn như túi khí và ABS. Quan
trọng nhất, cảm biến giúp duy trì hiệu suất và tiêu thụ nhiên liệu hiệu quả bằng cách
theo dõi các thông số kỹ thuật, giảm rủi ro hỏng hóc và tăng cường độ bền của xe.
Tóm lại, cảm biến không chỉ là "các giác quan" thông minh của ô tô mà còn là hệ
thống quan trọng, mang lại an toàn và tiện ích cho người lái và hành khách trên mỗi
hành trình.
Với mong muốn tìm hiểu và nghiên cứu kỹ các cảm biến trên ô tô hiện nay,
nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “ Cảm biến trên động cơ ô tô “ dưới sự hướng
dẫn, chỉ dạy của ThS. Đinh Tấn Ngọc
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT .................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ xii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.........................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài ..............................................................................................1
1.2. Nhiệm vụ đề tài .................................................................................................1
1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài ..........................................................1
1.4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................1
1.5. Nội dung nghiên cứu.........................................................................................1
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................3
2.1.
Cảm biến dòng chảy chất lưu ........................................................................3
2.1.1.
Khái niệm cơ bản ....................................................................................3
2.1.2.
Cảm biến khối lượng kiểu dây nhiệt hoặc màng nhiệt ...........................4
2.1.3.
Cảm biến siêu âm ....................................................................................7
2.1.4.
Máy dò quang học...................................................................................9
2.2.
Cảm biến đo áp suất chất lưu.......................................................................10
2.2.1.
Áp suất và đơn vị đo áp suất .................................................................10
2.2.2.
Cảm biến áp điện ..................................................................................11
2.2.3.
Cảm biến điện dung ..............................................................................15
2.2.4.
Cảm biến từ trở thay đổi .......................................................................16
2.2.5.
Cảm biến áp suất quang học .................................................................17
2.3.
Cảm biến nhiệt độ ........................................................................................18
iii
2.3.1.
Trao đổi nhiệt ........................................................................................18
2.3.2.
Tham chiếu nhiệt độ .............................................................................20
2.3.3.
Nhiệt điện trở kim loại .........................................................................21
2.3.4.
Cảm biến nhiệt độ gốm .........................................................................23
2.3.5.
Cảm biến nhiệt điện ..............................................................................26
2.4.
Cảm biến vị trí, dịch chuyển và đo mức ......................................................31
2.4.1.
Cảm biến điện từ ...................................................................................31
2.4.2.
LVDT và RVDT ...................................................................................33
2.4.3.
Cảm biến điện trở từ .............................................................................35
2.4.4.
Cảm biến hiệu ứng Hall ........................................................................37
2.4.5.
Cảm biến điện thế .................................................................................39
2.4.6.
Cảm biến điện dung ..............................................................................41
2.4.7.
Cảm biến quang học .............................................................................44
2.5.
Cảm biến thành phần khí .............................................................................46
2.5.1.
Đặc điểm cảm biến hóa học ..................................................................46
2.5.2.
Cảm biến điện và điện hóa....................................................................47
2.5.3.
Cảm biến hóa học .................................................................................48
2.5.4.
Cảm biến sinh hóa.................................................................................48
2.5.5.
Cảm biến dùng chất điện phân rắn .......................................................49
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ .............................................52
3.1.
Cảm biến khối lượng khí nạp .....................................................................52
3.1.1.
Chức năng .............................................................................................52
3.1.2.
Cấu tạo ..................................................................................................52
3.1.3.
Nguyên lý hoạt động .............................................................................52
iv
3.1.4.
3.2.
Kiểm tra ................................................................................................53
Bộ đo gió Karman quang .............................................................................54
3.2.1.
Chức năng .............................................................................................54
3.2.2.
Cấu tạo ..................................................................................................55
3.2.3.
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................55
3.2.3.
Kiểm tra ................................................................................................56
3.3.
Bộ đo gió Karman siêu âm ..........................................................................57
3.3.1.
Chức năng .............................................................................................57
3.3.2.
Cấu tạo ..................................................................................................58
3.3.3.
Nguyên lý hoạt động .............................................................................58
3.3.4.
Kiểm tra ................................................................................................59
3.4.
Cảm biến đo gió kiểu van trượt ...................................................................60
3.4.1.
Chức năng .............................................................................................60
3.4.2.
Cấu tạo ..................................................................................................61
3.4.3.
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................61
3.4.4.
Kiểm tra ................................................................................................62
3.5.
Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp ..........................................63
3.5.1.
Chức năng .............................................................................................63
3.5.2.
Cấu tạo ..................................................................................................64
3.5.3.
Nguyên lý hoạt động .............................................................................64
3.5.4.
Kiểm tra ................................................................................................64
3.6.
Cảm biến áp suất trong đường ống rail .......................................................66
3.6.1.
Chức năng .............................................................................................66
3.6.2.
Cấu tạo ..................................................................................................66
v
3.6.3.
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................67
3.6.4.
Kiểm tra ................................................................................................67
3.7.
Cảm biến áp suất lốp ...................................................................................69
3.7.1.
Chức năng .............................................................................................69
3.7.2.
Cấu tạo ..................................................................................................69
3.7.3.
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................70
3.7.4.
Kiểm tra ................................................................................................70
3.8.
Cảm biến áp suất dàn lạnh ...........................................................................71
3.8.1.
Chức năng .............................................................................................71
3.8.2.
Cấu tạo ..................................................................................................71
3.8.3.
Nguyên lí hoạt động ..............................................................................72
3.8.4.
Kiểm tra ................................................................................................72
3.9.
Cảm biến kích nổ .........................................................................................74
3.9.1.
Chức năng .............................................................................................74
3.9.2.
Cấu tạo ..................................................................................................74
3.9.3.
Nguyên lý hoạt động .............................................................................76
3.9.4.
Kiểm tra ................................................................................................76
3.10. Cảm biến áp suất bình nhiên liệu ................................................................78
3.10.1. Chức năng .............................................................................................78
3.10.2. Cấu tạo ..................................................................................................78
3.10.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................78
3.10.4. Kiểm tra ................................................................................................79
3.11. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ...........................................................................80
3.11.1. Chức năng .............................................................................................80
vi
3.11.2. Cấu tạo ..................................................................................................80
3.11.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................81
3.11.4. Kiểm tra ................................................................................................82
3.12. Cảm biến nhiệt độ khí trời ...........................................................................83
3.12.1. Chức năng .............................................................................................83
3.12.2. Cấu tạo ..................................................................................................84
3.12.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................84
3.12.4. Kiểm tra ................................................................................................85
3.13. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .................................................................86
3.13.1. Chức năng .............................................................................................86
3.13.2. Cấu tạo ..................................................................................................86
3.13.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................87
3.13.4. Kiểm tra ................................................................................................87
3.14. Cảm biến nhiệt độ nhớt................................................................................88
3.14.1. Chức năng .............................................................................................88
3.14.2. Cấu tạo ..................................................................................................89
3.14.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................89
3.14.4. Kiểm tra ................................................................................................90
3.15. Cảm biến vị trí bướm ga ..............................................................................91
3.15.1. Chức năng ...............................................................................................91
3.15.2. Cấu tạo ....................................................................................................92
3.15.3. Nguyên lí hoạt động ...............................................................................94
3.15.4. Kiểm tra ..................................................................................................96
3.16. Cảm biến bàn đạp ga ...................................................................................98
vii
3.16.1. Chức năng .............................................................................................98
3.16.2. Cấu tạo ..................................................................................................99
3.16.3. Nguyên lí hoạt động ............................................................................100
3.16.4. Cách kiểm tra ......................................................................................101
3.17. Cảm biến tốc độ bánh xe ...........................................................................102
3.17.1. Chức năng ...........................................................................................102
3.17.2. Cấu tạo ................................................................................................103
3.17.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................105
3.17.4. Kiểm tra ..............................................................................................106
3.18. Cảm biến vị trí trục cam CPS ....................................................................106
3.18.1. Chức năng ...........................................................................................106
3.18.2. Cấu tạo ................................................................................................106
3.18.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................107
3.18.4. Kiểm tra ..............................................................................................108
3.19. Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP ................................................................109
3.19.1. Chức năng ...........................................................................................109
3.19.2. Cấu tạo ................................................................................................109
3.19.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................111
3.19.4. Kiểm tra ..............................................................................................111
3.20. Cảm biến đo mức nhiên liệu ......................................................................112
3.20.1. Chức năng ...........................................................................................112
3.20.2. Cấu tạo ................................................................................................112
3.20.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................113
3.20.4. Kiểm tra ..............................................................................................113
viii
3.21. Cảm biến Oxy ............................................................................................114
3.21.1. Chức năng ...........................................................................................114
3.21.2. Cấu tạo ................................................................................................114
3.21.3. Nguyên lý hoạt động ...........................................................................115
3.21.4. Kiểm tra ..............................................................................................116
3.22. Cảm biến A/F ............................................................................................117
3.22.1. Chức năng ...........................................................................................117
3.22.2. Cấu tạo ................................................................................................118
3.22.3. Nguyên lí hoạt động ............................................................................119
3.22.4. Kiểm tra ..............................................................................................120
CHƯƠNG 4: KIỂM TRA VÀ CHẨN ĐOÁN .......................................................122
4.1.
Dụng cụ chuyên dùng SST .......................................................................122
4.2.
Quy trình sửa chữa hư hỏng ......................................................................122
4.2.1.
Xác minh vấn đề .................................................................................122
4.2.2.
Thực hiện kiểm tra sơ bộ kỹ lưỡng và các kiểm tra cơ bản ................123
4.2.3.
Truy xuất mã lỗi chẩn đoán ...............................................................125
4.2.4.
Kiểm tra bản tin dịch vụ kỹ thuật ......................................................125
4.2.5.
Xem xét kỹ dữ liệu trên công cụ chẩn đoán .......................................125
4.2.6.
Khoanh vùng vấn đề ...........................................................................126
4.2.7.
Sửa chữa vấn đề và xác định nguyên nhân gốc rễ ..............................126
4.2.8.
Xác minh sửa chữa và xóa DTC .........................................................127
4.3.
Bảng mã lỗi hệ thống điều khiển điện tử ...................................................127
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................143
I.
Kết luận ......................................................................................................143
ix
II.
Kiến nghị ...................................................................................................143
x
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
APP (Accelerator Pedal Position): Cảm biến vị trí bàn đạp ga
CKP (CranKshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục khuỷu
CMP (Camshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục cam
ECT (Engine Coolant Temperature Sensor): Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động
cơ
ECU (Electronic Control Unit): Hộp điều khiển điện tử
ETC (Electronic Throttle Control): Bướm ga điều khiển điện tử
FRP (Fuel Rail Pressure Sensor): Cảm biến áp suất ống phân phối nhiên liệu
GTDI (Gasoline Turbo Direct Injection): Động cơ tăng áp phun xăng trực tiếp
HO2S (Heated Oxygen Sensor): Cảm biến ôxy có bộ sấy nóng
KS (Knock Sensor): Cảm biến kích nổ
MAF (Mass Air Flow Sensor): Cảm biến khối lượng khí nạp.
PCM (Powertrain Control Module): Mô đun điều khiển cơ cấu truyền động
PWM (Pulse Width Modulation): Tín hiệu điều khiển dạng xung
TMAP (Temperature and Manifold Absolute Pressure Sensor): Cảm biến nhiệt độ
và áp suất đường ống nạp.
VRP (Variable reluctance pressure sensor): Cảm biến từ trở thay đổi
RTD (Resistance temperature detector): Nhiệt điện trở kim loại
NTC (Negative temperature coefficient): Nhiệt điện trở âm
PTC (Positive temperature coefficient): Nhiệt điện trở dương
xi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng đơn vị đo áp suất .............................................................................11
Bảng 2.2: Thông số nhiệt độ tham chiếu ..................................................................21
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật cảm biến MAF ............................................................54
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của cảm biến MAP .....................................................65
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của cảm biến MAP .....................................................66
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của cảm biến RPS dựa trên tốc độ ..............................68
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của cảm biến RPS .......................................................68
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của cảm biến FTPS .....................................................80
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của cảm biến IATS .....................................................83
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của cảm biến ATS ......................................................85
Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật của cảm biến ECT ......................................................88
Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật của cảm biến OTS ....................................................91
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật của cảm biến vị trí bướm ga .....................................97
Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật của APPS ................................................................102
Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật của bộ đo mức nhiên liệu........................................114
Bảng 3.14: Thông số kỹ thuật cảm biến Oxy ..........................................................117
Bảng 3.15: Thông số kỹ thuật cảm biến A/F ..........................................................121
Bảng 4.1: Bảng mã lỗi của hệ thống điều khiển điện tử .........................................127
xii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Ống dòng chảy ............................................................................................3
Hình 2.2: Sơ đồ vận tốc dòng chảy trong đường ống .................................................4
Hình 2.3: Các loại đầu dò cảm biến dây nhiệt ............................................................5
Hình 2.4: Mạch đo gió dây nhiệt (nhiệt độ không đổi) ...............................................5
Hình 2.5: Vị trí của tinh thể trong dòng chảy và dạng sóng trong mạch ....................7
Hình 2.6: Sơ đồ phương pháp chênh lệch thời gian ....................................................7
Hình 2.7: Sơ đồ khối của lưu lượng kế siêu âm với máy phát và máy thu xen kẽ .....8
Hình 2.8: Máy dò khói quang học ...............................................................................9
Hình 2.9: Sơ đồ định hướng tán xạ .............................................................................9
Hình 2.10: Vị trí của piezoresistor trên màng ngăn silicon ......................................13
Hình 2.11: Chip áp điện bên trong vỏ thép để đo áp suất cao ..................................13
Hình 2.12: Mặt cắt lớp vỏ cảm biến áp suất .............................................................14
Hình 2.13: Ví dụ về vỏ cảm biến áp suất ..................................................................14
Hình 2.14: Sơ đồ mặt cắt cảm biến điện dung ..........................................................15
Hình 2.15: Nguyên tắc hoạt động của cảm biến từ trở thay đổi ...............................16
Hình 2.16: Sơ đồ cảm biến áp suất quang học ..........................................................17
Hình 2.17: Các loại hình dạng của nhiệt điện trở .....................................................24
Hình 2.18: Minh họa cho các định luật nhiệt điện ....................................................27
Hình 2.19: Mạch đơn giản và mạch tương đương của cặp nhiệt điện ......................28
Hình 2.20: Mạch nối tách ..........................................................................................29
Hình 2.21: Điện áp từ cặp nhiệt điện và cảm biến được xử lý bởi ADC ..................29
Hình 2.22: Kết hợp cặp nhiệt điện và mạch tích hợp tham chiếu .............................30
Hình 2.23: Một số cụm cặp nhiệt điện ......................................................................31
Hình 2.24: Cảm biến tiệm cận cảm ứng ngang .........................................................32
Hình 2.25: Cảm biến cảm ứng với đĩa sắt từ và tín hiệu đầu ra................................32
Hình 2.26: Sơ đồ mạch của cảm biến LVDT ............................................................33
Hình 2.27: Sơ đồ mạch đơn giản hóa giao diện cho cảm biến LVDT ......................34
Hình 2.28: Hàm của sự dịch chuyển và điện áp đầu ra của cảm biến điện trở từ .....35
xiii
Hình 2.29: Phép đo góc với cảm biến KMZ10 .........................................................36
Hình 2.30: Vị trí hoạt động tối ưu và sơ đồ khối của mô-đun ..................................36
Hình 2.31: Sơ đồ mạch của cảm biến tuyến tính ......................................................37
Hình 2.32: Cảm biến hiệu ứng Hall hai cấp ở chế độ chuyển đổi ngắt ....................38
Hình 2.33: Các dạng chuyển đổi ...............................................................................39
Hình 2.34: Các loại điện thế kế .................................................................................40
Hình 2.35: Tiếp xúc với một hoặc hai dây cùng một lúc tạo ra các bước điện áp
không đều ..................................................................................................................40
Hình 2.36: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung ........................................42
Hình 2.37: Cảm biến cầu điện dung tấm song song..................................................43
Hình 2.38: Máy dò mức chất lỏng lăng trụ sử dụng sự thay đổi chỉ số khúc xạ. .....45
Hình 2.39: Cảm biến mức chất lỏng sợi quang hình chữ U. .....................................45
Hình 2.40: Phản ứng cảm biến dựa trên chất bán dẫn oxit kim loại .........................47
Hình 2.41: Mạch cầu wheatstone SnO2 ...................................................................50
Hình 3.1: Vị trí cảm biến MAF .................................................................................52
Hình 3.2: Cấu tạo cảm biến MAF .............................................................................52
Hình 3.3: Sơ đồ mạch cầu cảm biến khối lượng không khí nạp ...............................53
Hình 3.4: Các chân của cảm biến MAF ....................................................................53
Hình 3.5: Biểu đồ mối liên hệ giữa khối lượng không khí nạp và điện áp ...............54
Hình 3.6: Bộ đo gió Karman quang trên Lexus LS400 1990 ...................................55
Hình 3.7: Bộ đo gió Karman quang ..........................................................................55
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của bộ đo gió Karman quang .........................55
Hình 3.9: Các chân của bộ đo gió Karman quang ....................................................56
Hình 3.10: Sơ đồ kiểm tra bộ đo gió Karman quang ................................................57
Hình 3.11: Bộ đo gió Karman siêu âm trên xe Mitsubishi Galant 1992 ...................57
Hình 3.12: Vị trí của bộ đo gió Karman siêu âm ......................................................58
Hình 3.13: Cấu tạo của bộ đo gió Karman siêu âm ..................................................58
Hình 3.14: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió Karman siêu âm .............................59
Hình 3.15: Các chân của bộ đo gió Karman siêu âm ................................................59
xiv
Hình 3.16: Bộ đo gió van trượt trên xe BMW 1981 .................................................60
Hình 3.17: Cấu tạo của bộ đo gió van trượt ..............................................................61
Hình 3.18: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió van trượt điện áp tăng ....................62
Hình 3.19: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió van trượt điện áp tăng ....................62
Hình 3.20: Các chân của bộ đo gió van trượt............................................................62
Hình 3.21: Cảm biến áp suất tuyệt đối ......................................................................63
Hình 3.22: Cấu tạo cảm biến MAP ...........................................................................64
Hình 3.23: Nguyên lý làm việc của cảm biến MAP .................................................64
Hình 3.24: Các chân của cảm biến MAP ..................................................................65
Hình 3.25: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến MAP ...........65
Hình 3.26: Vị trí cảm biến áp suất đường ống rail....................................................66
Hình 3.27: Cấu tạo của cảm biến RPS ......................................................................67
Hình 3.28: Nguyên lý hoạt động của cảm biến RPS .................................................67
Hình 3.29: Các chân của cảm biến RPS....................................................................67
Hình 3.30: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến RPS .............68
Hình 3.31: Biểu đồ của cảm biến RPS trên máy chẩn đoán .....................................69
Hình 3.32: Vị trí của cảm biến áp suất lốp................................................................69
Hình 3.33: Cấu tạo của cảm biến áp suất lốp ............................................................70
Hình 3.34: Vị trí của cảm biến áp suất dàn lạnh .......................................................71
Hình 3.35: Cấu tạo của cảm biến áp suất dàn lạnh ...................................................72
Hình 3.36: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất dàn lạnh ..............................72
Hình 3.37: Các chân của cảm biến áp suất dàn lạnh .................................................73
Hình 3.38: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến áp suất dàn
lạnh ............................................................................................................................73
Hình 3.39: Vị trí của cảm biến kích nổ .....................................................................74
Hình 3.40: Cấu tạo của cảm biến kích nổ loại không cộng hưởng ...........................75
Hình 3.41: Cấu tạo cảm biến kích nổ loại cộng hưởng .............................................75
Hình 3.42: Cấu tạo cảm biến kích nổ trên động cơ diesel ........................................76
Hình 3.43: Đồ thị biểu diễn tần số và điện áp lúc kích nổ ........................................76
xv
Hình 3.44: Các chân của cảm biến kích nổ ...............................................................77
Hình 3.45: Vị trí của cảm biến áp suất bình nhiên liệu .............................................78
Hình 3.46: Cấu tạo của cảm biến FTPS ....................................................................78
Hình 3.47: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến FTPS .....................................79
Hình 3.48: Các chân của cảm biến FTPS..................................................................79
Hình 3.49: Vị trí của cảm biến IATS ........................................................................80
Hình 3.50: Cấu tạo cảm biến IATS được tích hợp trong MAF hoặc MAP ..............81
Hình 3.51: Cấu tạo cảm biến IATS ...........................................................................81
Hình 3.52: Nguyên lý hoạt động của cảm biến IATS ...............................................81
Hình 3.53: Các chân của cảm biến IAT ....................................................................82
Hình 3.54: Biểu đồ mối liên hệ giữa nhiệt độ và điện áp của cảm biến IAT............83
Hình 3.55: Vị trí của cảm biến ATS .........................................................................84
Hình 3.56: Cấu tạo của cảm biến ATS......................................................................84
Hình 3.57: Nguyên lý hoạt động của cảm biến ATS ................................................84
Hình 3.58: Các chân của cảm biến ATS ...................................................................85
Hình 3.59: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nước làm mát .............................................86
Hình 3.60: Cấu tạo của cảm biến ECT......................................................................86
Hình 3.61: Nguyên lý hoạt động của cảm biến ECT ................................................87
Hình 3.62: Các chân của cảm biến ECT ...................................................................87
Hình 3.63: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nhớt ............................................................89
Hình 3.64: Cấu tạo của cảm biến OTS......................................................................89
Hình 3.65: Nguyên lý hoạt động của cảm biến OTS ................................................90
Hình 3.66: Các chân của cảm biến OTS ...................................................................90
Hình 3.67: Biểu đồ mối liên hệ giữa nhiệt độ và điện trở của OTS..........................91
Hình 3.68: Vị trí cảm biến bướm ga .........................................................................92
Hình 3.69: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm .............................92
Hình 3.70: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL .......93
Hình 3.71: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
...................................................................................................................................93
xvi
Hình 3.72: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga loại Hall .......................................93
Hình 3.73: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm ..........94
Hình 3.74: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp
điểm IDL ...................................................................................................................94
Hình 3.75: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không
có tiếp điểm IDL .......................................................................................................95
Hình 3.76: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall ....96
Hình 3.77: Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bướm ga tích hợp..........................96
Hình 3.78: Sơ đồ các chân của ETC .........................................................................97
Hình 3.79: Biểu đồ mối liên hệ giữa góc mở và điện áp của TPS ............................98
Hình 3.80: Cảm biến bàn đạp ga ...............................................................................98
Hình 3.81: Cảm biến bàn đạp ga kiểu tuyến tính ......................................................99
Hình 3.82: Cảm biến bàn đạp ga loại Hall ................................................................99
Hình 3.83: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp chân ga loại tuyến tính .................100
Hình 3.84: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga loại Hall ...................................100
Hình 3.85: Sơ đồ các chân của cảm biến vị chân ga ...............................................101
Hình 3.86: Biểu đồ vị trí bàn đạp ga và điện áp......................................................102
Hình 3.87: Vị trí cảm biến tốc độ bánh xe ..............................................................102
Hình 3.88: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà .................................103
Hình 3.89: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại cảm biến quang học ...........................104
Hình 3.90: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại điện từ ................................................104
Hình 3.91: Cảm biến tốc độ bánh xe loại MRE ......................................................105
Hình 3.92: Nguyên lý hoạt động của VSS ..............................................................105
Hình 3.93: Vị trí cảm biến vị trí trục cam ...............................................................106
Hình 3.94: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến điện từ ........................107
Hình 3.95: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam loại hall .............................................107
Hình 3.96: Nguyên lí hoạt động của cảm biến vị trí trục cam ................................108
Hình 3.97: Các chân của cảm biến vị trí trục cam ..................................................108
Hình 3.98: Xung vuông khi cảm biến hoạt động tốt ...............................................109
xvii
Hình 3.99: Cảm biến vị trí trục khuỷu ...................................................................109
Hình 3.100: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến điện từ ...................110
Hình 3.101: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến Hall .......................110
Hình 3.102: Cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến quang .................................110
Hình 3.103: Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí trục khuỷu ................................111
Hình 3.104: Các chân của cảm biến vị trí trục khuỷu .............................................111
Hình 3.105: Biểu đồ xung của CKPS .....................................................................112
Hình 3.106: Cấu tạo của bộ đo mức nhiên liệu .......................................................112
Hình 3.107: Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức nhiên liệu .......................113
Hình 3.108: Kiểm tra bộ đo mức nhiên liệu............................................................113
Hình 3.109: Vị trí cảm biến oxy..............................................................................114
Hình 3.110: Cấu tạo cảm biến Oxy .........................................................................115
Hình 3.111: Sơ đồ mạch điện của cảm biến Oxy ...................................................115
Hình 3.112: Sơ đồ mạch cảm biến Oxy ..................................................................116
Hình 3.113: Sơ đồ các chân của cảm biến oxy .......................................................116
Hình 3.114: Biểu đồ hiển thị trên máy chẩn đoán của HO2S .................................117
Hình 3.115: Vị trí của của cảm biến A/F ................................................................118
Hình 3.116: Cấu tạo của cảm biến A/F ...................................................................118
Hình 3.117: Sơ đồ mạch điện của cảm biến A/F ....................................................119
Hình 3.118: Đường đặc tuyến cảm biến A/F và cảm biến Oxy ..............................120
Hình 3.119: Sơ đồ mạch cảm biến A/F ...................................................................120
Hình 3.120: Sơ đồ các chân của cảm biến A/F .......................................................120
Hình 3.121: Biểu đồ hiển thị trên máy chẩn đoán của cảm biến A/F .....................121
xviii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Trên ô tô, có một loạt cảm biến được sử dụng để giám sát, kiểm soát và điều
chỉnh các hệ thống khác nhau. Cảm biến ô tô cung cấp thông tin quan trọng về các
thông số như tốc độ, nhiệt độ, áp suất, độ cao, nồng độ, vị trí và nhiều thông tin khác.
Dựa trên dữ liệu từ các cảm biến này, hệ thống điều khiển trên ô tô có thể điều chỉnh
hoạt động của các bộ phận và cung cấp các phản hồi để đảm bảo hoạt động an toàn
và hiệu quả..
Đây là lý do chúng em chọn đề tài "Cảm biến trên động cơ ô tô". Trong phạm
vi của một đề tài khó có thể nói hết được những việc cần làm để tìm hiểu hết chức
năng của một động cơ ô tô, tuy nhiên đây sẽ là nền tảng lấy cơ sở để có thể tìm hiểu
những động cơ tương tự một cách hiệu quả nhất, tinh tế nhất.
1.2. Nhiệm vụ đề tài
-
Phân tích cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của các cảm biến
-
Ứng dụng của các cảm biến trên ô tô
-
Kiểm tra, chẩn đoán những hư hỏng trên cảm biến
-
Kết luận và kiến nghị
1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài
❖ Đối tượng: Cảm biến trên động cơ ô tô
❖ Giới hạn đề tài: Cảm biến dòng chảy, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ,
cảm biến vị trí dịch chuyển và cảm biến thành phần khí.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
❖ Tham khảo các tài liệu, sách tiếng anh và tiếng việt có liên quan.
❖ Nghiên cứu các bài giảng của thầy cô và các bài giảng trên nền tảng trực tuyến.
❖ Quan sát và ghi lại các hình ảnh thực liên quan đến cảm biến.
1.5. Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan: Lý do chọn đề tài – Nhiệm vụ đề tài – Đối tượng nghiên
cứu và giới hạn đề tài – Phương pháp nghiên cứu – Nội dung nghiên cứu.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết cảm biến
1
Chương 3: Ứng dụng của cảm biến trên ô tô
Chương 4: Kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng cảm biến trên ô tô
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.
Cảm biến dòng chảy chất lưu
2.1.1.
Khái niệm cơ bản
Một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý là khối lượng là một đại lượng
được bảo toàn. Nó không thể được tạo ra hoặc phá hủy. Tuy nhiên, nếu có dòng chảy
hoặc dòng chảy của khối lượng qua các ranh giới, tổng của dòng chảy vào và dòng
chảy ra phải bằng không. Bất cứ khối lượng nào đi vào và không được lưu trữ, nó
phải đi ra ngoài. Khi cả hai được đo trong cùng một khoảng thời gian, khối lượng đi
vào hệ thống (Min ) bằng khối lượng rời khỏi hệ thống (Mout ) trong mô hình lý tưởng.
Do đó
dMin dMout
=
dt
dt
(2.1)
Trong kỹ thuật cơ khí, phương tiện chuyển động có lưu lượng được đo là chất
lỏng (nước, dầu, dung môi, xăng, v.v.), không khí và khí (oxy, nitơ, CO, CO2 , metan
CH4 , hơi nước, v.v.). Trong một dòng chảy ổn định, vận tốc dòng chảy tại một điểm
nhất định là không đổi theo thời gian. Chúng ta có thể vẽ một đường thẳng qua mọi
điểm trong một môi trường chuyển động (Hình 2.1).
Hình 2.1: Ống dòng chảy
Thể tích môi trường chuyển động đi qua một mặt phẳng nhất định (Hình 2.1b)
trong một khoảng thời gian xác định Δt là
∧=
V
∆x
= ∫ dA = ∫ vdA
∆t
∆t
(2.2)
Trong đó v là vận tốc của môi trường chuyển động phải được tích hợp trên
3
diện tích A, trong khi Δx là sự dịch chuyển của thể tích V. Hình 2.2 cho thấy vận tốc
của chất lỏng hoặc khí trong đường ống có thể thay đổi theo mặt cắt ngang. Nó thường
thuận tiện để xác định vận tốc trung bình.
Hình 2.2: Sơ đồ vận tốc dòng chảy trong đường ống
va =
∫ vdA
A
(2.3)
Thông lượng có thể được tìm thấy bằng cách:
Ava = ∫ vdA
(2.4)
Mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích đối với vật liệu không nén được là
thông qua mật độ ρ
M = ρV
(2.5)
Tốc độ dòng chảy khối lượng được định nghĩa là
dM
= ρAv̅
dt
2.1.2.
(2.6)
Cảm biến khối lượng kiểu dây nhiệt hoặc màng nhiệt
Các cảm biến dòng chảy vận chuyển nhiệt lâu đời nhất và được biết đến nhiều
nhất là dây nhiệt và sau đó được phát triển máy đo gió màng nhiệt. Yếu tố chính của
cảm biến này là một dây được làm nóng có kích thước điển hình 0,00015–0,0002 in.
(0,0038–0,005 mm) đường kính và 0,040–0,080 in. (1,0–2,0 mm) chiều dài. Điện trở
dây thường là từ 2 đến 3 Ω. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc làm nóng dây bằng
dòng điện đến 200–300 °C — cao hơn nhiệt độ môi trường chảy và sau đó đo nhiệt
độ của dây [1]. Trong điều kiện không có dòng chảy, nhiệt độ của dây sẽ không đổi,
nhưng khi chất lưu chảy, dây sẽ được làm mát. Dòng chảy càng mạnh, làm mát càng
4
mạnh. Ưu điểm của đầu dò dây nóng và phim nóng là ở phản ứng tốc độ nhanh chúng
có thể phân giải tần số lên đến 500 Hz.
Dây nhiệt platinum
Mạ vàng
Màng platinum
Lá vàng
Thép không gỉ
a) Đầu dò dây nhiệt
b) Đầu dò màng nhiệt hình nón
Hình 2.3: Các loại đầu dò cảm biến dây nhiệt
Có hai phương pháp kiểm soát nhiệt độ và đo hiệu ứng làm mát - điện áp không
đổi và nhiệt độ không đổi. Hình 2.4 cho thấy một mạch cầu Wheatstone đơn giản hóa
cho phương pháp nhiệt độ không đổi.
Hình 2.4: Mạch đo gió dây nhiệt (nhiệt độ không đổi)
R w đại diện cho điện trở của dây nhiệt và phụ thuộc vào nhiệt độ .Khi không
có dòng chảy, mạch cầu đang trong trạng thái cân bằng. Khi có dòng chảy, nhiệt ở
dây nhiệt nguội đi do sự trao đổi nhiệt ở chất lưu gây ra sự giảm điện trở R w , điện
áp -e được đưa tới đầu vào âm của bộ khuếch đại servo, +e sẽ được đưa tới đầu vào
dương trên servo, tại đây, bộ servo nhận diện rằng có sự chênh lệch điện áp, bộ servo
với hệ số khuếch đại hiệu điện thế giữa +e và –e, tăng dòng điện vào mạch cầu đến
khi hiệu điện thế giữa chúng bằng không, điều này khôi phục lại lượng nhiệt trên dây
và đưa nhiệt độ dây về trạng thái như ban đầu.
5
Dưới tốc độ dòng chảy ổn định, năng lượng điện Q e cung cấp cho dây được
cân bằng bởi nhiệt điện chảy ra Q t được mang theo bởi phương tiện chảy do truyền
nhiệt đối lưu. Đó là:
Qe = QT
(2.7)
Xem xét dòng điện gia nhiệt i, nhiệt độ dây t w , nhiệt độ của chất lỏng t f , diện
tích bề mặt dây Aw và hệ số truyền nhiệt h (W/m2 K), chúng ta có thể viết phương
trình cân bằng công suất
i2 R w = hAw (t w − t f )
(2.8)
Năm 1914, nhà bác học L.V. King đã phát triển một giải pháp mất nhiệt từ
một vật thể hình trụ vô hạn trong một chất lỏng không nén được với số Reynolds
thấp. Hệ số tổn thất nhiệt là:
h = a + bvfc
(2.9)
Trong đó a và b là hằng số phụ thuộc vào chất lưu và cảm biến, c ≈ 0,5. Điện
trở dây R w cùng là một hàm theo nhiệt độ:
R w = R Ref [1 + α(t w − t ref )]
(2.10)
Trong đó R Ref là điện trở tham chiếu tại nhiệt độ tham chiếu t ref . Thí dụ,
platinum có R Ref = 100Ω ở 0℃ và có hệ số nhiệt α = 0,00385.
Kết hợp ba phương trình trên cho phép chúng ta loại bỏ hệ số truyền nhiệt h:
i2 R w
a + b√vf =
Aw (t w − t f )
i2 R Ref [1 + α(t w − t ref )]
vf = [(
− a) /b]
Aw (t w − t f )
(2.11)
2
(2.12)
Xem xét rằng Vout = i (R w + R1 ) và c = 0, 5, chúng ta có thể giải phương trình
này cho điện áp đầu ra là hàm của vận tốc chất lỏng ν:
Vout = (R w + R1 )√
Aw (a + b√v)(t w − t f )
Rw
(2.13)
Ứng dụng của cảm biến dây nhiệt trong ngành ô tô thường được sử dụng như
cảm biến khối lượng không khí ( Mass airflow sensor ) để đo khối lượng không khí
đi vào để xác định hỗn hợp nhiên liệu-không khí thích hợp để đốt cháy hiệu quả và
6
hiệu suất động cơ tối ưu hoặc được sử dụng kết hợp với cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt
độ không khí nạp và từ đó tính toán mật độ không khí, kiểm soát hỗn hợp nhiên liệu
– không khí.
2.1.3.
Cảm biến siêu âm
Tốc độ dòng chảy có thể được đo bằng cách sử dụng sóng siêu âm. Cảm biến
siêu âm là cảm biến sử dụng rung động âm thanh để đo tốc độ dòng chảy. Tinh thể
áp điện thường được sử dụng trong cảm biến siêu âm. Mỗi tinh thể có thể được sử
dụng để tạo sóng siêu âm hoặc để nhận sóng siêu âm [7].
Hình 2.5: Vị trí của tinh thể trong dòng chảy và dạng sóng trong mạch
Hình 2.6: Sơ đồ phương pháp chênh lệch thời gian
Hai tinh thể được ngăn cách bởi khoảng cách D và được đặt ở góc Ө đối với
dòng chảy. Thời gian vận chuyển âm thanh giữa hai đầu [7]:
t up =
L
c + vcosӨ
7
(2.14)
t down =
L
c − vcosӨ
(2.15)
Trong đó c là vận tốc âm thanh trong chất khí. Vậy độ chênh lệch thời gian:
∆t = t down − t up =
2LvcosӨ
c 2 − v 2 (cosӨ)2
(2.16)
Bởi vì vận tốc c rất lớn nên v 2 (cos)2 không đáng kể, phương trình có thể
được xấp xỉ như sau:
v=
∆tc 2
2LcosӨ
(2.17)
Cho hệ số hiệu chỉnh K (hệ số công cụ), diện tích S thì dòng chảy tức thời Q
của khí là:
KπD2
Q=K×S×v=
v
4
(2.18)
Tinh thể áp điện tại một thời điểm hoạt động như một máy phát và đồng thời
khác là một máy thu. Các sóng siêu âm hình sin (khoảng 3 MHz) được truyền dưới
dạng xung nhịp chậm (400 Hz).
Bộ thu
Bộ đo
thời gian
Bộ xác định
xung
400 Hz
Bộ phát
Bộ chuyển
đổi
Hình 2.7: Sơ đồ khối của lưu lượng kế siêu âm với máy phát và máy thu xen kẽ
Một cảm biến áp điện siêu âm có thể được chế tạo từ các đĩa gốm nhỏ cho vào
một lưu lượng kế. Bề mặt của tinh thể có thể được bảo vệ bởi một vật liệu phù hợp,
ví dụ, cao su silicon. Một lợi thế rõ ràng của cảm biến siêu âm là khả năng đo lưu
lượng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng [1].
Ứng dụng của cảm biến siêu âm có thể được dùng trong hệ thống phát hiện xe,
hệ thống giám sát bao gồm 2 cảm biến siêu âm và một Arduino, hệ thống hoạt động
bằng cách phát hiện bằng cảm biến siêu âm và lưu dữ liệu [7].
8
2.1.4.
Máy dò quang học
Một loại máy dò khói hoặc bụi khác dựa trên việc đo sự tán xạ ánh sáng. Máy
dò quang học bao gồm một bộ phát sáng (bóng đèn sợi đốt, đèn LED hồng ngoại hoặc
diode laser) và cảm biến quang, thường là điốt quang hoặc bóng bán dẫn quang . Bộ
phát sáng và máy dò được đặt bên trong một lớp vỏ kín ánh sáng để ngăn chặn bất kỳ
photon nào đến được máy dò từ bộ phát trực tiếp hoặc bằng phản xạ từ các bức tường
bên trong lớp vỏ. Lớp vỏ cũng phải bảo vệ cảm biến quang khỏi ánh sáng xung quanh.
Để đạt được những yêu cầu khó khăn này, bộ phát sáng và cảm biến quang được đặt
bên trong các kênh phát ra và phát hiện riêng lẻ giao nhau tốt nhất là ở góc 90 °[1].
Buồng
Bụi hoặc khói
Bẫy quang
Ánh sáng bị
phân tán
Hướng ánh sáng vào
Hướng ánh sáng đến
cảm biến
Bộ chuyển đổi
Hình 2.8: Máy dò khói quang học
Hình 2.9: Sơ đồ định hướng tán xạ
Với sự hiện diện của không khí sạch bên trong buồng tán xạ, chùm ánh sáng
từ bộ phát không thể đến được cảm biến quang (trong không gian trống, ánh sáng
không thể đi quanh góc) và do đó cảm biến quang tạo ra dòng điện đầu ra rất thấp,
9
được gọi là dòng điện tối. Khi bụi hoặc khói đi vào buồng tán xạ, nó xuất hiện trong
đường đi của chùm ánh sáng và một số ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt theo mọi hướng,
bao gồm cả hướng về phía cảm biến quang [1]. Kênh phát hiện có thể có một gương
ở đầu đối diện để phản xạ một số ánh sáng tán xạ về phía cảm biến quang, do đó làm
tăng độ nhạy của cảm biến.
Ứng dụng của cảm biến quang học có thể dùng trong việc đo lưu lượng nhiên
liệu, cung cấp thông tin về lưu lượng và kiểm soát tiêu thụ nhiên liệu. Cảm biến được
sử dụng trong việc đo lưu lượng khí nạp vào động cơ, tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
2.2.
Cảm biến đo áp suất chất lưu
Áp suất tác động như một biến số trong các hiện tượng liên quan đến chất lỏng
hoặc chất khí, do vậy nó là thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nhiệt động
học, khí động lực học, âm học, cơ học chất lỏng, cơ học đất, lý sinh.
Trong số các ngành công nghiệp khác nhau, các cảm biến áp suất được ứng
dụng nhiều nhất trong lĩnh vực công nghiệp năng lượng. Đó là vì trong các thiết bị
cung cấp năng lượng thủy lực, nhiệt hạt nhân, cần phải đo và theo đội áp suất một
cách liên tục, nếu áp suất vượt quá giới hạn ngưỡng nó sẽ làm hỏng bình chứa và
đường ống dẫn, thậm chí có thể gây nổ làm thiệt hại nghiêm trọng đến cơ sở vật chất
và tính mạng con người.
2.2.1.
Áp suất và đơn vị đo áp suất
Nếu cho một chất lỏng hoặc chất khí (gọi chung là chất lưu) vào trong một
bình chứa nó sẽ gây nên lực tác dụng lên thành bình gọi là áp suất. Áp suất này phụ
thuộc vào bản chất của chất lưu, thể tích mà nó chiếm trước và sau khi đưa vào bình
và vào nhiệt độ [3].
Áp suất p của chất lưu được xác định từ lực dF tác dụng vuông góc lên diện
tích ds của thành bình:
P=
dF
ds
(2.19)
Thương số này không phụ thuộc vào định hướng của bề mặt ds mà chỉ phụ
thuộc vào vị trí của nó trong chất lưu.
10
Nói chung các chất lưu luôn chịu tác động của trọng lực, bởi vậy trong trường
hợp cột chất lưu chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, áp suất ở điểm M cách bề
mặt tự do một khoảng bằng h sẽ bằng áp suất khí quyển po cộng với trọng lượng của
cột chất lưu có chiều cao h tác dụng lên một đơn vị diện tích bề mặt, nghĩa là:
P = po + ρgh
(2.20)
Trong đó ρ là khối lượng riêng của chất lưu, g là gia tốc trong trưởng tại điểm
đo áp suất. Nếu chất lỏng chịu sự tác động của một gia tốc thì cần phải tính đến ảnh
hưởng của lực quán tính đến áp suất cần đo.
Bảng 2.1: Bảng đơn vị đo áp suất
2.2.2.
Cảm biến áp điện
Để chế tạo cảm biến áp suất, cần có hai thành phần thiết yếu: máy dò độ lệch
và bộ phận đàn hồi có diện tích A mà lực F được phân phối. Cả hai thành phần này
đều có thể được chế tạo bằng silicon. Cảm biến áp suất màng silicon bao gồm một
màng ngăn silicon mỏng (màng) có diện tích A, làm vật liệu đàn hồi và các điện trở
đo áp điện được tạo ra bởi các tạp chất khuếch tán vào màng ngăn [1].
Áp suất tĩnh ps được tạo ra bởi lực FN lên diện tích M :
11
ps =
FN
M
(2.21)
Áp suất thủy tĩnh ph là tổng áp suất tĩnh của môi trường xung quanh ps và áp
suất ở dưới cùng của cột chất lỏng đứng yên với mật độ chất lỏng D, chiều cao hf và
dưới trọng lực g:
ph = ps + Dghf
(2.22)
Áp suất động q được định nghĩa là năng lượng trên một đơn vị thể tích của hạt
chất lỏng với mật độ chất lỏng D và tốc độ v:
q=
D 2
v
2
(2.23)
Theo nguyên lí Bernouli, tổng áp suất pt là tổng của thủy tĩnh và áp suất động
và là hằng số không đổi:
pt = ps + Dghf +
D 2
v = const
2
(2.24)
Đối với vật liệu dẫn điện ( thường là kim loại như đồng, nhôm,…) thì sự thảy
đổi điện trở ΔR có thể được viết là:
∆R
= πl σl + πt σt
R
1
πl = −πt = π44
2
(2.25)
(2.26)
Trong đó π1 và πt lần lượt là các hệ số áp điện theo hướng dọc và ngang. Ứng
suất theo hướng dọc và ngang được chỉ định σ1 và σt .
Sự thay đổi điện trở suất tỷ lệ thuận với ứng suất áp dụng và sau đó, áp suất
tác dụng. Các điện trở được đặt trên màng ngăn theo cách có hệ số dọc và ngang của
các cực ngược lại, do đó điện trở thay đổi theo hướng ngược lại
∆R1
∆R 2 1
=−
= π44 (σly − σlx )
R1
R2
2
(2.27)
Khi kết nối R1 và R 2 trong mạch nửa cầu và kích thích cầu có điện áp E, điện
áp đầu ra là
Vout =
1
Eπ (σ − σlx )
4 44 ly
12
(2.28)
Hình 2.10: Vị trí của piezoresistor trên màng ngăn silicon
Một màng ngăn của cảm biến áp suất trong nhiều cảm biến thường rất mỏng
theo thứ tự 1 μm, do đó tính chất cơ học của nó là một yếu tố hạn chế cho áp suất tác
dụng tối đa. Trong các ứng dụng có áp suất rất cao, màng silicon quá yếu để chịu áp
lực trực tiếp như vậy. Do đó, các lực tác dụng lên màng ngăn silicon nên được thu
nhỏ bằng cách sử dụng tấm áp suất trung gian có độ cứng lớn hơn đáng kể. Ví dụ,
trong ngành công nghiệp ô tô để đo áp suất trong động cơ đốt trong, nơi nhiệt độ đạt
2000 ° C và áp suất có thể vượt quá 200 bar, một vỏ cảm biến đặc biệt với tấm áp
suất tỷ lệ có thể được sử dụng. Một vỏ như vậy nên giảm áp lực và bảo vệ chip khỏi
môi trường khắc nghiệt. Hình 2.11 minh họa vỏ trong đó chip nhạy cảm với áp suất
với màng ngăn Si được gia công siêu nhỏ được đặt phía trên tấm thép [1].
Màng silicon
Silicon trung tâm
Lò xo
Tấm thép
Áp suất
Hình 2.11: Chip áp điện bên trong vỏ thép để đo áp suất cao
Áp suất tuyệt đối, áp suất khí quyển được đo đối với buồng chân không tham
13
chiếu. Buồng có thể được đặt ở bên ngoài hoặc có thể được tích hợp trực tiếp vào
cảm biến như hình 2.12. Áp suất chênh lệch, chẳng hạn như giảm áp suất trong lưu
lượng kế chênh lệch áp suất, được đo bằng cách áp dụng đồng thời áp suất lên các
phía đối diện của màng ngăn. Áp suất đo được đo đối với một số loại áp suất tham
chiếu.
Hình 2.12: Mặt cắt lớp vỏ cảm biến áp suất
Thiết kế màng ngăn và máy đo biến dạng giống nhau cho cả ba cấu hình, trong
khi lớp vỏ làm cho chúng khác nhau. Ví dụ, để tạo ra một cảm biến vi sai hoặc đo,
một khuôn silicon được đặt bên trong buồng (hình 2.12) có hai lỗ ở cả hai bên. Để
bảo vệ chúng khỏi môi trường khắc nghiệt, bên trong vỏ có thể được lấp đầy bằng gel
silicon cách ly bề mặt khuôn và liên kết dây, đồng thời cho phép tín hiệu áp suất được
ghép nối với màng ngăn silicon.
Hình 2.13: Ví dụ về vỏ cảm biến áp suất
14
Ứng dụng của cảm biến áp điện thường được dùng trong cảm biến áp suất lốp,
trong hệ thống phun nhiên liệu, nó cung cấp thông tin và điều chỉnh quá trình phun
nhiên liệu hoặc trong hệ thống dẫn động, nó được sử dụng để đo áp suất nhớt trong
hộp số tự động, nó cung cấp thông tin để điều khiển và bảo vệ hệ thống.
2.2.3.
Cảm biến điện dung
Cảm biến áp suất điện dung đặc biệt hiệu quả để đo áp suất thấp. Toàn bộ cảm
biến có thể được chế tạo từ một miếng silicon rắn, do đó tối đa hóa sự ổn định hoạt
động của nó. Màng ngăn có thể được thiết kế để tạo ra sự thay đổi điện dung lên đến
25% trên toàn bộ phạm vi [1]. Các màng ngăn này có thể được bảo vệ chống quá áp
bằng cách bao gồm các điểm dừng cơ học gần hai bên của màng ngăn.
Sự phụ thuộc của điện dung C vào độ dịch chuyển δ của màng:
C=
ε. A
(δ + δo )
(2.29)
Trong đó ε là hằng số điện môi của cách điện điền dầy khe hở giữa các bản
cực, A là diện tích bản cực, δo là khoảng cách giữa các bản cực khi áp suất bằng 0.
Khi thiết kế cảm biến áp suất điện dung, để có độ tuyến tính tốt, điều quan
trọng là phải duy trì độ phẳng của màng ngăn. Theo truyền thống, các cảm biến này
chỉ tuyến tính trên các dịch chuyển ít hơn nhiều so với độ dày của chúng. Một cách
để cải thiện phạm vi tuyến tính là tạo ra một màng ngăn với các nếp gấp bằng cách
áp dụng công nghệ vi gia công. Màng ngăn phẳng thường được coi là nhạy hơn các
màng chắn sóng có cùng kích thước và độ dày [3].
Dây dẫn
Tấm điện dung
Màng dịch chuyển
Phần cách nhiệt
Chất lỏng
Màng cách ly
Phớt làm kín
Hình 2.14: Sơ đồ mặt cắt cảm biến điện dung
15
Cảm biến áp suất điện dung thường được sử dụng để đo áp suất khí hoặc chất
lỏng trong động cơ phản lực, lốp xe hơi, cơ thể con người và nhiều nơi khác. Nhưng
chúng cũng có thể được sử dụng làm cảm biến xúc giác trong các thiết bị đeo được
hoặc để đo áp suất áp dụng cho công tắc hoặc bàn phím.Chúng đặc biệt linh hoạt, một
phần do tính đơn giản cơ học của chúng, vì vậy có thể được sử dụng trong môi trường
đòi hỏi khắt khe. Cảm biến điện dung có thể được sử dụng để đo áp suất tuyệt đối,
đo, tương đối hoặc chênh lệch.
2.2.4.
Cảm biến từ trở thay đổi
Cảm biến từ trở thay đổi (VRP) sử dụng màng ngăn dẫn điện từ để điều chỉnh
điện trở từ. Việc lắp ráp lõi hình chữ E và cuộn dây tạo ra từ thông có đường trường
đi qua lõi, khe hở không khí và màng ngăn [1]. Khi màng ngăn bị lệch, khe hở không
khí tăng hoặc giảm tùy thuộc vào hướng của độ lệch, do đó gây ra sự điều chế độ tự
cảm.
a) Nguyên tắc hoạt động cơ bản
b) Mạch cầu tương đương
Hình 2.15: Nguyên tắc hoạt động của cảm biến từ trở thay đổi
Để chế tạo cảm biến áp suất, một màng ngăn thấm từ tính được kẹp giữa hai
nửa vỏ (Hình 2.15). Mỗi nửa kết hợp một cụm lõi E / cuộn dây. Các cuộn dây được
gói trong một hợp chất cứng để duy trì sự ổn định tối đa dưới áp suất rất cao. Độ dày
của màng ngăn xác định phạm vi hoạt động toàn diện, tuy nhiên, trong hầu hết các
trường hợp, tổng độ võng không vượt quá 25–30 μm khiến thiết bị này rất nhạy cảm
với áp suất thấp. Hơn nữa, do các khoang áp suất mỏng, màng được ngăn chặn vật lý
khỏi bị lệch quá mức trong điều kiện quá áp. Điều này làm cho cảm biến VRP trở
16
thành thiết bị an toàn.
Ứng dụng của cảm biến từ trở thay đổi trên ô tô, ta có thể kiểm tra các bộ phận
của xe, chẳng hạn như động cơ, hộp số và hệ thống treo, về hiệu suất và độ bền. Trong
công nghiệp thì có thể đánh giá hiệu suất của máy, chẳng hạn như động cơ, tuabin và
hộp số, để phát hiện và ngăn ngừa các hỏng hóc tiềm ẩn.
2.2.5.
Cảm biến áp suất quang học
Cảm biến áp suất quang học phát hiện sự thay đổi áp suất thông qua hiệu ứng
lên ánh sáng. Các cảm biến áp suất quang học có thể được thiết kế với sợi quang ,
điều này làm cho chúng đặc biệt hữu ích cho viễn thám nơi nhiễu tần số vô tuyến gây
ra vấn đề nghiêm trọng. Đặc biệt hứa hẹn là các cảm biến hoạt động với hiện tượng
nhiễu ánh sáng.
Hình 2.16: Sơ đồ cảm biến áp suất quang học
Cảm biến bao gồm các thành phần thiết yếu sau: chip áp suất quang thụ động
với màng ngăn (màng) được khắc trong silicon, diode phát sáng (LED) và chip dò.
Một chip áp suất tương tự như cảm biến áp suất điện dung, ngoại trừ một tụ điện được
thay thế bằng một khoang quang học tạo thành giao thoa kế Fabry-Perot đo độ lệch
của màng ngăn. Một màng ngăn đơn tinh thể khắc ngược trên chip silicon được phủ
một lớp kim loại mỏng và một tấm thủy tinh với một lớp kim loại ở mặt sau của nó.
Kính được ngăn cách với chip silicon bởi khoảng cách của một khoảng cách w. Hai
17
lớp kim loại tạo thành một giao thoa kế FP có khe hở thay đổi với gương di động
nhạy cảm với áp suất (trên màng ngăn) và gương trong suốt cố định song song (trên
kính). Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên phép đo điều chế bước sóng của
ánh sáng phản xạ và truyền đi tùy thuộc vào chiều rộng w của khoang FP [1].
Chip dò hoạt động như một bộ giải điều chế bằng cách tạo ra các tín hiệu điện
đại diện cho áp suất áp dụng. Nó thực hiện so sánh quang học của khoang cảm biến
với một khoang ảo được hình thành bởi sự chênh lệch chiều cao giữa hai bộ lọc FP.
Nếu cả hai khoang giống nhau, máy dò tạo ra dòng quang tối đa và khi áp suất thay
đổi, dòng quang được điều chế cosin với chu kỳ được xác định bằng một nửa bước
sóng trung bình của nguồn sáng. Điốt quang không có bộ lọc FP đóng vai trò như
một diode tham chiếu , theo dõi tổng cường độ ánh sáng đến máy dò. Tín hiệu đầu ra
của nó được sử dụng để xử lý thông tin theo tỷ lệ.
Cảm biến áp suất quang học thường được ưa chuộng vì chúng có độ chính xác
cao, khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt và không bị ảnh hưởng bởi điện từ
ngoại vi. Chúng thường được dùng trong các ngành y học, ngành công nghiệp điện
tử và viễn thông hay ngành công nghiệp ô tô dùng để đo áp suất hoặc các ứng dụng
khác trong ô tô để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
2.3.
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị hoặc cảm biến được sử dụng để đo lường
hoặc theo dõi nhiệt độ trong môi trường xung quanh. Các cảm biến nhiệt độ thường
được tích hợp vào các thiết bị, hệ thống, hoặc thiết bị khác để giám sát và điều khiển
nhiệt độ. Các phương pháp cảm biến khác nhau được sử dụng như là: nhiệt điện trở,
bán dẫn, quang học, âm thanh và áp điện. Để đo nhiệt độ, cảm biến phải được ghép
nhiệt với vật thể.
2.3.1.
Trao đổi nhiệt
Dòng chảy chất lưu có những đặc trưng quan trọng như vận tốc, khối lượng
riêng, áp suất và nhiệt độ. Vận tốc dòng chảy là tốc độ mà chất lưu di chuyển qua một
vị trí cụ thể trong một khoảng thời gian. Nó có thể biểu thị sự nhanh chậm của dòng
chảy và tác động đến lượng chất lưu vận chuyển trong một đơn vị thời gian.
18
Dòng chảy có thể một pha hoặc nhiều pha tùy thuộc vào tính chất và thành
phần của chất lưu đó. Dòng chảy một pha chỉ chứa một pha duy nhất, ví dụ như nước
trong dòng chảy sông, khí trong dòng chảy không khí. Dòng chảy nhiều pha bao gồm
nhiều pha, ví dụ như hỗn hợp nước, hơi và đá trong quá trình chảy nham thạch, hoặc
hỗn hợp nước, dầu và khí trong dòng chảy sản phẩm dầu khí.
Tính chất vật lý của dòng chảy tại một điểm có thể thay đổi hoặc không thay
đổi theo thời gian. Khi chất lưu di chuyển mượt mà và có lớp chất lưu song song
không giao thoa thì đó là dòng chảy theo lớp và còn ngược lại là dòng chảy rối.
Trường hợp dòng chảy không nén và đẳng nhiệt:
Dòng chảy chất lưu không nén và đẳng nhiệt là một loại dòng chảy trong đó
chất lưu không thay đổi khối lượng riêng (không bị nén) và nhiệt độ của chất lưu
không thay đổi trong quá trình dòng chảy, chỉ cần một thông số không thứ nguyên
cũng đủ để xác định dòng chảy, đó là số Reynolds Re:
Re =
ρVL VL
=
μ
v
(2.30)
Trong đó:
-
ρ là mật độ chất lỏng (kg/m3 )
-
V là vận tốc đặc trưng của dòng chảy m/s2
-
L là kích thước đặc trưng
-
μ là độ nhớt động của chất lỏng
-
v là độ nhớt động học
Đối với những điều kiện giới hạn hoàn toàn giống nhau về mặt hình học, hai
dòng chảy không nén và đẳng nhiệt được coi là giống nhau nếu chúng có thông số
Reynolds bằng nhau [1]. Xét hai dòng chảy trong hai ống có độ nhám phía trong
thành ống như nhau và đường kính tương ứng bằng L1 và L2 . Vận tốc dòng chảy (lưu
lượng) là V1 ,V2 và độ nhớt là v1 , v2 . Để thỏa mãn điều kiện Re1 =Re2 thì:
V1 L1 V2 L2
=
v1
v2
(2.31)
Như vậy, nếu biết vận tốc v1 ở điểm cách thành ống thứ nhất trong khoảng
x1 thì có thể xác định được vân tốc v2 ở thành ống thứ hai một khoảng x2 = x1 (L2 /L1 )
19
từ biểu thức:
v1
v2
=
V1
V2
Cũng như vậy, có thể coi v1 /V1 là hàm của số Reynolds
v1
= f(Re)
V1
(2.32)
(2.33)
Nghĩa là một cách tổng quát, mỗi đại lượng không thứ nguyên liên quan đến
dòng chảy đều có thể biểu diễn dưới dạng hàm số phụ thuộc vào số Reynolds của
dòng chảy đó.
Dòng chảy một pha có thể là dòng chảy theo lớp hoặc dòng rối, điều này phụ
thuộc vào số Reynolds. Trong một đường ống dẫn có tiết diện tròn, dòng chảy trở
thành dòng rối nếu có số Reynolds lớn hơn 2200.
Trong trường hợp phức tạp hơn khi nhiệt độ và khối lượng riêng thay đổi, số
thông số cần thiết để mô tả một đại lượng A bổ sung sẽ tăng lên. Thí dụ, với chất khí
có vận tốc lớn:
A=f(Re,Ma)
(2.34)
Trong đó Ma = V1 /c, c = √γrT là vận tốc âm với γ = Cp/Cv ( tỷ số giữa nhiệt
dung riêng ở áp suất không đổi và thể tích cố định , trong không khí γ = 1,4), r là
hằng số chất khí lý tưởng và T là nhiệt độ tuyệt đối.
2.3.2.
Tham chiếu nhiệt độ
Khi một cảm biến nhiệt độ được thiết kế và chế tạo, điều cần thiết là phải đảm
bảo độ chính xác của nó – mức tham chiếu của phản ứng với các tiêu chuẩn nhiệt độ
đã thiết lập. Do đó, để hiệu chuẩn bất kỳ cảm biến nhiệt độ nào, cần có tham chiếu
chính xác. Thông thường, cảm biến tham chiếu là một đầu dò rất ổn định, do đó, phải
được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn tham chiếu cao hơn nữa. Thang đo hiệu chuẩn phụ
thuộc vào tiêu chuẩn đã chọn.
20
Bảng 2.2: Thông số nhiệt độ tham chiếu
Nhiệt độ tham chiếu
℃
Nhiệt độ đông lạnh của thủy ngân
-38.836
Nhiệt độ đông lạnh của nước
0.00
Nhiệt độ đông lạnh của axit benzoic
122.37
Nhiệt độ đông lạnh của INDIUM
156.634
Nhiệt độ đông lạnh của TIN
231.968
Nhiệt độ đông lạnh của BISMUTH
271.442
Nhiệt độ đông lạnh của CADMIUM
321.108
Nhiệt độ đông lạnh của LEAD
327.502
Nhiệt độ đông lạnh của ZINC
419.58
Nhiệt độ đông lạnh của ANTIMONY
630.755
Nhiệt độ đông lạnh của ALUMINUM
660.46
Nhiệt độ đông lạnh của bạc
961.93
Nhiệt độ đông lạnh của vàng
1064.43
Nhiệt độ đông lạnh của COPPER
1084.88
Nhiệt độ đông lạnh của NIKEL
1455
Nhiệt độ đông lạnh của PALLADIUM
1554
Nhiệt độ đông lạnh của PLATINUM
1769
2.3.3.
Nhiệt điện trở kim loại
Nhà vật lý Sir Humphry Davy đã lưu ý ngay từ năm 1821 rằng điện trở của
các kim loại khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhà phát minh và kỹ sư người Anh Sir William Siemens, vào năm 1871, lần đầu tiên phác thảo việc sử dụng nhiệt kế
điện trở bạch kim. Ưu điểm của cảm biến nhiệt trở là sự đơn giản của các mạch giao
diện, độ nhạy và sự ổn định lâu dài.
Phương trình cho phép xấp xỉ bậc 2 phù hợp nhất cho bạch kim. Trong công
nghiệp, người ta thường sử dụng các xấp xỉ riêng biệt cho nhiệt độ lạnh và nóng. Các
xấp xỉ Callendar-van Dusen đại diện cho xấp xỉ của các hàm truyền bạch kim [1]:
21
Đối với phạm vi từ −200 đến 0 °C
R t = R o [1 + At + Bt 2 + Ct 3 (t − 100°)]
(2.35)
Đối với phạm vi từ 0 °C đến 630°C
R t = R o [1 + At + Bt 2 ]
(2.36)
Nhiệt điện trở kim loại thường có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại
có điện trở suất thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Dựa vào dải nhiệt độ cần do và các tính
chất môi trường người ta thường làm điện trở bằng platin, niken. Đôi khi cũng sử
dụng đồng và vonfram.
Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ chính xác của các
đặc tính điện của nó. Ngoài ra platin còn trở về hóa học và ổn định tính thổ, cho phép
hoạt động tốt trong dài nhiệt độ rộng từ -200°C 1000°C.
Niken có độ nhạy nhiệt cao hơn nhiều so với platin. Điện trở của niken ở 100°C
lớn gấp 1,617 lần so với giá trị ở 0C, trong khi đó đổi với platin độ chênh này chỉ
bằng 1,385. Tuy vậy niken có hoạt tính hóa học cao, dễ bị oxy hóa khi nhiệt độ tăng
do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó hạn chế dưới 250°C.
Đồng cũng được sử dụng trong một số trường hợp vì sự thay đổi nhiệt độ của
đồng có độ tuyến tính cao. Do hoạt tính hóa học của đồng lớn nên dài làm việc của
đồng bị hạn chế dưới 180°C.
Vonfram có độ nhạy nhiệt cao hơn platin khi nhiệt độ dưới 100°C và có độ
tuyến tính tốt hơn. Từ Vonfram có thể chế tạo các sợi mảnh, tuy nhiên áp suất tạo ra
khi kéo sợi Vonfram rất khó bị triệt tiêu.
Để đạt được độ nhạy cao, điện trở phải lớn, muốn vậy cần giảm tiết điện và
tăng chiều dài dây. Tuy nhiên để có độ bền cơ học tốt các nhiệt điện trở kim loại có
trị số điện trở R vào khoảng 100Ω ở 0°C. Thực tế các điện trở thương phẩm thường
có điện trở ở °C là 50, 500, 1000Ω. Các nhiệt điện trở có trị số lớn thường dùng do ở
dài nhiệt độ thấp, ở đó cho phép thu được độ nhạy tốt. Để sử dụng cho mục đích công
nghiệp các nhiệt điện trở có vỏ bọc tốt, chống được va chạm và rung mạnh.
Cảm biến này được sử dụng trong ô tô để tính toán nhiệt độ động cơ, cảm biến
mức dầu và cảm biến nhiệt độ không khí nạp. Trong điện tử công suất, máy tính, điện
22
tử tiêu dùng, xử lý và chế biến thực phẩm, điện tử công nghiệp, điện tử y tế, quân sự
và hàng không vũ trụ.
2.3.4.
Cảm biến nhiệt độ gốm
Một nhiệt điện gốm thường được làm bằng vật liệu gốm hoặc polymer. Nhiệt
điện trở có hai loại thường thấy đó là nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở dương
(PTC) và nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện âm (NTC). Nhiệt điện trở gốm thường
được sử dụng làm đầu dò cảm biến cực ký chính xác trong việc phát hiện nhiệt độ.
a) Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện âm (NTC)
Nếu điện trở của nhiệt điện trở R o ở nhiệt độ hiệu chuẩn To được biết đến, thì
mối quan hệ điện trở-nhiệt độ (hàm truyền) được biểu thị như sau:
Rt = Roe
1 1
β( − )
T To
(2.37)
Phương trình trên là mô hình nhiệt điện trở phổ biến và được sử dụng rộng rãi
nhất. Một lợi thế rõ ràng của mô hình này là cần hiệu chỉnh nhiệt điện trở chỉ tại một
điểm ( R o tại To ) [1]. Tuy nhiên, điều này giả định rằng giá trị của β đã được biết,
nếu không, cần phải hiệu chuẩn hai điểm để tìm giá trị của β:
R1
Ro
β=
1
1
( − )
T1 To
ln
(2.38)
Trong đó To và R o , T1 và R1 là hai cặp nhiệt độ và điện trở tương ứng tại hai
điểm hiệu chuẩn trên đường cong.
Beta (β) chỉ định độ cong nhiệt điện trở, nhưng nó không mô tả trực tiếp độ
nhạy của nó, đó là hệ số nhiệt độ âm, α có thể được tìm thấy bằng cách phân biệt và
chuẩn hóa
αr =
1 dR t
β
=− 2
R t dT
T
(2.39)
Độ nhạy αr phụ thuộc vào cả hai: beta và nhiệt độ. Là một cảm biến phi tuyến
tính cao, nhiệt điện trở nhạy hơn nhiều ở nhiệt độ thấp hơn trong khi độ nhạy của nó
giảm nhanh khi nhiệt độ tăng.
Nói chung, nhiệt điện trở gốm NTC có thể được phân thành ba nhóm chính
23
tùy thuộc vào phương pháp chế tạo chúng. Nhóm đầu tiên bao gồm các nhiệt điện trở
loại hạt. Các hạt có thể để trần, hoặc phủ bằng thủy tinh (Hình 2.17), epoxy, hoặc
đóng gói trong một chiếc áo khoác kim loại. Nhiều hạt trong số này có dây dẫn hợp
kim bạch kim, được thiêu kết vào thân gốm. Bạch kim được lựa chọn chủ yếu vì nó
kết hợp tính dẫn điện tốt với độ dẫn nhiệt không tốt. Khi chế tạo, một phần nhỏ oxit
kim loại hỗn hợp với chất kết dính phù hợp được đặt lên dây dẫn song song, chịu lực
căng nhẹ. Sau khi hỗn hợp đã được để khô, hoặc đã được thiêu kết một phần, sợi hạt
được lấy ra khỏi vật cố định hỗ trợ và đặt để thiêu kết cuối cùng vào lò hình ống. Oxit
kim loại co lại trên dây dẫn trong quá trình nung này và tạo thành một liên kết điện
mật thiết. Sau đó, các hạt được cắt riêng từ sợi, và cho một lớp phủ thích hợp.
Hình 2.17: Các loại hình dạng của nhiệt điện trở
Một loại nhiệt điện trở khác là nhiệt điện trở chip với các tiếp điểm bề mặt cho
dây dẫn hoặc hàn trực tiếp lên bảng mạch. Thông thường, các chip được chế tạo bằng
quy trình đúc băng, với việc phun, sơn hoặc kim loại hóa chân không tiếp theo của
các điện cực bề mặt. Các chip được cắt hoặc cắt thành hình học mong muốn. Nếu
muốn, các chip có thể được nghiền để đáp ứng dung sai cần thiết. Loại nhiệt điện trở
thứ ba được chế tạo bằng cách lắng đọng vật liệu bán dẫn trên chất nền phù hợp,
chẳng hạn như thủy tinh, alumina, silicon, v.v. Những nhiệt điện trở này thích hợp
hơn cho các cảm biến tích hợp và cho một lớp máy dò hồng ngoại nhiệt đặc biệt. Bất
cứ khi nào cần thời gian phản hồi nhanh, nhiệt điện trở hạt được ưu tiên hơn: tuy
nhiên, chúng đắt hơn loại chip.
b) Nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện dương
Hầu hết các nhiệt điện trở PTC được thiết kế với gốm đa tinh thể pha tạp bao
gồm BaTiO3 (bari titanate) và các hợp chất khác. Những vật liệu này có đặc tính,
nghĩa là ở một nhiệt độ tới hạn cụ thể, điện trở sẽ tăng đột ngột. Vật liệu bari titanat
24
(BTO) là sắt điện trong đó hằng số điện môi của nó thay đổi theo nhiệt độ.
Các nhiệt điện trở này có sẵn trong ba loại dựa trên cấu trúc, vật liệu và bộ xử
lý sản xuất như chuyển mạch gốm, silicon silistor và PPTC polymer.
Loại nhiệt điện trở này chủ yếu bao gồm các silistor, sử dụng vật liệu bán dẫn
silicon. Đây là những thiết bị tuyến tính cho thấy điện trở PTC (hệ số nhiệt độ dương)
đáng kể. Khi nhiệt độ vượt quá 150°C, thì chúng sẽ hiển thị NTC (hệ số nhiệt độ âm).
Các nhiệt điện trở này được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ PTC do đặc tính tuyến
tính của chúng và cũng để bù nhiệt độ.
Loại thứ hai là nhiệt điện trở PTC chuyển mạch gốm, có đường cong nhiệt độ
điện trở cực kỳ phi tuyến. Một khi nhiệt điện trở này bị kích thích thì điện trở sẽ giảm
ban đầu, cho đến khi đạt đến mức nhiệt độ cố định. Một khi nhiệt độ được tăng lên
trên mức cố định, thì điện trở sẽ được tăng lên triệt để. Loại nhiệt điện trở này được
sử dụng rộng rãi trong các cảm biến, lò sưởi PTC và cũng để bảo vệ nhiệt độ, dòng
điện, độ trễ thời gian và bù nhiệt độ.
Nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ dương polymer hoặc nhiệt điện trở PPTC còn
được gọi là cầu chì có thể đặt lại vì chúng thể hiện hiệu ứng PTC phi tuyến. Loại
nhiệt điện trở này là một thiết bị được kích hoạt nhiệt, vì vậy bất kỳ biến động nào
trong nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ có ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt điện trở.
Chúng thường được sử dụng trong hai chế độ hoạt động dựa trên ứng dụng như chế
độ tự làm nóng và chế độ cảm biến.
-
Chế độ tự làm nóng :
Khi nhiệt điện trở PTC được sử dụng ở chế độ tự gia nhiệt, dòng điện bắt đầu
chạy khắp nhiệt điện trở. Một khi nó được làm nóng, nó đạt đến một mức nhiệt độ tới
hạn và điện trở sẽ được tăng lên đáng kể. Bằng cách này, nó hoạt động ở chế độ này,
vì vậy nó có thể được sử dụng như một bộ điều chỉnh hoặc cắt bỏ an toàn.
-
Chế độ cảm biến:
Ở chế độ cảm biến, một lượng nhỏ nguồn cung cấp dòng điện được truyền qua
toàn bộ nhiệt điện trở và thiết bị. Nhiệt điện trở phát hiện nhiệt độ ở khu vực xung
quanh. Bằng cách duy trì dòng điện đến mức nhỏ nhất, hiệu ứng tự làm nóng sẽ không
25
đáng kể và nhiệt độ xung quanh sẽ chỉ ảnh hưởng đến thiết bị. Khi môi trường xung
quanh làm nóng thiết bị, sau đó nó đạt đến điểm nhiệt độ tới hạn thì điện trở sẽ tăng
đáng kể.
Các ứng dụng của nhiệt điện trở PTC thường được sử dụng trong nguồn nhiệt
tự điều chỉnh, bảo vệ các mạch điện khỏi quá dòng và còn được dùng trong việc đo
lường và kiểm soát nhiệt độ.
Máy dò nhiệt độ điện trở (còn được gọi là cảm biến RTD) rất giống với nhiệt
điện trở. Cả RTD và nhiệt điện trở đều có điện trở khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ.
Sự khác biệt chính giữa hai loại là loại vật liệu mà chúng được tạo ra. Nhiệt điện trở
thường được làm bằng vật liệu gốm hoặc polymer trong khi RTD được làm bằng kim
loại nguyên chất. Về hiệu suất, nhiệt điện trở sẽ hơn hẳn RTD ở hầu hết các khía
cạnh. Nhiệt điện trở chính xác hơn, rẻ hơn và có thời gian phản hồi nhanh hơn RTD.
Nhược điểm thực sự duy nhất của nhiệt điện trở so với RTD là khi nói đến phạm vi
nhiệt độ. RTD có thể đo nhiệt độ trong phạm vi rộng hơn so với nhiệt điện trở.
2.3.5.
Cảm biến nhiệt điện
Một cảm biến tiếp xúc nhiệt điện được gọi là cặp nhiệt điện vì ít nhất hai dây
dẫn không giống nhau (một cặp) được nối với nhau để tạo thành một điểm nối. Tuy
nhiên, ít nhất hai trong số các mối nối này là cần thiết để tạo ra một cảm biến thực tế.
Cặp nhiệt điện là một cảm biến thụ động, có nghĩa là nó tạo ra điện áp để đáp ứng với
nhiệt độ và không yêu cầu bất kỳ công suất kích thích bên ngoài nào.
a) Định luật nhiệt điện
Đối với các mục đích thực tế, một kỹ sư ứng dụng phải quan tâm đến ba định
luật cơ bản thiết lập các quy tắc cơ bản để kết nối đúng cặp nhiệt điện [1]. Lưu ý rằng
một mạch điện tử giao diện phải luôn được kết nối với hai dây dẫn giống hệt nhau,
nếu không hai cặp nhiệt điện ký sinh sẽ được hình thành tại mạch và gây ra lỗi.
26
Hình 2.18: Minh họa cho các định luật nhiệt điện
Định luật số 1: Một dòng nhiệt điện không thể được thiết lập trong một mạch
đồng nhất chỉ bằng nhiệt. Định luật này quy định rằng một vật liệu không đồng nhất
là cần thiết để tạo ra tiềm năng Seebeck. Nếu một dây dẫn đồng nhất, bất kể sự phân
bố nhiệt độ dọc theo chiều dài của nó, điện áp kết quả bằng không. Điểm nối của hai
dây dẫn khác nhau cung cấp một điều kiện để tạo điện áp.
Định luật số 2: Tổng đại số của các lực nhiệt điện trong một mạch bao gồm
bất kỳ số nào và tổ hợp các vật liệu khác nhau bằng không nếu tất cả các điểm nối ở
nhiệt độ đồng đều. Định luật quy định rằng một vật liệu bổ sung C có thể được đưa
vào bất kỳ nhánh nào của vòng nhiệt điện mà không ảnh hưởng đến điện áp kết quả
V1 miễn là cả hai khớp bổ sung ở cùng nhiệt độ, T3 trong Hình 2.18.
Định luật số 3: Định luật cho phép hiệu chỉnh cặp nhiệt điện ở một khoảng
nhiệt độ và sau đó sử dụng nó ở một khoảng thời gian khác. Nó cũng cung cấp rằng
các dây mở rộng của cùng một tổ hợp có thể được chèn vào vòng lặp mà không ảnh
hưởng đến độ chính xác.
27
Hình 2.19: Mạch đơn giản và mạch tương đương của cặp nhiệt điện
b) Mạch đo
Trước đây, cặp nhiệt điện thường được sử dụng với một điểm nối lạnh tham
chiếu ngâm vào bồn nước đá tan chảy để duy trì nhiệt độ của nó ở 0°C. Điều này thể
hiện hạn chế nghiêm trọng đối với nhiều mục đích sử dụng thực tế. Một điểm nối
"lạnh" có thể được duy trì ở bất kỳ nhiệt độ nào, kể cả môi trường xung quanh, miễn
là nhiệt độ đó được biết chính xác.
❖ Mạch tách dây
Hình 2.19 cho thấy kết nối của cặp nhiệt điện với mạch điện tử trong đó một
trong các dây nhiệt điện bị cắt và hai dây đồng được đưa vào bộ tách. Các dây đồng
được kết nối với bộ khuếch đại. Bộ cân bằng nhiệt được nối nhiệt với cảm biến tham
chiếu nhiệt độ tuyệt đối. Bộ cân bằng có thể là một khối đồng hoặc nhôm.
Để tính toán nhiệt độ tuyệt đối của điểm nối nóng (Th ) từ cảm biến cặp nhiệt
điện, về cơ bản cần có hai tín hiệu [1]. Đầu tiên là điện áp cặp nhiệt điện từ bộ khuếch
đại có độ lợi G, và cái còn lại là điện áp đầu ra cảm biến tham chiếu Vr . Điện áp đầu
ra của bộ khuếch đại là:
V = G(eh − ec ) = GαT (To − Tr )
(2.40)
Trong đó αT [V / K] là hệ số nhiệt điện chênh lệch và Tr là nhiệt độ tham
chiếu được đo bằng cảm biến tham chiếu. Do đó, nhiệt độ của vật thể được tính như
sau:
28
To =
V
+ Tr
Gα
(2.41)
Tín hiệu từ cả bộ tiền khuếch đại và cảm biến tham chiếu có thể được số hóa
và sử dụng bởi bộ vi xử lý tín hiệu để tính tổng với các hệ số tỷ lệ thích hợp.
❖ Mạch nối tách
Một dây có thể được đưa vào một điểm nối để tạo thành hai mối nối nữa mà
không ảnh hưởng đến độ chính xác, miễn là các mối nối mới hình thành ở cùng nhiệt
độ. Mạch cặp nhiệt điện cơ bản được minh họa trong Hình 2.20 (bên trái) trong đó
các điểm nối nóng và lạnh của hai kim loại khác nhau A và B lần lượt được đặt trên
vật thể có nhiệt độ To và trên khối đẳng nhiệt (bộ cân bằng nhiệt) có nhiệt độ tham
chiếu Tr . Ở phía bên phải của Hình 2.20, điểm nối lạnh (tham chiếu) được tách ra và
hai dây đồng được chèn vào để tạo thành hai điểm nối lạnh [1]. Điều này sẽ không
ảnh hưởng đến các tín hiệu nhiệt điện miễn là hai điểm nối lạnh ở cùng nhiệt độ..
Vật thể
Điểm
lạnh
Khối
đẳng
nhiệt
Điểm
nóng
Vật thể
Khối
đẳng
nhiệt
Điểm
lạnh
Điểm
nóng
Hình 2.20: Mạch nối tách
Vật thể
Ch
Alu
Điểm
nóng
Điểm
lạnh
Điểm
nóng
Bộ khuếch đại
Khối
đẳng
nhiệt
Cảm biến
nhiệt độ
Hình 2.21: Điện áp từ cặp nhiệt điện và cảm biến tham chiếu được xử lý bởi ADC
Thêm cặp nhiệt điện và điện áp tham chiếu không nhất thiết phải được thực
hiện bởi máy tính. Hình 2.22 minh họa một khái niệm về việc thêm điện áp tương tự
29
từ cặp nhiệt điện và cảm biến nhiệt độ tham chiếu để thu được tín hiệu đầu ra. Cặp
nhiệt điện và điện áp tham chiếu được kết nối nối tiếp. Khi cộng điện áp, độ nhạy
nhiệt độ (Volt trên mỗi độ) của cặp nhiệt điện và cảm biến tham chiếu phải được khớp
chặt chẽ.
Khối
đẳng
nhiệt
Vật thể
Điểm
nóng
Bộ khuếch đại
Điểm
lạnh
Điểm
nóng
Hình 2.22: Kết hợp cặp nhiệt điện và mạch tích hợp tham chiếu
c) Cảm biến cặp nhiệt điện
Một cụm cảm biến cặp nhiệt điện hoàn chỉnh thường bao gồm một hoặc nhiều
điều sau đây: cụm phần tử cảm biến, ống bảo vệ, nguồn nhiệt, đầu cuối (các tiếp điểm
có thể ở dạng loại vít, loại mở, cắm và ngắt kết nối giắc cắm, đầu nối loại tiêu chuẩn
quân sự, v.v.). Một số cụm cặp nhiệt điện điển hình được thể hiện trong Hình 2.23a–
d. Các dây có thể được để trần, hoặc được cung cấp bộ cách ly điện. Nếu dây cặp
nhiệt điện không được cách ly điện, có thể xảy ra lỗi đo [1]. Cách nhiệt bị ảnh hưởng
xấu bởi độ ẩm, mài mòn, uốn, nhiệt độ cực đoan, tấn công hóa học và bức xạ hạt
nhân.
30
Hình 2.23: Một số cụm cặp nhiệt điện
Các loại vật liệu cách nhiệt linh hoạt cơ bản để sử dụng ở nhiệt độ cao là sợi
thủy tinh, silica sợi và amiăng. Ngoài ra, cặp nhiệt điện phải được bảo vệ khỏi bầu
không khí không tương thích với hợp kim. Các ống bảo vệ phục vụ mục đích kép là
bảo vệ cặp nhiệt điện chống lại thiệt hại cơ học và xen kẽ một lá chắn giữa dây và
môi trường. Các ống bảo vệ có thể được làm bằng thép carbon (lên đến 540 ° C trong
môi trường oxy hóa), thép không gỉ (lên đến 870 ° C), thép không gỉ sắt (AISI 400
series), hợp kim niken cao, Nichrom, 7 Inconel, 8 vv (lên đến 1150 ° C trong khí
quyển oxy hóa) [1]. Trong khi các dây nhiệt điện phải được cách ly và cách điện tốt
với nhau và với môi trường, mối nối nóng vẫn phải nằm trong một khớp nối nhiệt
mật thiết với đối tượng đo.
Ứng dụng của cặp nhiệt điện thường được dùng trong việc đo nhiệt độ trong
động cơ, nó cung cấp thông tin và góp phần vào việc điều khiển. Đo nhiệt độ khí thải
và đóng vai trò thiết yếu trong vòng điều khiển. Cảm biến còn có thể đo nhiệt độ khối
phanh và đĩa vì nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống phanh hiệu quả.
2.4.
Cảm biến vị trí, dịch chuyển và đo mức
2.4.1.
Cảm biến điện từ
2.4.1.1. Cảm biến cảm ứng
Một thiết bị cảm biến vị trí điện từ khác được gọi là cảm biến tiệm cận cảm
ứng ngang. Nó rất hữu ích để cảm nhận sự dịch chuyển tương đối nhỏ của vật liệu sắt
từ. Như tên của nó, cảm biến đo khoảng cách đến một vật thể làm thay đổi từ trường
trong cuộn dây. Độ tự cảm cuộn dây được đo bằng mạch điện tử bên ngoài (Hình
31
2.24). Nguyên tắc tự cảm ứng là nền tảng cho hoạt động của cảm biến này. Khi nó di
chuyển vào vùng lân cận của một vật thể sắt từ, từ trường thay đổi, do đó làm thay
đổi độ tự cảm của cuộn dây [1]. Ưu điểm của cảm biến là nó là một thiết bị không
tiếp xúc có sự tương tác với vật thể chỉ thông qua từ trường. Một hạn chế rõ ràng là
nó chỉ hữu ích cho các vật thể sắt từ ở khoảng cách tương đối ngắn.
Vật liệu sắt từ
Cuộn dây
Thiết bị đo
Lõi
Hình 2.24: Cảm biến tiệm cận cảm ứng ngang
Để khắc phục giới hạn chỉ đo vật liệu sắt, một đĩa sắt từ được gắn vào vật thể
dịch chuyển trong khi cuộn dây có vị trí đứng yên. Ngoài ra, cuộn dây có thể được
gắn vào vật thể và lõi đứng yên. Cảm biến này chỉ hữu ích để đo các dịch chuyển nhỏ,
vì độ tuyến tính của nó kém so với LVDT. Độ lớn của tín hiệu đầu ra dưới dạng hàm
khoảng cách đến đĩa được hiển thị trong hình 2.26b.
Đĩa sắt từ
Cuộn dây
Hình 2.25: Cảm biến cảm ứng với đĩa sắt từ và tín hiệu đầu ra
32
Ứng dụng của cảm biến cảm ứng ngang dùng để hỗ trợ đỗ xe, cảnh báo điểm
mù, hỗ trợ làn đường và hỗ trợ tránh va chạm.
2.4.2.
LVDT và RVDT
Vị trí và dịch chuyển có thể được cảm nhận bằng phương pháp cảm ứng điện
từ. Từ thông giữa hai cuộn dây bị thay đổi bởi chuyển động của một vật thể và sau
đó được chuyển đổi thành điện áp. Sự sắp xếp cơ bản của một đầu dò chứa ít nhất hai
cuộn dây chính và phụ. Cái sơ cấp mang kích thích xoay chiều (V ref) tạo ra điện áp
AC ổn định trong cuộn dây thứ cấp. Biên độ cảm ứng phụ thuộc vào thông lượng
giữa các cuộn dây.
Hình 2.26: Sơ đồ mạch của cảm biến LVDT
Cuộn dây sơ cấp được điều khiển bởi sóng hình sin có biên độ ổn định. Tín
hiệu AC được tạo ra trong các cuộn dây thứ cấp. Một lõi làm bằng vật liệu sắt từ được
chèn đồng trục vào lỗ hình trụ mà không cần chạm vào cuộn dây. Khi lõi được đặt ở
tâm, tín hiệu đầu ra thứ cấp sẽ cân bằng và không có điện áp đầu ra. Di chuyển lõi ra
khỏi vị trí trung tâm làm mất cân bằng tỷ lệ từ thông cảm ứng giữa các lõi thứ cấp.
Khi lõi di chuyển, độ tự cảm thay đổi. Do đó, mức độ phụ thuộc vào vị trí trục của
lõi. Ở trạng thái ổn định, biên độ của điện áp cảm ứng tỷ lệ thuận, trong vùng hoạt
động tuyến tính, với sự dịch chuyển lõi. Do đó, điện áp có thể được sử dụng làm
thước đo độ dịch chuyển. LVDT cung cấp hướng cũng như độ lớn của dịch chuyển.
Hướng được xác định bởi góc pha giữa điện áp sơ cấp (tham chiếu) và điện áp thứ
cấp. Điện áp kích thích được tạo ra bởi một bộ dao động ổn định. Để minh họa cách
33
thức hoạt động của cảm biến, cho thấy LVDT được kết nối với một máy dò đồng bộ
chỉnh lưu sóng hình sin và trình bày nó ở đầu ra dưới dạng tín hiệu DC. Máy dò đồng
bộ bao gồm một bộ chuyển kênh (MUX) và một máy dò chuyển đổi sóng hình sin
thành các xung vuông tương thích với đầu vào điều khiển của bộ ghép kênh. Một pha
của máy dò zero-crossing nên được cắt cho đầu ra bằng không ở vị trí trung tâm của
lõi [1]. Điện áp đầu ra thể hiện khoảng cách lõi từ trung tâm và ở phía nào.
Hình 2.27: Sơ đồ mạch đơn giản hóa giao diện cho cảm biến LVDT
RVDT hoạt động theo nguyên tắc tương tự như LVDT, ngoại trừ lõi sắt từ
quay được sử dụng. Việc sử dụng chính cho RVDT là đo các dịch chuyển góc. Phạm
vi đo tuyến tính điển hình là khoảng ±40 ° với sai số phi tuyến khoảng 1%.
LVDT và RVDT có thể được sử dụng để đo và kiểm soát vị trí và biến dạng
của các bộ phận treo trên ô tô, như hệ thống trục và bộ phận giảm chấn. Thông qua
việc đo và phản hồi vị trí, hệ thống treo có thể điều chỉnh và tương thích với điều kiện
đường bumpy để cung cấp sự thoải mái và ổn định cho hành khách hoặc có thể được
sử dụng để đo và theo dõi góc quay của bánh lái trong hệ thống lái. Thông qua việc
cung cấp thông tin về góc quay, RVDT giúp hệ thống lái điều khiển chính xác và
đáng tin cậy, tạo ra sự ổn định và đáp ứng tốt cho người lái.
34
2.4.3.
Cảm biến điện trở từ
Những cảm biến này có ứng dụng tương tự như cảm biến hiệu ứng Hall, tuy
nhiên, nguyên lý hoạt động của chúng khá khác nhau. Giống như các cảm biến Hall,
để hoạt động, chúng đòi hỏi một từ trường bên ngoài. Do đó, bất cứ khi nào cảm biến
điện trở từ được sử dụng làm máy dò tiệm cận, vị trí hoặc quay, nó phải được kết hợp
với nguồn từ trường . Thông thường, từ trường có nguồn gốc từ một nam châm vĩnh
cửu được gắn vào cảm biến. Hình 2.28 cho thấy một sự sắp xếp đơn giản để sử dụng
kết hợp cảm biến và nam châm để đo sự dịch chuyển. Khi cảm biến được đặt trong
từ trường, nó được tiếp xúc với các trường theo cả hai hướng x và y. Như thể hiện
trong hình 2.28, cả hai vectơ H x và H y thay đổi theo dịch chuyển x. Nếu nam châm
được định hướng với trục của nó song song với cảm biến (tức là theo hướng x) như
trong hình. 2.28, vectơ từ H x sau đó cung cấp trường phụ trợ và sự thay đổi trong H
y có thể được sử dụng như một thước đo dịch chuyển x [1]. Do đó, tín hiệu đầu ra
(hình 2.28) có hình dạng giống như vectơ H y.
Hình 2.28: Hàm của sự dịch chuyển và điện áp đầu ra của cảm biến điện trở từ
Hình 2.29 cho thấy cảm biến điện trở từ có thể hữu ích như thế nào để đo độ
35
dịch chuyển góc. Bản thân cảm biến được đặt trong từ trường được tạo ra bởi hai nam
châm vĩnh cửu được cố định vào khung có thể quay. Đầu ra của cảm biến sau đó sẽ
là thước đo độ quay của khung. Hình 2.30 mô tả việc sử dụng một cảm biến KM110B
duy nhất để phát hiện chuyển động quay và hướng của bánh răng.
Hình 2.29: Phép đo góc với cảm biến KMZ10
Hình 2.30: Vị trí hoạt động tối ưu và sơ đồ khối của mô-đun
Cảm biến hoạt động giống như một mạch cầu Wheatstone từ tính đo các điều
kiện từ tính không đối xứng như khi răng di chuyển trước cảm biến. Việc gắn cảm
biến và nam châm là rất quan trọng, do đó góc giữa trục đối xứng của cảm biến và
trục của bánh răng phải được giữ gần bằng không. Hơn nữa, cả hai trục (cảm biến và
bánh răng) phải trùng nhau. Mạch của hình 2.30 kết nối cả đầu ra cầu với các bộ
khuếch đại tương ứng và sau đó, với các bộ lọc và bộ kích hoạt Schmitt để tạo thành
tín hiệu xung vuông.
Ứng dụng của cảm biến điện trở có thể được sử dụng để phát hiện và đo đạc
36
vị trí và chuyển động của bơm chân không trong hệ thống phanh. Thông qua việc
cung cấp tín hiệu về vị trí và chuyển động này, cảm biến giúp hệ thống phanh hoạt
động chính xác và hoặc có thể được sử dụng để đo vị trí và tốc độ quay của bộ phận
như bộ phận phân phối trong hệ thống đánh lửa. Thông qua việc theo dõi vị trí và tốc
độ quay này, cảm biến giúp điều khiển thời điểm đánh lửa và hỗ trợ hoạt động đúng
đắn của động cơ
2.4.4.
Cảm biến hiệu ứng Hall
Hiệu ứng Hall là một hiện tượng trong vật lý mô tả việc tạo ra sự chênh lệch
điện áp trên một dây dẫn khi nó được đặt trong trường IC nam châm. Hiệu ứng này
được phát hiện bởi Edwin Hall vào năm 1879 và từ đó đã tìm thấy nhiều ứng dụng
trong các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong công nghệ cảm biến từ trường.
Hình 2.31: Sơ đồ mạch của cảm biến tuyến tính
Cảm biến hiệu ứng Hall bao gồm một mảnh vật liệu mỏng, thường là chất
bán dẫn, với dòng điện chạy qua nó. Vật liệu này thường được làm bằng Gallium
Arsenide, Indium Antimonide hoặc Silicon, và nó được gọi là nguyên tố Hall. Khi
một từ trường được đặt vuông góc với phần tử Hall, chênh lệch điện áp được tạo ra
trên phần tử. Lượng chênh lệch điện áp tỷ lệ thuận với cường độ của từ trường.
37
Điện áp được tạo ra bởi phần tử Hall rất nhỏ, thường theo thứ tự milivolt. Để
đo điện áp này, cần có một bộ khuếch đại nhạy. Bộ khuếch đại khuếch đại điện áp
được tạo ra bởi phần tử Hall và xuất ra tín hiệu có thể được đo bằng vi điều khiển
hoặc thiết bị điện tử khác.
Các cảm biến Hall có thể được sử dụng với bộ ngắt thông lượng được gắn vào
vật thể chuyển động. Ở chế độ này, nam châm kích hoạt và cảm biến Hall được gắn
trên một cụm bộ tập trung thông lượng, với một khe hở không khí nhỏ giữa chúng.
Do đó, cảm biến được giữ ở vị trí bật bằng nam châm kích hoạt. Nếu một tấm sắt từ
được đặt giữa nam châm và cảm biến Hall, tấm sắt chuyển hướng từ thông ra khỏi
cảm biến. Điều này làm cho cảm biến chuyển sang vị trí tắt. Cảm biến Hall và nam
châm có thể được phủ một lớp vỏ chung [1]. Các cánh sắt chắn từ làm gián đoạn từ
thông có thể có chuyển động tuyến tính hoặc quay.
Hình 2.32: Cảm biến hiệu ứng Hall hai cấp ở chế độ chuyển đổi ngắt
Giống như nhiều cảm biến khác, bốn cảm biến Hall có thể được kết nối vào
một mạch cầu để phát hiện chuyển động tuyến tính hoặc tròn. Hình 2.32 minh họa
khái niệm này trong đó cảm biến được chế tạo bằng công nghệ MEMS trên một chip
duy nhất và được bảo vệ trong vỏ nhựa SOIC-8. Một nam châm tròn được đặt phía
trên chip, góc quay và hướng của nó được cảm nhận và chuyển đổi thành mã kỹ thuật
số. Các thuộc tính của ADC xác định đáp ứng tốc độ tối đa, trong khi cảm biến Hall
cho phép nam châm quay với tốc độ lên tới 30.000 vòng / phút. Một cảm biến tích
hợp như vậy cho phép cảm biến vị trí tuyến tính và góc chính xác không ma sát, mã
hóa góc chính xác và thậm chí để tạo ra một công tắc quay có thể lập trình. Nhờ kết
nối cầu nối của các cảm biến riêng lẻ, mạch có khả năng chịu đựng cao đối với sự sai
38
lệch của nam châm và nhiễu bên ngoài, bao gồm cả từ trường.
Một chuyển động quay có thể được mã hóa kỹ thuật số với độ chính xác cao.
Để tận dụng tính năng này, một cảm biến khoảng cách tuyến tính có thể được chế tạo
với bộ chuyển đổi tuyến tính thành chuyển động quay như trong hình 2.33. Một dây
cáp hoặc sợi được quấn trên trống được kết nối đồng trục với bộ mã hóa quay từ tính.
Hình 2.33: Các dạng chuyển đổi
Trong ngành công nghiệp ô tô, cảm biến hiệu ứng Hall đóng một vai trò quan
trọng trong các hệ thống và thành phần khác nhau. Một trong những ứng dụng chính
là đo tốc độ bánh xe và cảm biến vị trí. Bằng cách phát hiện chuyển động quay của
bánh xe bằng cảm biến từ trường, các cảm biến này cung cấp thông tin có giá trị cho
hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) và kiểm
soát ổn định điện tử (ESC). Cảm biến hiệu ứng Hall cũng được sử dụng trong cảm
biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí bánh răng và cảm biến vị trí trục khuỷu trong các
phương tiện hiện đại.
2.4.5.
Cảm biến điện thế
Một đầu dò hiện diện hoặc dịch chuyển có thể được chế tạo với chiết áp tuyến
tính hoặc quay. Bằng cách tạo ra một vật thể để kiểm soát chiều dài của dây, có thể
thực hiện phép đo dịch chuyển. Đó là, nó đòi hỏi một tín hiệu kích thích, ví dụ một
vật thể chuyển động được ghép nối cơ học với phao nổi, chuyển động của nó gây ra
sự thay đổi điện trở.
39
a) Chiết áp làm cảm biến vị trí; b) Cảm biến mức chất lỏng với phao; c) Chiết áp
tuyến tính
Hình 2.34: Các loại điện thế kế
Công thức:
𝑣 = 𝑣𝑜
𝑑
𝐷
(1.43)
Trong đó D là độ dịch chuyển toàn diện và v 0 là điện áp kích thích trên dây.
Tín hiệu đầu ra tỷ lệ thuận với điện áp kích thích được đặt trên cảm biến.
Hình 2.35 cho thấy một vấn đề liên quan đến điện kế cuộn dây. Cần gạt nước
có thể, trong khi di chuyển qua cuộn dây, tiếp xúc với một hoặc hai dây, do đó dẫn
đến các bước điện áp không đồng đều [1]. Do đó, khi sử dụng chiết áp cuộn dây có
N vòng, chỉ nên xem xét độ phân giải trung bình n
Điện áp
đầu ra
Con chạy
Dịch chuyển
Hình 2.35: Tiếp xúc với một hoặc hai dây cùng một lúc tạo ra các bước điện áp
không đều
𝑛=
100
𝑁%
40
(1.44)
Điện kế cuộn dây được chế tạo bằng dây mỏng có đường kính theo thứ tự 0,01
mm. Một điện kế cuộn dây tốt có thể cung cấp độ phân giải trung bình khoảng 0,1%
FS (thang đo đầy đủ), trong khi điện kế màng điện trở chất lượng cao có thể mang lại
độ phân giải vô cùng nhỏ (liên tục) chỉ bị giới hạn bởi tính đồng nhất của vật liệu điện
trở và sàn nhiễu của mạch giao diện. Con chạy của chiết áp chính xác được làm từ
hợp kim kim loại quý.
Một cảm biến điện áp trong đó tiếp xúc vật lý giữa con chạy và lớp điện trở và
do đó ma sát được loại bỏ sử dụng một lớp gạt nước được ngâm tẩm với các hạt sắt
từ. Khi một từ tính bên ngoài có mặt tại một vị trí cụ thể phía trên chiết áp, lớp tiếp
xúc được kéo lên lớp dẫn điện tạo ra tiếp điểm điện, giống như con chạy. Mặc dù
chiết áp không tiếp xúc như vậy không có ma sát, lực cản từ tính vẫn là một lực chống
lại chuyển động của nam châm. Lực đó cần được xem xét và tính đến trong các ứng
dụng nhạy cảm.
Ứng dụng của cảm biến điện thế có thể được sử dụng trong hệ thống điện tử
của ô tô để đo và điều chỉnh mức điện áp. Ví dụ, cảm biến có thể được sử dụng để đo
điện áp của hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điều khiển động cơ, và
các thiết bị điện tử khác. Thông qua việc cung cấp thông tin về điện áp, cảm biến giúp
hệ thống điện tử hoạt động chính xác và ổn định.
2.4.6.
Cảm biến điện dung
Các cảm biến dịch chuyển điện dung có các ứng dụng rất rộng — chúng được
sử dụng trực tiếp và cũng như các khối xây dựng trong các cảm biến khác, nơi chuyển
vị là kết quả của lực, áp suất, nhiệt độ, gia tốc, v.v. Điện dung của tụ điện phẳng tỷ lệ
nghịch với khoảng cách giữa các tấm. Nguyên lý hoạt động của máy đo điện dung
dựa trên việc thay đổi hình học (tức là khoảng cách giữa các tấm tụ điện) hoặc các
biến thể của vật liệu điện môi được định vị giữa các tấm. Khi điện dung thay đổi, nó
có thể được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra điện thay đổi bằng một trong một số
mạch. Như với nhiều cảm biến, một cảm biến điện dung có thể là đơn cực (chỉ sử
dụng một tụ điện), vi sai (sử dụng hai tụ điện) hoặc cầu điện dung có thể được sử
dụng (sử dụng bốn tụ điện). Khi hai hoặc bốn tụ điện được sử dụng, một hoặc hai tụ
41
điện có thể là cố định hoặc thay đổi, thay đổi theo các pha ngược lại. Như một ví dụ
giới thiệu, hãy xem xét ba tấm cách đều nhau (hình 2.36). Các tấm tạo thành hai tụ
điện C1 và C2 . Các tấm trên và dưới được cấp tín hiệu sóng sin lệch pha, nghĩa là các
pha tín hiệu của chúng được dịch chuyển 180 °. Cả hai tụ điện gần như bằng nhau và
do đó tấm trung tâm hầu như không có điện áp đối với mặt đất — các điện tích trên
C 1 và C 2 triệt tiêu lẫn nhau [1]. Bây giờ, chúng ta hãy giả sử rằng tấm trung tâm di
chuyển xuống dưới theo khoảng cách x, hình 2.36. Điều này gây ra những thay đổi
trong các giá trị điện dung tương ứng:
Hình 2.36: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung
C1 =
εA
εA
; C2 =
xo + x
xo − x
(1.45)
𝑥
𝑣𝑜𝑢𝑡 = 𝑣𝑜 ( )
𝑥𝑜
(1.46)
Điện áp của tín hiệu đầu ra là
Miễn là x ≪ x, điện áp đầu ra có thể được coi là một hàm tuyến tính của sự
dịch chuyển. Lực tĩnh điện là kết quả của lực hút và lực đẩy điện tích được áp dụng
cho các tấm của cảm biến, làm cho các tấm hoạt động giống như lò xo. Giá trị tức
thời của lực tĩnh điện do chênh lệch điện áp trên các tấm ΔV là
1 𝐶∆𝑉 2
𝐹= −
2 𝑥𝑜 + 𝑥
(1.47)
Trong một thiết kế khác, hai tấm silicon riêng biệt được chế tạo bằng cách sử
dụng công nghệ MEMS. Một tấm phục vụ cho phép đo dịch chuyển, trong khi tấm
kia là để tham khảo. Cả hai tấm đều có diện tích bề mặt gần như giống nhau, tuy
nhiên tấm đo được hỗ trợ bởi bốn hệ thống treo linh hoạt, trong khi tấm tham chiếu
42
được giữ bởi hệ thống treo cứng. Thiết kế đặc biệt này đặc biệt hữu ích cho gia tốc
kế.
Ngày nay, cầu điện dung ngày càng trở nên phổ biến trong các thiết kế của
cảm biến dịch chuyển. Một cảm biến vị trí điện dung cầu tuyến tính được hiển thị
cảm biến bao gồm hai bộ điện cực phẳng song song và liền kề nhau với khoảng cách
tách không đổi, d. Để tăng điện dung, khoảng cách giữa các bộ tấm được thực hiện
tương đối nhỏ. Bộ điện cực đứng yên chứa bốn phần tử hình chữ nhật trong khi bộ
điện cực chuyển động chứa hai phần tử hình chữ nhật. Tất cả sáu phần tử đều có cùng
kích thước (kích thước bên là b). Kích thước của mỗi tấm có thể lớn như thực tế về
mặt cơ học, bất cứ khi nào mong muốn một phạm vi tuyến tính rộng. Bốn điện cực
của bộ đứng yên được kết nối điện chéo, do đó tạo thành một mạng điện dung kiểu
cầu.
Hình 2.37: Cảm biến cầu điện dung tấm song song.
Nguồn kích thích cầu cung cấp điện áp hình sin (5–50 kHz) và chênh lệch
điện áp giữa cặp tấm chuyển động được cảm nhận bởi bộ khuếch đại vi sai có đầu ra
và là đầu vào của máy dò đồng bộ. Điện dung của hai tấm song song ở khoảng cách
cố định tỷ lệ thuận với diện tích chồng chéo của một trong hai tấm đối diện trực tiếp
với diện tích tương ứng của tấm kia. Hình 2.37 cho thấy mạch tương đương của
cảm biến có cấu hình cầu điện dung. Giá trị của tụ điện C 1 là
𝐶1 =
𝜀𝑂 𝑏 𝐿
( + 𝑥)
𝑑 2
(1.48)
Các điện dung khác có nguồn gốc từ các phương trình giống hệt nhau. Lưu ý
rằng các tụ điện ngược lại gần như bằng nhau: C 1 = C 3 và C 2 = C 4. Sự dịch chuyển
43
lẫn nhau của các tấm đối với vị trí đối xứng hoàn toàn dẫn đến mất cân bằng cầu và
đầu ra nhạy cảm với pha của bộ khuếch đại vi sai. Một lợi thế của mạch cầu điện
dung cũng giống như bất kỳ mạch cầu nào — tuyến tính và khả năng chống ồn bên
ngoài. Phương pháp tương tự có thể được áp dụng cho bất kỳ sự sắp xếp đối xứng
nào của cảm biến, ngay lập tức để phát hiện chuyển động quay.
Ứng dụng của cảm biến điện dung được sử dụng trong hệ thống cảm biến va
chạm để phát hiện sự tiếp xúc hoặc gần nhau giữa các vật thể. Ví dụ, trong hệ thống
cảnh báo va chạm hoặc hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động, cảm biến điện dung có thể
được sử dụng để phát hiện sự tiếp xúc gần giữa ô tô và các vật thể xung quanh, giúp
ngăn ngừa va chạm hoặc hỗ trợ quá trình đỗ xe.
2.4.7.
Cảm biến quang học
Sau khi tiếp xúc cơ học và cảm biến chiết áp, cảm biến quang học có lẽ là phổ
biến nhất để đo vị trí và dịch chuyển. Ưu điểm chính của chúng là đơn giản, không
có hiệu ứng tải và khoảng cách hoạt động tương đối dài. Chúng không nhạy cảm với
từ trường đi lạc và nhiễu tĩnh điện, điều này làm cho chúng khá phù hợp với nhiều
ứng dụng nhạy cảm. Một cảm biến vị trí quang học thường yêu cầu ít nhất ba thành
phần thiết yếu: nguồn sáng, bộ tách sóng quang và thiết bị dẫn đường ánh sáng, có
thể bao gồm thấu kính, gương, sợi quang, v.v.
Để phát hiện mức chất lỏng, một máy dò quang học có lăng kính được hiển thị
trong hình 2.46. Nó sử dụng sự khác biệt giữa các chỉ số khúc xạ của không khí (hoặc
pha khí của vật liệu) và chất lỏng đo được. Cảm biến chứa một diode phát sáng (LED)
và photodetector (PD), hoạt động trong dải phổ cận hồng ngoại. Khi cảm biến ở trên
mức chất lỏng, đèn LED sẽ gửi phần lớn ánh sáng của nó đến PD nhận do tổng phản
xạ bên trong trong lăng kính. Một số tia sáng tiếp cận bề mặt phản chiếu của lăng
kính ở các góc nhỏ hơn góc tổng phản xạ bên trong bị mất ra xung quanh. Khi lăng
kính đạt đến mức chất lỏng và được ngâm ít nhất một phần, góc của tổng phản xạ bên
trong thay đổi vì chỉ số khúc xạ của chất lỏng cao hơn không khí. Trong những điều
kiện này, một số lượng lớn hơn các tia sáng không bị phản xạ mà truyền vào chất
lỏng. Điều này làm giảm cường độ ánh sáng được phát hiện bởi Photo Detector [1].
44
Ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu điện có thể kích hoạt, ví dụ, một công tắc.
Hình 2.38: Máy dò mức chất lỏng lăng trụ sử dụng sự thay đổi chỉ số khúc xạ.
Một phiên bản khác của cảm biến được hiển thị trong hình 2.39. Sợi quang có
hình chữ U và khi được ngâm vào chất lỏng, điều chỉnh cường độ ánh sáng đi qua.
Máy dò có hai vùng nhạy cảm gần các khúc cua, nơi bán kính cong là nhỏ nhất.
Hình 2.39: Cảm biến mức chất lỏng sợi quang hình chữ U.
Ứng dụng của cảm biến quang học có thể được sử dụng để giám sát vị trí của
ô tô trên đường và cảnh báo người lái khi xe thoát khỏi làn đường một cách không an
toàn. Cảm biến này có thể sử dụng công nghệ như camera để nhận biết và phân tích
các đường viền và đường kẻ trên đường. Khi ô tô tiến gần hoặc vượt quá đường viền,
hệ thống sẽ cảnh báo người lái để giữ xe trong làn đường an toàn hoặc được sử dụng
trong hệ thống phanh tự động để phát hiện vật thể hoặc nguy cơ va chạm trước xe, hệ
thống phanh tự động có thể được kích hoạt để giảm tốc độ hoặc dừng xe hoàn toàn
để tránh va chạm hoặc giảm thiệt hại.
45
2.5.
Cảm biến thành phần khí
Sự tiến bộ của công nghệ cảm biến khí trong vài thập kỷ qua đã dẫn đến tiến
bộ đáng kể trong kiểm soát ô nhiễm và do đó, bảo vệ môi trường. Một ví dụ tuyệt vời
là kiểm soát khí thải ô tô, được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến khí oxy. Kể từ
đầu những năm 1970, đã có những nghiên cứu bền vững về cảm biến oxy và đã dẫn
đến sự phát triển của các cảm biến cho các ứng dụng khác nhau với các đặc tính hiệu
suất khác nhau. Cảm biến loại điện trở bán dẫn dựa trên chất điện phân rắn,
amperometric và oxit bán dẫn dựa trên oxit kim loại được sử dụng cho các ứng dụng
nhiệt độ cao. Để giám sát ô nhiễm dựa trên giải pháp, các cảm biến oxy hòa tan dựa
trên các điện cực Clark đã đóng một vai trò quan trọng. Gần đây, đối với các ứng
dụng sinh học và y tế, cảm biến oxy quang học đang bắt đầu có tác động. Trong bài
đánh giá này, chúng tôi tập trung vào cả cảm biến nhiệt độ cao cũng như oxy hòa tan
và so sánh các phương pháp cảm biến oxy khác nhau, thảo luận về pri cơ bản ...
Đặc điểm cảm biến hóa học
2.5.1.
Hầu hết các cảm biến hóa học có thể được mô tả bằng cách sử dụng các tiêu
chí và đặc điểm chung cho tất cả các cảm biến như độ ổn định, độ lặp lại, tuyến tính,
độ trễ, độ bão hòa, thời gian đáp ứng và nhịp. Tuy nhiên, hai đặc điểm đặc biệt là duy
nhất và có ý nghĩa khi áp dụng cho phát hiện hóa học. Đây là tính chọn lọc và độ
nhạy. Bởi vì các cảm biến hóa học được sử dụng cả để xác định và định lượng, chúng
cần phải được chọn lọc và nhạy cảm với một loài mục tiêu mong muốn trong hỗn hợp
các loài hóa học.
2.5.1.1.
Tính chọn lọc
Tính chọn lọc mô tả mức độ mà cảm biến chỉ phản ứng với các loài mục tiêu
mong muốn, với ít hoặc không có sự can thiệp từ các loài không phải mục tiêu. Do
đó, một trong những chức năng quan trọng nhất trong việc đánh giá hiệu suất của cảm
biến hóa học là tính chọn lọc của nó. Hầu hết các cảm biến không có tính chọn lọc
cao đối với một loài, nhưng phản ứng với nhiều hóa chất khác nhau với độ nhạy khác
nhau. Tuy nhiên, có một số loại cảm biến có thể rất chọn lọc, bằng cách dựa vào các
vật liệu hoặc cơ chế chọn lọc. Việc xử lý tín hiệu bắt chước tín hiệu của các sinh vật
46
sống thường có thể tăng cường đáng kể tính chọn lọc. Các cảm biến hóa học dựa trên
tương tác vật lý hoặc hóa học của chất để phân tích.
Độ nhạy
2.5.1.2.
Độ nhạy mô tả nồng độ tối thiểu và thay đổi nồng độ (sau đó được gọi là độ
phân giải) có thể được thiết bị cảm nhận thành công và lặp đi lặp lại. Đối với các cảm
biến hóa học, độ nhạy là từ đồng nghĩa với độ phân giải. Lưu ý rằng đối với các cảm
biến được mô tả trong các chương trước của cuốn sách này, thuật ngữ độ nhạy thường
được sử dụng như một từ đồng nghĩa với "độ dốc" khi chức năng truyền của cảm biến
là tuyến tính, ít nhất là trong một phạm vi hẹp của các kích thích đầu vào [1]. Các
đường cong hiệu chuẩn được điều chế bằng cách sử dụng các hóa chất tiêu chuẩn đã
biết ở nồng độ đã biết theo cách tương tự có thể được sử dụng để xác định độ dốc của
biểu đồ nồng độ hóa học so với phản ứng của cảm biến và do đó thiết lập độ nhạy
cảm biến.
Hình 2.40: Phản ứng cảm biến dựa trên chất bán dẫn oxit kim loại đối với việc tăng
và giảm nồng độ ethanol
2.5.2.
Cảm biến điện và điện hóa
Các cảm biến đo trực tiếp các tính chất điện của chất phân tích mục tiêu hoặc
ảnh hưởng của chất phân tích đến tính chất điện của vật liệu khác thường là máy dò
thương mại rẻ nhất hiện có. Với các cảm biến này, việc phát hiện có thể là một tương
tác thuận nghịch hoặc một quá trình phá hủy không thể đảo ngược dẫn đến phân hủy
chất phân tích. Các thiết bị này và các thiết bị điện tử hỗ trợ thường có thiết kế đơn
giản và các sản phẩm thu được thường có thể được sử dụng trong các ứng dụng khắc
47
nghiệt. Các cảm biến trong lớp này bao gồm chất bán dẫn oxit kim loại, cảm biến
điện hóa, cảm biến chiết áp, cảm biến đo độ dẫn điện, cảm biến amperometric, hóa
trị đàn hồi, tụ điện hóa học và ChemFET.
2.5.3.
Cảm biến hóa học
Theo truyền thống, cảm biến hóa học của các chất chưa biết được thực hiện
trong phòng thí nghiệm phân tích với các thiết bị để bàn phức tạp bao gồm, ví dụ,
khối phổ, sắc ký, cộng hưởng từ hạt nhân, tia X và công nghệ hồng ngoại. Những
phương pháp này rất chính xác và có thể xác định hầu hết các loại hóa chất chưa biết
với độ tin cậy cao. Tuy nhiên, các thiết bị thường đắt tiền và đòi hỏi nhân viên được
đào tạo để vận hành. Những nỗ lực đáng kể đã được dành cho việc phát triển các hệ
thống cảm biến thu nhỏ, chi phí thấp để giải quyết các thị trường cụ thể. Những tiến
bộ ấn tượng đã được thực hiện và nhiều hệ thống cảm biến có sẵn với chi phí thấp
nhưng các hệ thống thu nhỏ này theo truyền thống có vấn đề về độ nhạy, tính chọn
lọc, độ ổn định cơ bản và khả năng tái tạo
Không có phương pháp được chấp nhận rộng rãi để phân loại danh sách đầy
đủ các máy dò hóa chất. Có hai nhóm chính, một là phương pháp truyền dẫn và loại
còn lại là phương pháp thực hiện. Các phương pháp truyền dẫn thành ba lớp bao gồm
cảm biến đo tính chất điện hoặc điện hóa, cảm biến đo lường sự thay đổi tính chất
vật lý và các phương pháp dựa vào sự hấp thụ hoặc giải phóng các bước sóng quang
học hoặc các bước sóng khác của bức xạ điện từ. Một loạt các công nghệ cảm biến
ấn tượng đã được phát triển để đáp ứng các tính chất hóa học, vật lý và quang học
khác nhau để hỗ trợ phát hiện các chất phân tích hóa học [1]. Một số công nghệ này,
ví dụ như microcantilevers, có thể được sử dụng để đo các tính chất hóa học hoặc vật
lý và do đó không dễ dễ dàng phân loại.
2.5.4.
Cảm biến sinh hóa
Cảm biến sinh học là một lớp cảm biến hóa học đặc biệt. Sự tiến hóa của các
loài bằng phương pháp chọn lọc tự nhiên đã dẫn đến các cơ quan cực kỳ nhạy cảm,
có thể đáp ứng với sự hiện diện của chỉ một vài phân tử. Các cảm biến nhân tạo, mặc
dù thường không nhạy cảm, sử dụng các vật liệu hoạt tính sinh học kết hợp với một
48
số yếu tố cảm biến vật lý, ví dụ, amperometric hoặc nhiệt. Phần tử nhận dạng sinh
học thực sự là một lò phản ứng sinh học trên đỉnh của cảm biến thông thường, vì vậy
phản ứng của cảm biến sinh học sẽ được xác định bởi sự khuếch tán của chất phân
tích, sản phẩm phản ứng, chất đồng phản ứng hoặc loài gây nhiễu và động học của
quá trình nhận biết [1]. Ví dụ về các yếu tố sinh học có thể được phát hiện một cách
định tính và định lượng bởi các cảm biến sinh học là: sinh vật, mô, tế bào, bào quan,
màng, enzyme, thụ thể, kháng thể và axit nucleic.
Trong chế tạo cảm biến sinh học, một trong những vấn đề chính là cố định các
đầu dò sinh hóa trên đầu dò vật lý hoặc điện. Lớp hoặc bề mặt cố định phải giới hạn
vật liệu hoạt tính sinh học trên một yếu tố cảm biến và giữ cho nó không bị rò rỉ ra
ngoài trong suốt vòng đời của cảm biến sinh học, cho phép tiếp xúc với dung dịch
phân tích, cho phép bất kỳ sản phẩm nào khuếch tán ra khỏi lớp cố định và không
làm biến tính vật liệu hoạt tính sinh học. Hầu hết các vật liệu hoạt tính sinh học được
sử dụng trong cảm biến sinh học là protein hoặc chứa protein trong cấu trúc hóa học
của chúng. Để cố định các protein trên bề mặt cảm biến, hai kỹ thuật cơ bản được sử
dụng: liên kết hoặc lưu giữ vật lý. Hấp phụ và liên kết cộng hóa trị là hai loại kỹ thuật
liên kết. Việc lưu giữ liên quan đến việc tách vật liệu hoạt tính sinh học khỏi dung
dịch phân tích bằng một lớp trên bề mặt cảm biến, có thể thấm vào chất phân tích và
bất kỳ sản phẩm nào của phản ứng nhận dạng, nhưng không phải với vật liệu hoạt
tính sinh học.
2.5.5.
Cảm biến dùng chất điện phân rắn
Loại cảm biến dùng chất điện phân rắn phổ biến nhất chuyển những thay đổi
nồng độ của một loài phản ứng thành những thay đổi về điện trở. Sự phát triển của
các cảm biến này bắt đầu từ hơn 60 năm trước khi các nhà nghiên cứu phát hiện ra
rằng điện trở suất của chất bán dẫn thay đổi theo môi trường hóa học của nó.
Germanium được sử dụng như một mô hình ban đầu và hiển thị rõ ràng những thay
đổi có thể đo lường được về điện trở nhưng gặp vấn đề về khả năng tái tạo vì nhiều
lý do. Ngày nay cảm biến oxit kim loại có sẵn trên thị trường, rẻ tiền, mạnh mẽ và
phục vụ trong một số ứng dụng khác nhau.
49
Một cảm biến dựa trên oxit kim loại thường bao gồm một lớp nhạy cảm bán
dẫn, một kết nối điện để đo điện trở của lớp đó và một lò sưởi để kiểm soát nhiệt độ
của thiết bị. Sau khi một phân tử phản ứng hóa học trên bề mặt oxit kim loại, quá
trình truyền điện tích diễn ra. Khi một tinh thể oxit kim loại như SnO2 được nung
nóng ở nhiệt độ cao nhất định trong không khí, oxy được hấp phụ trên bề mặt tinh thể
và một tiềm năng bề mặt được hình thành để ức chế dòng điện tử. Khi bề mặt tiếp
xúc với các khí oxy hóa, chẳng hạn như hydro, metan và carbon monoxide, tiềm năng
bề mặt giảm xuống và độ dẫn điện tăng lên đáng kể. Khi nồng độ của hóa chất mục
tiêu tăng lên, cường độ thay đổi điện trở cũng tăng theo [1]. Mối quan hệ giữa điện
trở của màng và nồng độ khí oxy hóa nhất định được mô tả bằng phương trình thực
nghiệm sau:
𝑅𝑆 = 𝐴[𝐶]−𝛼
(1.49)
Trong đó R s là điện trở cảm biến, A là hằng số cụ thể cho một thành phần
màng nhất định, C là nồng độ khí và α là độ dốc đặc trưng của đường cong R s cho
vật liệu đó và khí dự kiến. Các thiết bị oxit kim loại thay đổi điện trở suất khi có khí
oxy hóa và do đó chúng đòi hỏi thêm mạch điện tử để hoạt động. Một sự sắp xếp điển
hình là thiết kế cảm biến như một chân trong mạch cầu Wheatstone để có thể phát
hiện điện trở thay đổi như một sự mất cân bằng của các giọt tiềm năng quan sát được
trên mạch cầu hình 2.41. Cần có nhiệt điện trở NTC với điện trở song song tuyến tính
để điều chỉnh điểm cân bằng cầu theo nhiệt độ của cảm biến.
Hình 2.41: Mạch cầu wheatstone SnO2 được sử dụng cho các cảm biến oxit kim loại
Vì cảm biến hoạt động như một điện trở thay đổi có giá trị được điều khiển
50
bởi các loại khí và nồng độ khí, điện áp giảm trên nó tỷ lệ thuận với điện trở của nó
và biểu đồ giảm điện áp so với nồng độ khí thường được ghi lại. Tín hiệu phản hồi từ
các cảm biến là tuyến tính khi được vẽ trên biểu đồ logarit. Độ dốc và độ lệch của các
đường cong được tạo ra bởi các khí oxy hóa khác nhau cho phép chúng được phân
biệt với nhau và định lượng trong các phạm vi nồng độ nhất định nơi các đường cong
không chồng lên nhau. Tùy chọn, tốc độ thay đổi của độ dẫn điện có thể được sử dụng
để phân biệt khí và nồng độ. Độ dẫn điện khối lượng lớn có thể trôi dạt đối với các
thiết bị này, nhưng tốc độ thay đổi của độ dẫn điện đó khi được điều khiển bởi đầu
vào xung sẽ ổn định hơn và có thể tái tạo [1]. Những cảm biến trạng thái rắn này có
ưu điểm là nhỏ, tiêu thụ điện năng tương đối thấp, chi phí thấp và có thể dễ dàng chế
tạo hàng loạt.
Mạch điều khiển và đo lường cũng có thể được chế tạo trên vi mạch silicon,
tạo cơ hội thiết kế các gói cảm biến chứa các mảng tích hợp nguyên khối của các yếu
tố cảm biến cùng với các hệ thống thu thập và điều khiển dữ liệu trên chip. Một số tài
liệu tham khảo về cảm biến màng mỏng và dày trên các thiết bị silicon đã xuất hiện
dựa trên một số vật liệu khác nhau để cảm nhận nhiều loại khí. Oxit thiếc là vật liệu
màng tinh khiết phổ biến nhất được nghiên cứu. Ngoài ra, màng oxit thiếc pha tạp Pt
đã được sử dụng để cảm nhận carbon monoxide, hydro và hydrocarbon. Titania, dưới
nhiều hình thức và môi trường khác nhau, đã được sử dụng để cảm nhận oxy. TiO2
pha tạp rhodi đã được sử dụng để cảm nhận hydro. Oxit kẽm đã được sử dụng để cảm
nhận hydro, carbon monoxide và hydrocarbon. Các tính chất điện của các vật liệu này
thay đổi theo sự hấp phụ, hấp thụ, giải hấp, sắp xếp lại và phản ứng của khí trên bề
mặt hoặc với số lượng lớn.
Cảm biến hóa học bán dẫn oxit kim loại (Metal Oxide Semiconductor -MOS)
có một số ứng dụng trong ô tô như là đo lượng khí thải trong hệ thống xả của động
cơ ô tô. Cảm biến này có khả năng phát hiện các chất gây ô nhiễm như hydrocarbon
(HC), carbon monoxide (CO) và nitrogen oxides (NOx). Thông qua việc theo dõi và
đo lượng khí thải, hệ thống điều khiển động cơ có thể điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và
luồng khí để đảm bảo tuân thủ các quy định về khí thải và tăng hiệu quả nhiên liệu.
51
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CẢM BIẾN TRÊN Ô TÔ
3.1.
Cảm biến khối lượng khí nạp MAF
3.1.1.
Chức năng
Cảm biến khối lượng khí nạp MAF (Mass Air Flow Sensor) được dùng để đo
khối lượng dòng không khí nạp vào động cơ và chuyển thành tín hiệu điện áp gửi về
ECU động cơ để ECU biết rằng lượng khí nạp vào nhiều hay ít. Từ đó sẽ tính toán
lượng phun xăng cơ bản cần thiết để duy trì tỷ lệ A/F được tối ưu nhất .
Hình 3.1: Vị trí cảm biến MAF
Cảm biến này thường được dùng trên xe Hyundai Elantra, Toyota Hilux,
Toyota Yaris, Mitsubishi Lancer,…
3.1.2. Cấu tạo
Hình 3.2: Cấu tạo cảm biến MAF
3.1.3. Nguyên lý hoạt động
R w đại diện cho điện trở của dây nhiệt và phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi không
52
có dòng chảy, mạch cầu đang trong trạng thái cân bằng.
𝑅1 𝑅2
=
𝑅𝑤 𝑅3
(3.1)
Khi có dòng chảy, nhiệt ở dây nhiệt nguội đi do sự trao đổi nhiệt ở chất lưu
gây ra sự giảm điện trở R w , điện áp -e được đưa tới đầu vào âm của bộ khuếch đại
servo, +e sẽ được đưa tới đầu vào dương trên servo, tại đây, bộ servo nhận diện rằng
có sự chênh lệch điện áp, bộ servo với hệ số khuếch đại hiệu điện thế giữa +e và –e,
tăng dòng điện vào mạch cầu đến khi hiệu điện thế giữa chúng bằng không, điều này
khôi phục lại lượng nhiệt trên dây và đưa nhiệt độ dây về trạng thái như ban đầu.
Hình 3.3: Sơ đồ mạch cầu cảm biến khối lượng không khí nạp
3.1.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.4: Các chân của cảm biến MAF
Chức năng
Chân
A
Mass cảm biến
B
Nguồn cảm biến
C
Tín hiệu MAF
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán thông qua giắc OBD
53
Bước 2: Bật công tắc ON
Bước 3: Hiển thị PID MAF
Bước 4: So sánh các chỉ số điện áp và thông số được hiển thị trên PID MAF
với tiêu chuẩn trong bảng dưới
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật cảm biến MAF
Điện áp (V)
Xấp xỉ 1,69
Xấp xỉ 1,89
Xấp xỉ 2,02
Lưu lượng g/s (lb/min)
0.00 (0.000)
1.77 (0.234)
5.02 (0.664)
Điều kiện
Công tắc ON
Cầm chừng
2000 vg/ph
Hình 3.5: Biểu đồ mối liên hệ giữa khối lượng không khí nạp và điện áp
3.2.
Bộ đo gió Karman quang
3.2.1.
Chức năng
Bộ đo gió kiểm tra lượng không khí nạp vào động cơ bằng cách dùng dòng
xoáy Karman để xác định lưu lượng không khí nạp. Tín hiệu KS và tín hiệu số vòng
quay động cơ dùng để xác định thời gian phun cơ bản. Trong bộ đo gió còn bố trí
cảm biến nhiệt độ không khí nạp và cảm biến áp suất nạp.
Cảm biến này thường được dùng trên các dòng xe đời cũ như Lexus LS400,
SC300, SC400 1991 -1995,…
54
Hình 3.6: Bộ đo gió Karman quang trên Lexus LS400 1990
3.2.2.
Cấu tạo
Hình 3.7: Bộ đo gió Karman quang
1. Photo – transistor; 2. Đèn LED; 3. Gương được tráng nhôm; 4. Mạch đếm dòng
xoáy; 5. Lưới ổn định; 6. Trụ tạo xoáy; 7. Cảm biến áp suất khí trời; 8. Dòng xoáy
3.2.3. Nguyên lí hoạt động
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lí hoạt động của bộ đo gió Karman quang
55
Sự tác động của các dòng xoáy vào bề mặt dưới của gương làm cho gương dao
động, nên transistor quang lúc nhận ánh sáng lúc không. Sự On và Off của transistor
quang tạo ra các xung điện có tần số f. Khi lượng không khí nạp càng nhiều, số lượng
dòng xoáy càng gia tăng và tần số f càng lớn. Ngược lại, khi lượng không khí nạp ít,
tấm kim loại rung ít và tần số f sẽ nhỏ. Tần số f được xác định theo công thức sau:
f = S.
V
d
(3.2)
Trong đó V là vận tốc dòng khí, d là đường kính trụ đứng, S là số Struhall ( S
= 0,2 đối với cảm biến này ). Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng
của không khí đi vào các xylanh, từ đó tính ra lượng phun xăng cần thiết. Trong bộ
đo gió có bố trí cảm biến áp suất môi trường và cảm biến nhiệt độ không khí nạp như
Karman siêu âm
3.2.3.
Kiểm tra
➢ Trên xe Lexus LS400 1990
Hình 3.9: Các chân của bộ đo gió Karman quang
Chân
1
2
3
4
5
6
7
8
Chức năng
Nguồn 5V từ ECU
Tín hiệu cảm biến áp độ cao HAC
Tín hiệu KS
Nguồn 12V cung cấp từ Engine control relay
Mass cảm biến
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp THA
Chân đèn LED
Không sử dụng
Kiểm tra
Bước 1: Xoay contact máy ON
Bước 2: Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió
Bước 3: Kiểm tra điện áp tại cực KS: khoảng 5V
56
Hình 3.10: Sơ đồ kiểm tra bộ đo gió Karman quang
Bước 4: Kiểm tra sự liên tục của cự E2 với mass
Bước 5: Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung khi thổi không khí qua bộ
đo gió. Nếu không có xung -> Thay mới bộ đo gió
3.3.
Bộ đo gió Karman siêu âm
3.3.1.
Chức năng
Bộ đo gió kiểm tra lượng không khí nạp vào động cơ bằng cách dùng dòng
xoáy Karman để xác định lưu lượng không khí nạp. Tín hiệu KS và tín hiệu số vòng
quay động cơ dùng để xác định thời gian phun cơ bản. Trong bộ đo gió còn bố trí
cảm biến nhiệt độ không khí nạp và cảm biến áp suất nạp.
Hình 3.11: Bộ đo gió Karman siêu âm trên xe Mitsubishi Galant 1992
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe như Mitsubishi Colt,
Lancer, Pajero, Galant 1992,…
57
Hình 3.12: Vị trí của bộ đo gió Karman siêu âm
3.3.2.
Cấu tạo
Hình 3.13: Cấu tạo của bộ đo gió Karman siêu âm
Cấu trúc bao gồm:
1. Bộ hướng dòng khí nạp; 2. Trụ tạo xoáy; 3. Bộ phát sóng siêu âm; 4. Bộ tiếp nhận
sóng siêu âm; 5. Bộ khuếch đại sóng siêu âm; 6. Bộ biến đổi sóng siêu âm thành xung
điện; 7. Vật liệu cách âm
3.3.3.
Nguyên lý hoạt động
58
Hình 3.14: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió Karman siêu âm
Không khi từ lọc gió qua bộ hướng dòng khí nạp có dạng hình tổ ong, dòng
khí đi vào bộ đo gió sẽ chạm vào trụ tạo xoáy và tạo ra các dòng xoáy gọi là dòng
xoáy Karman. Số lượng dòng xoáy sẽ tăng khi lượng không khí nạp gia tăng.
Khi không có dòng khí nạp thì không có dòng xoáy. Thời gian truyền sóng từ
bộ phát sóng siêu âm đến bộ tiếp nhận là cố định. Dòng xoáy theo kim động hồ: Khi
các dòng xoáy theo chiều kim đồng hồ đi qua bộ phát sóng và bộ tiếp nhận sẽ làm
cho thời gian truyền sóng T1 nhanh hơn thời gian truyền T. Dòng xoáy theo ngược
kim đồng hồ: Khi các dòng xoáy ngược kim đồng hồ đi qua bộ phát sóng và bộ tiếp
nhận sẽ làm cho thời gian truyền sóng T2 chậm hơn thời gian truyền sóng T từ bộ
phát sóng.
Như vậy, khi các dòng xoáy cùng chiều kim đồng hồ và ngược kim đồng hồ
qua bộ phát sóng và tiếp nhận sóng siêu âm sẽ làm cho thời gian truyền sóng thay
đổi. Bộ biến đổi xung sẽ chuyển xung xoay chiều thành xung vuông, tần số xung sẽ
gia tăng khi lượng không khí nạp càng lớn. ECU xác định tần số này từ đó suy ra
lượng không khí nạp.
3.3.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Mitsubishi Galant 1992
Hình 3.15: Các chân của bộ đo gió Karman siêu âm
59
Chức năng
Chân
1
2
3
4
5
6
Tín hiệu KS của bộ đo gió
Nguồn 12V cung cấp từ role điều khiển động cơ
Nguồn 5V cung cấp từ ECU cung cấp cho cảm biến áp suất môi trường
Mass chung của các cảm biến
Tín hiệu cảm biến áp suất môi trường PA
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp THA
Kiểm tra
Bước 1: Xoay contact máy ON
Bước 2: Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió
Bước 3: Kiểm tra điện áp tại cực KS: khoảng 5V
Bước 4: Kiểm tra sự liên tục của cự E2 với mass
Bước 5: Dùng máy đo xung, kiểm tra tần số xung khi thổi không khí qua bộ
đo gió
Bước 6: Nếu không có xung -> Thay mới bộ đo gió
3.4.
Cảm biến đo gió kiểu van trượt
3.4.1.
Chức năng
Cảm biến đo gió van trượt có nhiệm vụ đo lưu lượng không khí nạp và gửi
thông tin về cho ECU. Thông tin này có thể được so sánh với các cảm biến động cơ
khác để cho phép ECU tính toán lượng nhiên liệu mà động cơ yêu cầu. Loại cảm biến
này chủ yếu được sử dụng các dòng xe cũ.
Hình 3.16: Bộ đo gió van trượt trên xe BMW 1981
60
Cảm biến thường được dùng trên các dòng xe như Mercedes Benz, BMW
1981, Toyota Celica,…
3.4.2.
Cấu tạo
Hình 3.17: Cấu tạo của bộ đo gió van trượt
Cấu trúc bao gồm:
1. Cánh đo; 2. Cánh giảm chấn; 3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 4. Điện áp kế kiểu
trượt; 5. Vít chỉnh; 6. Mạch rẽ; 7. Buồng giảm chấn
3.4.3.
Nguyên lí hoạt động
Cảm biến loại cánh gạt được đặt trong ống đầu vào của hệ thống cảm ứng giữa
bộ lọc không khí và thân bướm ga. Nó bao gồm tấm đo, tấm bù, lò xo hồi, biến trở
và lối đi vòng. Cảm biến cũng tích hợp vít điều chỉnh hỗn hợp cầm chừng, công tắc
bơm nhiên liệu và cảm biến nhiệt độ không khí nạp. Lượng không khí đi tắy chỉ ảnh
hưởng đến tốc độ cầm chừng.
Khi không khí đi qua cảm biến lưu lượng không khí. Nó buộc tấm đo mở đến
một điểm mà nó cân bằng với lực của lò xo hồi. Buồng giảm xóc và tấm bù ngăn
ngừa rung động của tấm đo trong thời gian thay đổi thể tích khí nạp đột ngột.
Biến trở được kết nối với tấm đo và quay trên cùng một trục, chuyển đổi
chuyển động cơ học của tấm đo thành tín hiệu điện áp thay đổi. Chuyển động của tấm
đo và tín hiệu điện áp tương tự do cảm biến này tạo ra tỷ lệ thuận với thể tích không
khí đi vào đường ống nạp.
61
Tiếp điểm di động của cảm biến được gắn vào tấm đo và đi trên một điện trở
cố định có dây giữa đầu vào điện áp tham chiếu và mặt đất. Khi thể tích không khí đi
vào động cơ tăng lên, tiếp điểm di động di chuyển qua điện trở cố định, gây ra sự thay
đổi điện áp đầu ra tín hiệu.
Hình 3.18: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió van trượt điện áp tăng
Hình 3.19: Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió van trượt điện áp tăng
3.4.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe BMW 1981
Hình 3.20: Các chân của bộ đo gió van trượt
Chức năng
Chân
1
Mass công tắc bơm nhiên liệu
2
Nguồn công tắc bơm nhiên liệu
62
3
Mass cảm biến nhiệt độ
4
Nguồn 5V từ ECU
5
Mass bộ đo gió
6
Tín hiệu bộ đo gió
7
Nguồn cảm biến nhiệt độ
Kiểm tra
Bước 1: Tháo giắc ghim điện đến bộ đo gió
Bước 2: Xoay contact máy on
Bước 3: Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến bộ đo gió
Bước 4: Kiểm tra điện áp tại cực VC: khoảng 5V
Bước 5: Kiểm tra sự liên tục của cự E2 với mass
Bước 6: Dùng tay đẩy tấm cảm biến, kiểm tra điện áp VS, nếu thấy không thay
đổi điện áp thì thay mới bộ đo gió
3.5.
Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP
3.5.1. Chức năng
Cảm biến MAP (Manifold Absolute Pressure Sensor), nằm trên đường ống
nạp và có chức năng đọc áp suất không khí đi vào đường ống nạp.
Hình 3.21: Cảm biến áp suất tuyệt đối
Cảm biến thường được dùng trên Hyundai Elantra, Kia Sorento, Honda
Civic, Accord, Toyota Corolla,…
63
3.5.2. Cấu tạo
Cảm biến được cấu tạo từ một buồng chân không ngăn cách bởi tấm màng
mỏng được duy trì độ chân không chuẩn và bên trong buồng có gắn một con chip
silicon, một phía của con chip này được tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân
không và phía còn lại được tiếp xúc với áp suất đường ống nạp.
Hình 3.22: Cấu tạo cảm biến MAP
3.5.3. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.23: Nguyên lý làm việc của cảm biến MAP
Khi động cơ hoạt động, độ chân không ở sau bướm ga được đưa đến màng
silicon. Lúc này, màng silicon sẽ biến dạng và làm thay đổi điện trở của màng. Sự
thay đổi điện trở này sẽ được gửi về IC (được tích hợp bên trong cảm biến) và sẽ xuất
ra 1 tín hiệu dưới dạng điện áp tương ứng gửi về hộp ECU để ECU dựa vào tín hiệu
đó sẽ hiểu được rằng áp suất trong đường nạp là bao nhiêu và từ đó tính toán được
lượng xăng cơ bản cần thiết để phun vào xy lanh.
3.5.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
64
Hình 3.24: Các chân của cảm biến MAP
Chức năng
Chân
1
Tín hiệu đầu ra
2
Nguồn 5V
3
Mass
4
Tín hiệu IATS
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của cảm biến MAP
Áp suất [kPa(
kgf
cm2
Điện áp đầu ra
, psi)]
32.5 (0.33; 4.71)
0.5
284 (2.89; 41.2)
4.5
Hình 3.25: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến MAP
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán thông quan giắc OBD
Bước 2: So sánh điện áp đầu ra của MAPS với bảng dưới tại vị trí công tác
65
công tắc ON và chế độ cầm chừng.
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của cảm biến MAP
Điện áp đầu ra (V)
3.9 – 4.1
0.8 – 1.6
Trạng thái
Công tắc ON
Cầm chừng
3.6.
Cảm biến áp suất trong đường ống rail
3.6.1.
Chức năng
Cảm biến áp suất đường ray (RPS) được lắp đặt trên đường ống phân phối và
đo áp suất nhiên liệu tức thời trong đường ống phân phối. Phần tử cảm biến (Phần tử
bán dẫn) được tích hợp trong cảm biến chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện áp.
Bằng cách sử dụng tín hiệu này, ECM có thể kiểm soát lượng phun và thời gian chính
xác và điều chỉnh áp suất nhiên liệu bằng van điều chỉnh áp suất nhiên liệu nếu áp
suất mục tiêu và áp suất thực tế được tính bằng tín hiệu đầu ra RPS khác nhau.
Hình 3.26: Vị trí cảm biến áp suất đường ống rail
Cảm biến thường được dùng trên Toyota Hillux, Hyundai Tucson, Kia
Optioma, Sportage,…
3.6.2.
Cấu tạo
66
Kết nối
Mạch đo
Màng với phần
tử cảm biến
Đầu vào áp
suất cao
Hình 3.27: Cấu tạo của cảm biến RPS
3.6.3.
Nguyên lí hoạt động
Hình 3.28: Nguyên lý hoạt động của cảm biến RPS
Cảm biến áp suất Rail được gắn trên ống phân phối nhiên liệu áp suất cao, có
nhiệm vụ chuyển đổi áp s nhiên liệu thành tín hiệu điện, hiệu chỉnh điện áp thông qua
cảm biến và gửi về ECM.
Khi có sự thay đổi áp suất nhiên liệu, màng rung sẽ bị biến dạng. Do đó, các
tín hiệu điện áp được tạo ra nhờ sự biến dạng này. Nếu áp suất nhiên liệu trong ống
phân phối cao, màng ngăn sẽ bị biến dạng nhiều, do đó tạo ra tín hiệu điện áp cao.
Ngược lại áp suất thấp sẽ sinh ra điện áp thấp.
3.6.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.29: Các chân của cảm biến RPS
67
Chân
Chức năng
1
Nguồn 5V
2
Tín hiệu đầu ra
3
Mass
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán thông qua giắc OBD
Bước 2: Đo tín hiệu điện áp đầu ra của RPS tại các tốc độ khác nhau
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật của cảm biến RPS dựa trên tốc độ
Tốc độ
Cầm chừng
1500 rpm
6300 rpm
Điện áp đầu ra (V)
Xấp xỉ 1.2
2.0 – 2.2
Xấp xỉ 2.8
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật của cảm biến RPS
Áp suất
Điện áp đầu ra
Bar
kgf
[MPa( 2 , psi)]
cm
0
0 (0, 0)
0.5
175
17.5 ( 178; 2538 )
2.5
350
35 ( 357; 5076 )
4.5
Hình 3.30: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến RPS
68
Hình 3.31: Biểu đồ của cảm biến RPS trên máy chẩn đoán
3.7.
Cảm biến áp suất lốp
3.7.1.
Chức năng
Một hệ thống giám sát áp suất lốp (TPMS) đã được áp dụng để hỗ trợ người
lái xe hiểu được tình trạng của lốp xe. Nếu hệ thống phát hiện lốp xe có áp suất thấp
đáng kể, nó sẽ cảnh báo người lái bằng đèn cảnh báo TPMS.
Hình 3.32: Vị trí của cảm biến áp suất lốp
Cảm biến thường được dùng trên Toyota 4Runner, GX460, Venza, Land
Cruiser, Prius, Lexus RX350, GX460,…
3.7.2.
Cấu tạo
69
Hình 3.33: Cấu tạo của cảm biến áp suất lốp
Cấu trúc bao gồm:
1, Vòng đệm kim loại; 2. Seal; 3. Van giữ; 4. Nắp nhựa; 5. Vòng; 6. Cảm biến
3.7.3.
Nguyên lí hoạt động
TPMS trực tiếp sử dụng các cảm biến giám sát áp suất trong mỗi lốp xe để
theo dõi các mức áp suất cụ thể - không chỉ dữ liệu vòng quay bánh xe từ hệ thống
chống bó cứng phanh.
Các cảm biến trong TPMS trực tiếp thậm chí có thể cung cấp chỉ số nhiệt độ
lốp. Hệ thống giám sát áp suất lốp trực tiếp gửi tất cả dữ liệu này đến một mô-đun
điều khiển tập trung, nơi nó được phân tích, nếu áp suất lốp thấp hơn mức cần thiết,
được truyền trực tiếp đến bảng điều khiển của bạn, nơi đèn báo sáng. Một màn hình
áp suất lốp trực tiếp thường gửi tất cả dữ liệu này không dây. Mỗi cảm biến có một
số sê-ri duy nhất. Đây là cách hệ thống không chỉ phân biệt giữa chính nó và các hệ
thống trên các phương tiện khác, mà còn giữa các chỉ số áp suất cho từng lốp riêng
lẻ.
3.7.4.
Kiểm tra
Bắt đầu bằng cách kiểm tra áp suất lốp bằng đồng hồ đo áp suất lốp đáng tin
cậy. So sánh số đọc với số đọc được hiển thị trên bảng điều khiển xe . Nếu có sự khác
biệt về dấu hiệu, nó có thể chỉ ra sự cố với cảm biến áp suất không khí.
Tiếp theo, kiểm tra cảm biến xem có bất kỳ hư hỏng hoặc ăn mòn nào có thể
nhìn thấy không. Đảm bảo rằng nó được gắn chắc chắn vào thân van.
70
Nếu cảm biến ở trong tình trạng tốt, thử đặt lại cảm biến. Tham khảo hướng
dẫn sử dụng để biết quy trình cụ thể, vì nó có thể thay đổi tùy thuộc vào kiểu dáng và
kiểu xe.
3.8.
Cảm biến áp suất dàn lạnh
3.8.1.
Chức năng
Bộ chuyển đổi áp suất A / C (APT) chuyển đổi giá trị áp suất của đường dây
áp suất cao thành giá trị điện áp sau khi đo. Theo giá trị điện áp chuyển đổi, ECU
động cơ điều khiển quạt làm mát bằng cách vận hành nó ở tốc độ cao hoặc tốc độ
thấp. ECU động cơ dừng hoạt động của máy nén khi nhiệt độ của đường môi chất
lạnh rất cao hoặc rất thấp bất thường để tối ưu hóa hệ thống điều hòa không khí.
Hình 3.34: Vị trí của cảm biến áp suất dàn lạnh
Cảm biến thường được dùng trên những dòng xe Ford Fiesta, Escape, Focus,
F-150, Explorer,…
3.8.2.
Cấu tạo
71
Hình 3.35: Cấu tạo của cảm biến áp suất dàn lạnh
3.8.3.
Nguyên lí hoạt động
Hình 3.36: Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất dàn lạnh
Áp suất được áp dụng cho màng ngăn gốm của bộ phận phát hiện áp suất theo
áp suất môi chất lạnh trong ống làm mát. Hình dạng của màng ngăn gốm thay đổi
theo áp suất tác dụng và khe hở giữa các điện cực thay đổi. Cảm biến áp suất môi
chất lạnh phát hiện tải điện (điện dung) thay đổi theo lượng giải phóng mặt bằng và
chuyển đổi nó thành giá trị điện áp tại khu vực xử lý tín hiệu. Điện áp tăng nếu áp
suất môi chất lạnh tăng và giảm nếu áp suất môi chất lạnh giảm.
3.8.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
72
Hình 3.37: Các chân của cảm biến áp suất dàn lạnh
Chân
1
2
3
Chức năng
Mass
Tín hiệu đầu ra
Nguồn 5V
Kiểm tra
Bước 1: Bật công tắc On
Bước 2: Tính điện áp đầu ra tham chiếu dựa theo công thức sau:
V= 0,0088*p(psi)+0,37
Bước 3: Đo điện áp giữa chân 1 và 2
Bước 4: Nếu điện áp đầu ra gần giống với điện áp đầu ra tham chiếu thì cảm
biến bình thường, Nếu 0V là đầu ra hoặc giá trị điện áp tham chiếu và giá trị
điện áp đầu ra của cảm biến không gần nhau, hãy thay thế cảm biến
Hình 3.38: Biểu đồ mối liên hệ giữa áp suất và điện áp của cảm biến áp suất dàn lạnh
73
3.9.
Cảm biến kích nổ
3.9.1.
Chức năng
Hình 3.39: Vị trí của cảm biến kích nổ
Hiện tượng kích nổ xuất hiện ở cuối kỳ nén, do một phần hoà khí có khả năng
bắt đầu quá trình cháy sau khi bugi đánh lửa. Ở cuối kỳ nén của động cơ, khi bugi bật
tia lửa điện để bắt đầu quá trình cháy sẽ tạo ra một màng lửa lan truyền theo tất cả
các hướng trong buồng đốt động cơ, thì ở thời điểm này cũng có một màng lửa khác
xuất hiện do một phần hoà khí đã đạt đến nhiệt độ tự cháy, nó sẽ tự bắt lửa và tự cháy.
Hai màng lửa này va chạm với nhau sẽ tạo ra làn sóng với tần số cao, tạo ra âm thanh
được gọi là kích nổ.
Sự kích nổ có trên cả động cơ xăng và động cơ diesel. Động cơ diesel được
thiết kế dưới tỉ số nén cao, nên chúng dễ va đập hơn so với động cơ xăng. Quá trình
đốt cháy trong động cơ diesel phụ thuộc vào sự tự bốc cháy của nhiên liệu, chứ không
phải từ tia lửa điện của bugi. Sự tự bốc cháy này đôi khi hình thành nhiều màng lửa
dẫn đến kích nổ. Ngoài ra, nhiên liệu diesel có tỉ số nén cao hơn so với xăng, có nghĩa
là chúng bốc cháy dễ dàng hơn.
Cảm biến thường được dùng trên Honda CR-V, Accord, RSX, Civic, Toyota
Corolla, Highlander, Sienna, Camry, Avalon,…
3.9.2. Cấu tạo
3.9.2.1.
Cảm biến kích nổ trên động cơ xăng
a) Cảm biến kích nổ loại không cộng hưởng
74
Hình 3.40: Cấu tạo của cảm biến kích nổ loại không cộng hưởng
Cấu trúc bao gồm
1. Vòng đệm tiếp điểm; 2. Vật ổn định cơ cấu chuyển động; 3. Lớp bảo vệ; 4. Lò xo;
5. Chốt bắt vít; 6. Phần tử áp điện; 7. Đầu nối điện; 8. Khối xilanh; 9. Nước làm mát
b) Cảm biến kích nổ loại cộng hưởng
Phần tử áp điện
Tấm rung
Hình 3.41: Cấu tạo cảm biến kích nổ loại cộng hưởng
3.9.2.2.
Cảm biến kích nổ trên động cơ diesel
75
Hình 3.42: Cấu tạo cảm biến kích nổ trên động cơ diesel
3.9.3. Nguyên lý hoạt động
Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số
rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f =
7kHz), trong khi đó cảm biến kích nổ loại không cộng hưởng thì dải tần thường rộng
hơn từ 5kHz đến 15kHz. Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực
lớn nhất và sinh ra một điện áp có giá trị nhỏ hơn 2,5V. Nhờ tín hiệu này, ECU động
cơ sẽ nhận biết được đang có hiện tượng kích nổ trong xy lanh và tiến hành điều chỉnh
để giảm góc đánh lửa lại cho đến khi không còn kích nổ. Sau đó, ECU động cơ có
thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại.
Hình 3.43: Đồ thị biểu diễn tần số và điện áp lúc kích nổ
Nếu kích nổ xảy ra trong động cơ, cảm biến kích nổ biến đổi độ rung tạo ra
bởi kích nổ thành tín hiệu điện áp (tín hiệu KNK) và chuyển nó đến ECU động cơ
ECU động cơ sẽ xác định xem độ lớn của tín hiệu KNK.
76
Sau đó nó hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa bằng cách làm muộn đi theo độ lớn
của tín hiểu KNK. Nói khác đi, khi kích nổ mạnh, thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều,
và khi kích nổ yếu, thời điểm đánh lửa chỉ bị muộn một chút. Khi hết kích nổ ở động
cơ, ECU ngưng làm muộn thời điểm đánh lửa và làm sớm lên một chút tại thời điểm
được xác định trước.
Việc làm sớm này được tiền hành cho đến khi kích nổ lại xảy ra, và sau đó khi
kích nổ xảy ra, việc điều chỉnh lại được thực hiện lại bàng cách làm muộn thời điểm
đánh lửa.
Góc của thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 10° theo cách hiệu chỉnh
này. Một số kiểu động cơ thực hiện việc hiệu chỉnh này gần tới phạm vi trọng tải
hoàn toàn của động cơ và các kiểu động cơ khác chỉ tiến hành việc hiệu chỉnh này
trong thời gian có trọng tải cao.
3.9.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.44: Các chân của cảm biến kích nổ
Chân
Chức năng
1
KS1+
2
KS1-
Kiểm tra bằng điện trở
Bước 1: Kết nối cảm biến với đồng hồ VOM với thang đo điện trở (kΩ)
Bước 2: So sánh kết quả đo được với tài liệu tham chiếu 504—616 kilohms
[10—30 °C {50—86 °F}]
Kiểm tra bằng điện áp
Bước 1: Kết nối cảm biến với đồng hồ VOM với thang đo điện áp (mV)
Bước 2: Dùng dụng cụ chuyên dùng tác động vào cảm biến nếu thấy có sự
77
thay đổi điện áp thì cảm biến bình thường, nếu không thì cảm biến bị hư hỏng
3.10. Cảm biến áp suất bình nhiên liệu
3.10.1. Chức năng
Cảm biến áp suất bình nhiên liệu (FTPS) là một thành phần của hệ thống kiểm
soát khí thải bay hơi và được lắp đặt trên bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu hoặc ống
đựng. Nó kiểm tra hoạt động của van điện từ điều khiển thanh lọc và phát hiện rò rỉ
hệ thống.
Hình 3.45: Vị trí của cảm biến áp suất bình nhiên liệu
Cảm biến thường được sử dụng trên dòng xe Ford E-150, Crown Victoria,
E-250, E-350, E-450, Explorer, …
3.10.2. Cấu tạo
Phía bên
không khí
Phần tử áp điện
Phía bên bộ lọc
Hình 3.46: Cấu tạo của cảm biến FTPS
3.10.3. Nguyên lý hoạt động
78
Cảm biến bao gồm 3 dây, dây tín hiệu, dây mass và dây nguồn 5V. Cảm biến
đo áp suất trong bình nhiên liệu và truyền thông tin này đến mô-đun điều khiển động
cơ (ECM) và mô-đun điều khiển hệ thống truyền lực (PCM). ECM sử dụng thông tin
này để xác định bình nhiên liệu có bị rò rỉ hoặc trục trặc hay không, từ đó đèn cảnh
báo.
Hình 3.47: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến FTPS
3.10.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.48: Các chân của cảm biến FTPS
Chân
1
2
3
Chức năng
Nguồn cảm biến 5V
Mass cảm biến
Tín hiệu đầu ra cảm biến
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán thông qua giắc OBD
Bước 2: Bật công tắc sang vị trí On
Bước 3: Kiểm tra, giám sát dữ liệu và so sánh chỉ số điện áp được hiển thị với
điện áp tham chiếu, nếu không phù hợp với tiêu chuẩn thì cảm biến hư hỏng
79
Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của cảm biến FTPS
Áp suất [kPa(
kgf
cm2
Điện áp đầu ra (V)
)]
-6.67 ( -0.068 )
0.5
0
2.5
6.67 ( 0.068 )
4.5
3.11. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
3.11.1. Chức năng
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IATS) được bao gồm bên trong cảm biến
áp suất tuyệt đối hoặc cảm biến đo khối lượng không khí nạp (MAF) để tính toán
lượng không khí chính xác, cần hiệu chỉnh nhiệt độ không khí vì mật độ không khí
thay đổi tùy theo nhiệt độ. Vì vậy, ECM không chỉ sử dụng tín hiệu MAPS, MAF mà
còn cả tín hiệu IATS. Cảm biến này có Nhiệt điện trở Hệ số nhiệt độ âm (NTC) và
điện trở của nó thay đổi tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Hình 3.49: Vị trí của cảm biến IATS
Cảm biến thường được dùng trên Toyota Hiace, Mazda Miata, Suzuki Vitara,
Toyota Camry, Toyota Corolla, Celica,…
3.11.2. Cấu tạo
80
Hình 3.50: Cấu tạo cảm biến IATS được tích hợp trong MAF hoặc MAP
Hình 3.51: Cấu tạo cảm biến IATS
3.11.3. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.52: Nguyên lý hoạt động của cảm biến IATS
Cảm biến IAT thường là một nhiệt điện trở, một loại điện trở có điện trở thay
đổi theo nhiệt độ. Tùy thuộc vào loại nhiệt điện trở cụ thể, điện trở có thể tăng khi
nhiệt độ tăng (Hệ số nhiệt độ dương hoặc PTC) hoặc giảm khi nhiệt độ tăng (Hệ số
nhiệt độ âm hoặc NTC). Hầu hết các cảm biến IAT được sử dụng trong xe là nhiệt
điện trở NTC.
Cảm biến thường được đặt trong đường hút gió của động cơ, sau bộ lọc không
khí, nhưng trước thân bướm ga. Tại đây, nó có thể đo chính xác nhiệt độ của điện tích
81
không khí đến.
Khi động cơ đang chạy, không khí được hút vào đường ống nạp của động cơ.
Cảm biến IAT đo nhiệt độ của không khí này và gửi tín hiệu điện áp đến ECU, tín
hiệu này diễn giải tín hiệu thành số đọc nhiệt độ. ECU sau đó sử dụng dữ liệu này,
kết hợp với các dữ liệu cảm biến khác, để điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu-không khí
và thời điểm đánh lửa.
3.11.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.53: Các chân của cảm biến IAT
Chân
Chức năng
1
Tín hiệu cảm biến
2
Mass
Kiểm tra
Bước 1: Chuyển công tắc sang Off
Bước 2: Tháo giắc kết nối cảm biến
Bước 3: Sử dụng đồng hồ VOM, chỉnh thang đo điện trở, đo điện trở giữa
chân 1 và 2.
Bước 4: So sánh với bảng tham chiếu, nếu có sự khác biệt thì tiến hành thay
thế cảm biến
82
Bảng 3.7: Thông số kỹ thuật của cảm biến IATS
Điện trở (kΩ)
40.93 – 48.35
13.89 – 16.03
5.38 – 6.09
3.48 – 3.90
2.31 – 2.57
1.08 – 1.21
1.56 – 1.74
0.54 – 0.62
0.29 – 0.34
Nhiệt độ ℃ (℉)
-40 (-40)
-20 (-4)
0 (32)
10 (50)
20 (68)
40 (104)
50 (122)
60 (140)
80 (176)
Hình 3.54: Biểu đồ mối liên hệ giữa nhiệt độ và điện áp của cảm biến IAT
3.12. Cảm biến nhiệt độ khí trời
3.12.1. Chức năng
Cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh (ATS) được lắp đặt trên mô-đun
mặt trước và cảm nhận nhiệt độ môi trường xung quanh. Cảm biến này được tiếp
xúc với nhiệt độ không khí xung quanh ở phía trước bộ tản nhiệt. ATS là cảm biến
loại Hệ số nhiệt độ âm (NTC) và điện trở của nó tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Chức năng chính của cảm biến nhiệt độ môi trường xung quanh là cung cấp
số đọc nhiệt độ chính xác cho các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, trong các hệ thống ô
tô, cảm biến thường được sử dụng để theo dõi nhiệt độ bên trong cabin xe và bên
ngoài xe. Nó giúp duy trì nhiệt độ thoải mái bên trong cabin và hỗ trợ kiểm soát hoạt
động của hệ thống HVAC.
83
Hình 3.55: Vị trí của cảm biến ATS
Cảm biến thường được dùng trên Hyundai Elantra, Santa Fe, Tucson, Kia
Forte, Optima, Sedona, Sorento Soul, …
3.12.2. Cấu tạo
Hình 3.56: Cấu tạo của cảm biến ATS
3.12.3. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.57: Nguyên lý hoạt động của cảm biến ATS
Cảm biến nhiệt độ môi trường hoạt động bằng cách phát hiện năng lượng nhiệt
có trong môi trường xung quanh. Nó thực hiện điều này bằng cách sử dụng một thành
phần nhạy cảm với nhiệt độ, chẳng hạn như nhiệt điện trở hoặc cảm biến nhiệt độ
hồng ngoại. Các thành phần này trải qua những thay đổi về điện trở hoặc phát ra bức
84
xạ hồng ngoại để đáp ứng với sự thay đổi nhiệt độ.
Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, thành phần nhạy cảm với nhiệt độ của cảm
biến sẽ phản ứng tương ứng. Sự thay đổi điện trở hoặc bức xạ hồng ngoại này sau đó
được cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện sau đó được xử lý và
giải thích bởi hệ thống hoặc thiết bị để cung cấp kết quả đọc nhiệt độ chính xác.
3.12.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.58: Các chân của cảm biến ATS
Chức năng
Tín hiệu cảm biến
Mass
Chân
1
2
Kiểm tra
Bước 1: Chuyển công tắc sang Off
Bước 2: Tháo giắc kết nối cảm biến
Bước 3: Dùng đồng hồ VOM, đo điện trở giữa chân 1 và 2.
Bước 4: So sánh với bảng tham chiếu, nếu có sự khác biệt thì tiến hành thay
thế cảm biến
Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của cảm biến ATS
Nhiệt độ [℃(℉)]
-40 (-40)
-20 (-4)
0 (32)
10 (50)
20 (68)
40 (104)
50 (122)
60 (140)
80 (176)
Điện trở tham chiếu (kΩ)
841.2 – 1019.3
263.8 – 306.5
92.4 – 102.8
57.0 – 62.2
36.2 – 38.8
15.3 – 16.7
10.3 – 11.4
7.1 – 8.0
3.5 – 4.0
85
3.13. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
3.13.1. Chức năng
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECTS) được đặt trong đường đi của
chất làm mát động cơ của đầu xi lanh để phát hiện nhiệt độ nước làm mát động cơ.
ECTS sử dụng nhiệt điện trở thay đổi điện trở với nhiệt độ.
Trong quá trình vận hành động cơ lạnh, ECM tăng thời gian phun nhiên liệu
và kiểm soát thời điểm đánh lửa bằng cách sử dụng thông tin về nhiệt độ nước làm
mát động cơ để tránh động cơ bị chết máy và cải thiện khả năng lái.
Hình 3.59: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến thường được dùng trên Honda Civic, Pilot, Accord, CR-V, Toyota Camry,
Solara, Celica,…
3.13.2. Cấu tạo
Hình 3.60: Cấu tạo của cảm biến ECT
86
3.13.3. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.61: Nguyên lý hoạt động của cảm biến ECT
Điện trở của ECTS giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi nhiệt độ giảm. Tham
chiếu + 5V được cung cấp cho ECTS thông qua một điện trở trong ECM. Đó là, điện
trở trong ECM và nhiệt điện trở trong ECTS được kết nối nối tiếp. Khi giá trị điện
trở của nhiệt điện trở trong ECTS thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát động cơ, điện
áp đầu ra cũng thay đổi.
3.13.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.62: Các chân của cảm biến ECT
Chân
1
2
3
4
Chức năng
Mass
Báo taplo
Mass
Tín hiệu cảm biến
Kiểm tra
Bước 1: Chuyển công tắc sang Off
87
Bước 2: Tháo giắc kết nối cảm biến
Bước 3: Dùng đồng hồ VOM, chỉnh thang đo điện trở, đo điện trở giữa chân
3 và 4.
Bước 4: So sánh với bảng tham chiếu, nếu có sự khác biệt thì tiến hành thay
thế cảm biến
Bảng 3.9: Thông số kỹ thuật của cảm biến ECT
Nhiệt độ [℃(℉)]
Điện trở tham chiếu (kΩ)
-40 (-40)
48.14
-20 (-4)
14.13 – 16.83
0 (32)
5.79
20 (68)
2.31 – 2.59
40 (104)
1.15
60 (140)
0.59
80 (176)
0.32
3.14. Cảm biến nhiệt độ nhớt
3.14.1. Chức năng
Cảm biến nhiệt độ nhớt là một thành phần quan trọng trong hệ thống động cơ
của xe. Nó chịu trách nhiệm theo dõi nhiệt độ của nhớt động cơ và cung cấp kết quả
đọc chính xác cho bộ điều khiển động cơ (ECU). Thông tin này rất quan trọng đối
với hoạt động bình thường của động cơ, vì nó giúp duy trì phạm vi nhiệt độ tối ưu
cho nhớt. Cảm biến thường sử dụng nhiệt điện trở hoặc cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ.
Cảm biến nhiệt độ nhớt bị trục trặc có thể dẫn đến hư hỏng động cơ hoặc hiệu suất
kém.
Cảm biến thường được dùng trên những dòng xe Ford F-250, F-350,
Excursion, F-450, F-550,…
88
.
Hình 3.63: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nhớt
3.14.2. Cấu tạo
Hình 3.64: Cấu tạo của cảm biến OTS
3.14.3. Nguyên lý hoạt động
89
Hình 3.65: Nguyên lý hoạt động của cảm biến OTS
Cảm biến nhiệt độ nhớt là nhiệt điện trở loại NTC (hệ số nhiệt độ âm). Điều
này có nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở của cảm biến giảm. Cảm biến sẽ gửi tín
hiệu đến bộ điều khiển động cơ (ECU), cung cấp thông tin thời gian thực về nhiệt độ
của nhớt động cơ. ECU sau đó sử dụng thông tin này để điều chỉnh thời gian phun
nhiên liệu và các thông số động cơ khác để có hiệu suất tối ưu.
3.14.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.66: Các chân của cảm biến OTS
Chân
1
2
Chức năng
Tín hiệu cảm biến
Mass
Kiểm tra
Bước 1: Chuyển công tắc sang Off
Bước 2: Tháo giắc kết nối cảm biến
Bước 3: Dùng đồng hồ VOM, chỉnh thang đo điện trở, đo điện trở giữa chân
1 và 2.
Bước 4: So sánh với bảng tham chiếu, nếu có sự khác biệt thì tiến hành thay
thế cảm biến
90
Bảng 3.10: Thông số kỹ thuật của cảm biến OTS
Nhiệt độ [℃(℉)]
Điện trở tham chiếu (kΩ)
-40 (-40)
44.9
-20 (-4)
28.82
0 (32)
5.78
20 (68)
2.04 – 2.78
40 (104)
1.11
60 (140)
0.54
80 (176)
0.26 – 0.32
100 (212)
0.16
120 (248)
0.1
140 (284)
0.07
Hình 3.67: Biểu đồ mối liên hệ giữa nhiệt độ và điện trở của OTS
3.15. Cảm biến vị trí bướm ga
3.15.1. Chức năng
Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga
để báo về hộp ECU. Từ đó, ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí
bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun
91
nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng
và điều khiển chuyển số.
Hình 3.68: Vị trí cảm biến bướm ga
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Toyota 4Runner, Pickup,
Celica, Camry, ES250,…
3.15.2. Cấu tạo
a. Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
Hình 3.69: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
b. Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
92
Hình 3.70: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
c. Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
Hình 3.71: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
d. Cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall
Hình 3.72: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga loại Hall
93
Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng
các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp ở trên
trục bướm ga và quay cùng với bướm ga.
3.15.3. Nguyên lý hoạt động
a) Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
Hình 3.73: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm
Loại cảm biến vị trí bướm ga này dùng tiếp điểm không tải ( IDL) và tiếp điểm
trợ tải ( PSW) để phát hiện xem động cơ có đang chạy không tải hoặc đang chạy dưới
tải trọng lớn. Khi bướm ga được đóng hoàn toàn, tiếp điểm IDL đóng ON và tiếp
điểm PSW ngắt OFF.
ECU động cơ xác định rằng động cơ đang chạy không tải. Khi đạp bàn đạp ga,
tiếp điểm IDL sẽ bị ngắt OFF, và khi bướm ga mở quá một tiếp điểm xác định, tiếp
điểm PSW sẽ đóng ON, tại thời điểm này ECU động cơ xác định rằng động cơ đang
chạy dưới tải nặng.
b) Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp điểm IDL
Hình 3.74: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có tiếp
điểm IDL
94
Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở bướm ga, điện
áp này được đặt vào cực VAT theo tỷ lệ thuận với góc mở bướm ga. Khi bướm ga
được đóng lại hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL được nối với các cực IDL và E2.
Các cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính hiệu nay có các kiểu không có tiếp
điểm IDL hoặc các kiểu có tiếp điểm IDL được nối với các cực IDL và E2
Các cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính hiện nay có các kiểu không có tiếp
điểm IDL hoặc các kiểu có tiếp điểm IDL nhưng nó được nối với ECU động cơ. Các
kiểu này dùng tín hiệu VAT để thực hiện việc điều khiển đã nhớ và phát hiện trạng
thái không tải.
c) Cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không có tiếp điểm IDL
Hình 3.75: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính không
có tiếp điểm IDL
Điện áp đầu vào ECU cấp vào chân VC trên cảm biến vị trí bướm ga với điện
áp là 5V. Khi bướm ga mở, con trượt sẽ tiến dần về phía VC hơn khiến cho điện trở
thay đổi và đầu ra chân VTA được đưa vào ECU, tại đây, ECU xác định bướm ga
đang mở hay đóng. Khi bướm ga mở hoàn toàn con trượt đến vị trí trên cùng, lúc này,
tín hiệu 5V đi từ VC sang VTA về lại ECU, ECU lúc này nhận biết bướm ga đang
mở hoàn toàn hay tại vị trí cuối cùng, tín hiệu xấp xỉ 0V được đưa về ECU, lúc này
ECU nhận biết vị trí đang đóng.
d) Cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall
95
Hình 3.76: Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga kiểu phần tử Hall
Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này
thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra
bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực
VTA1 và VTA2 theo mức thay đổi này.
Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga. Cảm
biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga , mà còn sử dụng phương
pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng.
3.15.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.77: Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bướm ga tích hợp
96
Hình 3.78: Sơ đồ các chân của ETC
Chân
1
2
3
4
5
6
Chức năng
Mass cảm biến
Nguồn 5V cho cảm biến
Nguồn ETC Motor
Tín hiệu TPS1
Tín hiệu TPS2
Mass ETC Motor
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối công cụ chẩn đoán
Bước 2: Khởi động động cơ và đo điện áp ra của TPS 1 và TPS 2
Bước 3: Tra cứu trên bảng thông số kỹ thuật
Bảng 3.11: Thông số kỹ thuật của cảm biến vị trí bướm ga
Điện áp đầu ra (V)
Góc bướm ga
0
0,525
5
10
20
30
40
50
60
70
79.27
TPS1
0.5
0,525
0,738
0,976
1,452
1,929
2,405
2,881
3,357
3,833
4,275
97
TPS2
4,5
4,475
4,262
4,024
3,548
3,071
2,595
2,119
1,643
1,167
0,725
Hình 3.79: Biểu đồ mối liên hệ giữa góc mở và điện áp của TPS
3.16. Cảm biến bàn đạp ga
3.16.1. Chức năng
Cảm biến bàn đạp ga, còn được gọi là Accelerator Pedal Sensor, là bộ phận
giúp đo vị trí và độ mở bàn đạp ga khi người lái nhấn vào bàn đạp xe. Sau khi đã đo
được độ mở của bàn đạp ga, cảm biến đạp ga sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển động
cơ (ECU) để điều khiển mô tơ bướm ga, từ đó giúp động cơ tăng tốc theo mong muốn
của người lái.
Hình 3.80: Cảm biến bàn đạp ga
98
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Honda Element, Accord,
CR-V, Civic, Mitsubishi Lancer, Outlander,…
3.16.2. Cấu tạo
Trên thị trường hiện nay có hai loại cảm biến bàn đạp ga là kiểu tuyến tính và
kiểu phần tử Hall. Đều là cảm biến bàn đạp ga nhưng chúng lại có cấu tạo và nguyên
lý hoạt động khác hoàn toàn nhau.
a) Cảm biến bàn đạp ga kiểu tuyến tính
Hình 3.81: Cảm biến bàn đạp ga kiểu tuyến tính
Cấu tạo của cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính gồm: thanh trượt, mạch điện
trở lưỡi quét trên mạch điện trở và một số chi tiết khác. Tuy nhiên, để đảm bảo cảm
biến hoạt động chính xác, hầu hết các loại xe sử dụng hai tín hiệu cảm biến bàn đạp
ga để gửi thông tin đến ECU.
b) Cảm biến bàn đạp ga kiểu phần tử Hall
Hình 3.82: Cảm biến bàn đạp ga loại Hall
Cảm biến loại Hall có cấu tạo khác biệt so với cảm biến đạp ga tuyến tính.
99
Cảm biến chân ga loại Hall bao gồm IC Hall được gắn cố định và nam châm được
gắn ở trục của bàn đạp ga.
3.16.3. Nguyên lí hoạt động
a) Cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính
Hình 3.83: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp chân ga loại tuyến tính
Cảm biến bàn đạp ga tuyến tính hoạt động dựa trên nguyên lý chiết áp. Ban
đầu, cảm biến được cung cấp 5V và tín hiệu đến ECU điều khiển từ chiết áp 1 luôn
gấp đôi so với chiết áp 2. Khi trục của bàn đạp ga thay đổi vị trí trên mạch điện trở,
lưỡi quét sẽ xoay và thay đổi điện áp đầu ra tại chân tín hiệu. Cuối cùng, tín hiệu này
được gửi về ECU để tăng độ tin cậy của cảm biến.
b) Cảm biến bàn đạp ga loại Hall
Hình 3.84: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga loại Hall
100
Cảm biến đạp ga loại Hall cũng được cấp nguồn 5V và Mass tương tự như
cảm biến tuyến tính. Tuy nhiên, cảm biến này thay đổi tùy theo độ mở của bướm ga
dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall, trong cảm biến bố trí hai IC Hall cố định, nguồn 5
vôn cung cấp tới cực VCPA và VCP2. Khi đạp ga qua trục truyền động sẽ làm cho
các nam châm chuyển động xung quanh hai IC Hall, từ thông qua IC Hall thay đổi,
tín hiệu điện áp VPA, VPA2 xác định góc mở bàn đạp ga và gửi về ECU.
3.16.4. Cách kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.85: Sơ đồ các chân của cảm biến vị chân ga
Chân
1
2
3
4
5
6
Chức năng
Mass APS2
Mass APS1
Chân tín hiệu APS1
Nguồn 5V cho APS1
Nguồn 5V cho APS2
Chân tín hiệu APS2
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối công cụ chẩn đoán
Bước 2: Bật công tắc ON
101
Bước 3: Đo điện áp đầu ra của APS1 và APS2, sau đó so sánh với bảng dưới
Bảng 3.12: Thông số kỹ thuật của APPS
APS1
Điện áp (V)
Xấp xỉ 0.7 – 0.8
Xấp xỉ 3.98 – 4.22
Điều kiện
Nhả bàn đạp ga
Nhấn bàn đạp ga
APS2
Điện áp (V)
Xấp xỉ 0.325 – 0.425
Xấp xỉ 1.93 – 2.17
Hình 3.86: Biểu đồ vị trí bàn đạp ga và điện áp
3.17. Cảm biến tốc độ bánh xe
3.17.1. Chức năng
Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy. Nó phát ra một
tín hiệu xung gửi lên đồng hồ taplo để báo cho người tài xế nhận biết được tốc độ
thực tế xe đang chạy và đo số km xe đã chạy.
Hình 3.87: Vị trí cảm biến tốc độ bánh xe
102
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Toyota Yaris, Corolla,
Hillux, Land Cruiser, Celica,…
3.17.2. Cấu tạo
Có 4 loại cảm biến tốc độ bánh xe chính đó là:
•
Loại công tắc lưỡi gà
•
Loại cảm biến quang
•
Loại cảm biến từ
•
Loại MRE (Phần tử điện trở từ)
a) Cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà
Cảm biến này là loại đời cũ, vẫn sử dụng dây cáp truyền động từ hộp số lên
đồng hồ taplo, cảm biến được lắp trong bảng đồng hồ loại kim. Nó bao gồm một nam
châm quay bằng cáp đồng hồ tốc độ, chuyển động quay làm cho công tắc đóng và
mở. Công tắc lưỡi gà đóng 4 lần khi cáp quay một vòng.
Hình 3.88: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà
Nam châm được phân cực như trong hình vẽ bên dưới. Lực từ trường tại 4
vùng chuyển tiếp cực N và S của nam châm sẽ đóng và mở tiếp điểm của công tắc
lưỡi gà khi nam châm quay.
b) Cảm biến tốc độ xe loại cảm biến quang học
Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ. Nó bao gồm một cảm biến quang
học làm từ một đèn LED, chiếu vào một transistor quang học. Một bánh xe có xẻ rãnh
đặt giữa đèn LED và transitor quang học được dẫn động bằng cáp đồng hồ tốc độ.
103
Hình 3.89: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại cảm biến quang học
Các rãnh trên bánh xe sẽ tạo ra xung ánh sáng khi bánh xe quay, ánh sáng do
đèn LED chiếu ra được chia thành 20 xung trong mỗi vòng quay của cáp. 20 xung
này chuyển thành 4 xung nhờ bộ đếm số, sau đó gửi đến ECU.
c) Cảm biến tốc độ xe loại điện từ
Cảm biến này được lắp trong hộp số và nhận biết tốc độ quay của hộp trục thứ
cấp hộp số. Nó bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây và một lõi. Một roto
có 4 răng được lắp trên trục thứ cấp của hộp số.
Hình 3.90: Cấu tạo cảm biến tốc độ xe loại điện từ
d) Cảm biến tốc độ bánh xe loại MRE (phần tử từ trở)
Cảm biến này được lắp trên hộp số hay hộp số phụ và được dẫn động bằng
104
bánh răng trục thứ cấp. Nó bao gồm một HIC (mạch tích hợp) với một MRE (phần
tử từ trở) và một vành từ.
Hình 3.91: Cảm biến tốc độ bánh xe loại MRE
Giá trị điện trở của MRE thay đổi phụ thuộc vào hướng của đường sức từ tác
dụng lên nó. Do vậy, nếu hướng của đường sức từ thay đổi theo chuyển động quay
của nam châm lắp trên vành từ sẽ dẫn đến kết quả là điện áp ra của MRE có dạng
sóng xoay chiều như hình bên dưới.
3.17.3. Nguyên lý hoạt động
Hình 3.92: Nguyên lý hoạt động của VSS
Khi trục thứ cấp của hộp số quay, khoảng cách giữa lõi của cuộn dây và roto
tăng hay giảm bởi các răng. Số lượng đường sức từ đi qua lõi tăng hay giảm tương
ứng, tạo ra một điện áp xoay chiều AC trong cuộn dây.
105
Phần tử bán dẫn trong cảm biến tốc độ bánh xe phát hiện sự thay đổi từ thông
và mạch truyền động hoạt động chuyển đổi nó thành tín hiệu xung vuông cho dòng
điện, được truyền đến ECU
3.17.4. Kiểm tra
Bước 1: Tắt máy
Bước 2: Kết nối với máy chẩn đoán
Bước 3: Chọn các hiển thị về cảm biến tốc độ bánh xe
Bước 4: Khởi động xe, lái thử và so sánh các chỉ số được hiển thị có giống với
đồng hồ tốc độ hay không, nếu không thì tiến hành thay thế cảm biến
3.18. Cảm biến vị trí trục cam
3.18.1. Chức năng
Cảm biến vị trí trục cam là một thành phần thiết yếu trong các động cơ hiện
đại giúp giám sát vị trí của trục cam. Bằng cách này, cảm biến cung cấp thông tin
quan trọng cho bộ phận điều khiển động cơ (ECU), sau đó ECU điều chỉnh thời gian
phun nhiên liệu và đánh lửa cho phù hợp. Điều này giúp cải thiện hiệu suất động cơ,
giảm lượng khí thải và ngăn ngừa thiệt hại tiềm ẩn.
Hình 3.93: Vị trí cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Kia Optima, Sportage,
Forte, Sorento, Hyundai Sonata, Santa Fe, Tucson,…
3.18.2. Cấu tạo
a) Cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến điện từ
106
Hình 3.94: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến điện từ
Cấu tạo của cảm biến vị trí trục cam loại điện từ gồm:
1. Vỏ cảm biến; 2. Dây tín hiệu ra; 3.Vỏ bảo vệ dây; 4.Nam châm vĩnh cửu; 5. Cuộn
dây cảm ứng; 6. Vấu cực; 7.Bánh răng kích từ; G Khe hở không khí
b) Cảm biến vị trí trục cam loại cảm biến hall
Hình 3.95: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam loại hall
Cấu tạo cảm biến bao gồm :
1. Vỏ cảm biến; 2. Dây tín hiệu; 3. IC; 4. Nam châm vĩnh cửu; 5. Phần tử Hall; 6.
Bánh răng kích từ; G. khe hở không khí
3.18.3. Nguyên lý hoạt động
107
Hình 3.96: Nguyên lí hoạt động của cảm biến vị trí trục cam
Khi trục khuỷu quay, thông qua dây cam dẫn động làm trục cam quay theo,
trên trục cam có 1 vành tạo xung có các vấu cực, các vấu cực này quét qua đầu cảm
biến, khép kín mạch từ và cảm biến tạo ra 1 xung tín hiệu gửi về ECU để ECU nhận
biết được điểm chết trên của xi lanh số 1 hay các máy khác..
3.18.4. Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.97: Các chân của cảm biến vị trí trục cam
Chân
1
2
3
Kiểm tra
Chức năng
Chân nguồn
Mass cảm biến
Chân tín hiệu G
Bước 1: Xoay công tắc máy ON và khởi động động cơ, cho động cơ hoạt động
ở chế độ cầm chừng.
Bước 2: Dùng máy đo xung để kiểm tra chân tín hiệu G có tín hiệu xung vuông
hay không. Nếu có thì cảm biến vẫn còn hoạt động tốt.
108
Hình 3.98: Xung vuông khi cảm biến hoạt động tốt
3.19.
Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP
3.19.1.
Chức năng
Hình 3.99: Cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến CKP)
Cảm biến vị trí trục khuỷu là một trong một số cảm biến giúp động cơ hoạt
động trơn tru. Nó xác định vị trí của trục khuỷu cũng như tốc độ quay của trục khuỷu
(đôi khi nó được gọi là cảm biến tốc độ động cơ). Cảm biến vị trí trục khuỷu chuyển
tiếp thông tin này đến máy tính trên xe, bộ điều khiển động cơ (ECU) và ECU sử
dụng thông tin đó, cùng với đầu vào từ các cảm biến khác, để điều khiển các hệ thống
như thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu. Điều này giữ cho tất cả các bộ phận của
động cơ được hẹn giờ tốt và hoạt động phối hợp. Cảm biến vị trí trục khuỷu rất cần
thiết để động cơ vận hành trơn tru.
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Hyundai Elantra, Tucson,
Accent, Kia Forte, Rio, Soul,…
3.19.2.
Cấu tạo
a) Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ
109
Hình 3.100: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến điện từ
b) Cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến Hall
Hình 3.101: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến Hall
c) Cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến quang
Hình 3.102: Cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến quang
110
Nguyên lý hoạt động
3.19.3.
Hình 3.103: Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí trục khuỷu
Khi trục khuỷu quay nó sẽ tạo ra một tín hiệu xung gửi về hộp ECU, ECU sẽ
sử dụng thuật toán logic được lập trình sẵn trong hộp, nó đếm số xung đó trên một
đơn vị thời gian và tính toán được tốc độ của trục khuỷu.
3.19.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.104: Các chân của cảm biến vị trí trục khuỷu
Chân
1
2
3
Chức năng
Chân tín hiệu Ne
Mass cảm biến
Chân nguồn
Kiểm tra
Bước 1: Xoay công tắc máy ON và đề máy lên, cho động cơ hoạt động ở chế độ cầm
chừng.
Bước 2: Kiểm tra tương tự như cảm biến vị trí trục cam: Dùng máy đo xung để đo
chân tín hiệu Ne xem có tín hiệu xung vuông hay không. Nếu có thì cảm biến vẫn
còn hoạt động tốt.
111
Hình 3.105: Biểu đồ xung của CKPS
3.20.
Cảm biến đo mức nhiên liệu
3.20.1.
Chức năng
Cảm biến đo mức nhiên liệu là một trong các cảm biến quan trọng trên ô tô.
Hoạt động của cảm biến mức nhiên liệu dựa trên sự chuyển động lên xuống của phao
trong bình chứa, sử dụng các thành phần như hệ thống phao và con trượt. Các biến
đổi này được chuyển thành tín hiệu điện áp và gửi đến bộ xử lý. Bộ xử lý sau đó hiển
thị thông tin về mức nhiên liệu lên màn hình đồng hồ, giúp người sử dụng theo dõi
mức nhiên liệu hiện tại.
Cảm biến này thường được dùng trên các dòng xe Hyundai Elantra, Mazda 3,
Ford Ranger, Explorer, Everest, …
3.20.2.
Cấu tạo
Hình 3.106: Cấu tạo của bộ đo mức nhiên liệu
Cấu trúc bao gồm:
1. Phao nổi; 2. Bộ đo mức nhiên liệu; 3. Bộ bơm nhiên liệu
112
Nguyên lý hoạt động
3.20.3.
Hình 3.107: Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo mức nhiên liệu
Khi lượng nhiên liệu trong bình nhiên liệu tăng, phao nổi trên bề mặt nhiên
liệu di chuyển lên (1) và khi lượng nhiên liệu trong bình nhiên liệu giảm, phao di
chuyển xuống (2). Điện trở trong cảm biến giảm (3) khi phao di chuyển lên và điện
trở trong cảm biến tăng (4) khi phao di chuyển xuống. BCM phát hiện (5) giá trị điện
áp thay đổi tùy theo điện trở trong cảm biến làm tín hiệu điện áp của đơn vị gửi đồng
hồ đo nhiên liệu.
3.20.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.108: Kiểm tra bộ đo mức nhiên liệu
Kiểm tra
Bước 1: Hoàn thành quy trình an toàn
113
Bước 2: Nếu mức đồng hồ đo nhiên liệu cho biết nhiên liệu còn nhiều, tiến
hành quy trình xả nhiên liệu.
Bước 3: Ngắt kết nối cáp pin âm
Bước 4: Xác định các cực C và D của bơm nhiên liệu và so sánh với bảng
thông số lỹ thuật
Bảng 3.13: Thông số kỹ thuật của bộ đo mức nhiên liệu
Vị trí của phao nổi
Điện trở (Ω)
Phía trên cùng
18.5 – 21.5
Phía dưới cùng
197 – 203
3.21.
Cảm biến Oxy
3.21.1.
Chức năng
Cảm biến oxy phát hiện nồng độ oxy (tỷ lệ không khí / nhiên liệu lý thuyết)
trong khí thải, đây chính là thông tin cơ bản để xác định chủ yếu lượng phun nhiên
liệu và là thông tin để xác định sự suy giảm của bộ chuyển đổi xúc tác. Phát hiện
nồng độ oxy (tỷ lệ không khí / nhiên liệu lý thuyết) trong khí thải và gửi nó đến PCM
dưới dạng tín hiệu nồng độ oxy (tỷ lệ không khí / nhiên liệu lý thuyết).
Hình 3.109: Vị trí cảm biến oxy
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Ford Escape, Fiesta,
Focus, Honda Accord, CR-V, Civic, Toyota Camry, Corolla,…
3.21.2.
Cấu tạo
Cảm biến oxy được làm nóng (HO2S) bao gồm zirconium và alumina và được
lắp đặt ở cả phía trước và phía sau của bộ chuyển đổi xúc tác. Nó thay đổi tùy theo tỷ
114
lệ không khí/nhiên liệu. Cảm biến phải nóng để hoạt động bình thường. Để giữ nóng,
cảm biến có bộ sưởi được điều khiển bởi ECM thông qua tín hiệu chu kỳ nhiệm vụ.
Khi nhiệt độ khí thải thấp hơn giá trị quy định, bộ gia nhiệt sẽ làm nóng đầu cảm biến.
Hình 3.110: Cấu tạo cảm biến Oxy
3.21.3.
Nguyên lý hoạt động
Hình 3.111: Sơ đồ mạch điện của cảm biến Oxy loại 4 dây
Đầu dò của cảm biến oxy là một phần tử gốm Zirconium dioxide, hình ngón
tay được đặt để tiếp xúc trực tiếp với khí thải từ động cơ. Tính năng đặc trưng của
chất điện phân rắn này là nó có thể xâm nhập đối với các ion oxy ở nhiệt độ cao hơn
khoảng 300°C. Cả hai mặt của sứ đều được phủ một lớp bạch kim mỏng (Platin), xốp
và có tác dụng như một điện cực. Luồng khí thải chảy bên ngoài của đầu dò và phía
bên trong chứa đầy không khí bên ngoài đi vào.
115
3.21.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.112: Sơ đồ mạch cảm biến Oxy
Hình 3.113: Sơ đồ các chân của cảm biến oxy
Chân
1
2
3
4
Chức năng
Chân tín hiệu cảm biến oxy
Mass cảm biến
Nguồn bộ làm nóng
Mass bộ làm nóng
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán
Bước 2: Khởi động động cơ
Bước 3: Làm nóng động cơ đến nhiệt độ hoạt động bình thường
Bước 4: Truy cập các thông số như tốc độ xe (VSS), tốc độ động cơ
(ENG_RPM), O2S_OUT_VOLT12 (điện áp đầu ra HO2S)
Bước 5: Điều khiển xe và giảm tốc độ động cơ bằng cách nhả bàn đạp ga hoàn
toàn khi tốc độ động cơ từ 3.000 vòng / phút trở lên.
116
Bước 6: Xác minh rằng điện áp đầu ra HO2S (PID: O2S_OUT_VOLT12) là
0,3 V trở xuống trong khi giảm tốc như trong hình.
Kiểm tra bằng điện trở:
Bước 1: Xoay công tắc OFF
Bước 2: Đo điện trở giữa chân 3 và 4
Bước 3: Kiểm tra xem điện trở có nằm trong thông số kỹ thuật không.
Bảng 3.14: Thông số kỹ thuật cảm biến Oxy
Đơn vị đo
Thông số
Điện trở bộ làm nóng (Ω)
3.3 – 4.1Ω [20℃(68℉)]
Hình 3.114: Biểu đồ hiển thị trên máy chẩn đoán của HO2S
3.22.
Cảm biến A/F ( Air/ Fuel Ratio Sensor )
3.22.1.
Chức năng
Cảm biến tỉ lệ không khí và nhiên liệu (A/F) có khoảng làm việc rộng hơn cảm
biến oxy (kiểu cũ). Nó dùng để phát hiện nồng độ oxy trong khí thải nhưng có cấu
trúc khác và đặc tính cũng khác cảm biến oxy (kiểu cũ). Ưu điểm của cảm biến A/F
là tín hiệu cảm biến rộng, phát hiện nhanh và điều chỉnh chính xác hơn cảm biến oxy
(kiểu cũ).
Cảm biến này thường được dùng trên những dòng xe Toyota Corolla, Matrix,
117
BMW Z4, 128i, 328i,…
Hình 3.115: Vị trí của của cảm biến A/F
3.22.2.
Cấu tạo
Hình 3.116: Cấu tạo của cảm biến A/F
Cảm biến A/F được cấu tạo bởi 3 bộ phận chính: Nernst cell giống như cảm
biến oxy thông thường; Pump cell bộ tạo áp điện hóa học và Monitoring chamber
buồng giám sát. Nhiệm vụ là giữ cho điện áp ở Nernst cell luôn ở mức 450 milivolts.
118
3.22.3.
Nguyên lí hoạt động
Hình 3.117: Sơ đồ mạch điện của cảm biến A/F
Nhiệt độ làm việc của cảm biến từ 650C trở lên , cảm biến A/F được đặt trên
một điện áp không đổi khoảng 0.45V và điện áp tín hiệu tỉ lệ thuận với lượng oxy có
trong khí thải.
Trong số các dây kết nối cảm biến, một dây mang điện áp tham chiếu 2,55V.
Điện áp tham chiếu này tùy theo nhà sản xuất mà có thể dao động từ 2,4 – 2,7V nhưng
thường là 2,55V. Trong khi đó VS luôn giữ ở mức điện áp 0,45V nên tổng điện áp
cảm biến là 3V.
Khi hỗn hợp không khí / nhiên liệu nghèo, có rất nhiều oxy ở bên ngoài. Oxy
bên trong không bị thu hút bởi oxy ở bên ngoài. Trong điều kiện này, có rất ít sự khác
biệt về cân bằng hóa học giữa bên ngoài khí quyển và bên trong khí thải. Vì áp suất
riêng phần oxy gần như bằng nhau, nên có rất ít lực kéo đối với các ion oxy, vì vậy
rất ít sẽ di chuyển qua oxit zirconi. Trong điều kiện hỗn hợp nghèo này, cảm biến oxy
sẽ tạo ra điện áp thấp dưới 0,1 volt. Sự khác biệt giữa VS và VR khiến VO tăng lên.
Bộ khuếch đại vi sai tăng điện áp trên 2,55 volt. Oxy hiện được bơm ra khỏi buồng
khuếch tán đến ống xả, duy trì điện áp cảm biến ở khoảng 3,0 volt.
Khi hỗn hợp A / F giàu có, thiếu oxy ở bên ngoài. Oxy bên trong bị thu hút
bởi hydro và carbon monoxide ở bên ngoài. Trong điều kiện này, có một sự khác biệt
lớn trong sự cân bằng hóa học của oxy giữa bên ngoài khí quyển và bên trong khí
thải. Sự khác biệt lớn về áp suất riêng phần oxy sẽ tạo ra điện áp cao lớn hơn 0,8 volt.
Ở hỗn hợp giàu, VS tăng, khiến VO giảm. Đổi lại, điều này làm giảm điện áp xuống
119
dưới 2,55 volt. Oxy được bơm từ khí thải vào buồng khuếch tán, duy trì điện áp cảm
biến ở khoảng 3,0 volt.
Hình 3.118: Đường đặc tuyến cảm biến A/F và cảm biến Oxy
3.22.4.
Kiểm tra
➢ Trên xe Hyundai Elantra 2022
Hình 3.119: Sơ đồ mạch cảm biến A/F
Hình 3.120: Sơ đồ các chân của cảm biến A/F
120
Kiểm tra
Bước 1: Kết nối với máy chẩn đoán
Bước 2: Khởi động động cơ
Bước 3: Làm nóng động cơ đến nhiệt độ hoạt động bình thường
Bước 4: Truy cập các thông số như tốc độ xe (VSS), tốc độ động cơ
(ENG_RPM), O2S_Current
Bước 5: Điều khiển xe và giảm tốc độ động cơ bằng cách nhả bàn đạp ga hoàn
toàn khi tốc độ động cơ từ 3.000 vòng / phút trở lên.
Bước 6: Xác minh rằng điện áp đầu ra của cảm biến A/F là 0,25mA trở lên
trong khi giảm tốc như trong hình.
Hình 3.121: Biểu đồ hiển thị trên máy chẩn đoán của cảm biến A/F
Kiểm tra bằng điện trở:
Bước 1: Xoay công tắc OFF
Bước 2: Đo điện trở giữa chân 4 và 5
Bước 3: Kiểm tra xem điện trở có nằm trong thông số kỹ thuật không.
Bảng 3.15: Thông số kỹ thuật cảm biến Oxy
Đơn vị đo
Thông số
Điện trở bộ làm nóng (Ω)
2.5 – 4.0Ω [20℃(68℉)]
121
CHƯƠNG 4: KIỂM TRA VÀ CHẨN ĐOÁN
4.1.
Dụng cụ chuyên dùng SST ( Special Service Tools )
Hình 4.1: Các dụng cụ đặc biệt
4.2.
Quy trình sửa chữa hư hỏng
4.2.1. Xác minh vấn đề
Trước khi trải qua quá trình chẩn đoán, cần quan tâm đến sự tồn tại của vấn
122
đề. Nếu vấn đề không được xác định thì không thể tiến hành sửa chữa. Người chủ xe
phải biết về xe của mình và nó được vận hành như thế nào. Trước khi chẩn đoán, hãy
đưa ra những câu hỏi:
-
Loại đèn cảnh báo nào đang phát sáng ?
-
Gặp vấn đề trong lúc động cơ hoạt động hay không hoạt động ?
-
Vấn đề xảy ra trong quá trình khởi động, quá trình tăng tốc hay trong các quá
trình khác ?
-
Xe đi được bao lâu thì xảy ra vấn đề ?
-
Có đèn cảnh báo nào phát sáng không ?
-
Gần đây, xe đã từng làm dịch vụ hay sửa chữa ở đâu chưa ?
Câu hỏi cuối rất quan trọng vì các vấn đề xảy ra thường là kết quả của việc
sửa chữa trước đó. Biết được bộ phận nào được sửa chữa trước khi vấn đề xảy ra thì
có thể khoanh vùng được vấn đề.
Sau khi đánh giá tình hình, lời phàn nàn của khách hàng cần được xác nhận
trước khi tiến hành chẩn đoán sâu hơn. Khách hàng có thể được yêu cầu điền vào
biểu mẫu chi tiết cảu vấn đề.
4.2.2. Thực hiện kiểm tra sơ bộ kỹ lưỡng và các kiểm tra cơ bản
Kiểm tra trực quan là khía cạnh quan trọng nhất của chẩn đoán. Hầu hết các
chuyên gia đồng ý rằng từ 10% đến 30% tất cả các vấn đề về hiệu suất động cơ có
thể được tìm thấy chỉ bằng cách thực hiện kiểm tra trực quan kỹ lưỡng. Việc kiểm tra
phải bao gồm những điều sau đây:
➢ Kiểm tra các vấn đề cơ bản
-
Rò rỉ nhiên liệu
-
Dây điện bị đứt
-
Đầu nối bị ăn mòn
-
Tiếng ồn, khói hoặc mùi bất thường
➢ Kiểm tra bộ lọc không khí và ống dẫn khí (các động vật, côn trùng nhỏ khác
có thể xây tổ hoặc lưu trữ thức ăn trong đó)
123
➢ Kiểm tra mọi thứ hoạt động và không hoạt động bằng cách bật mọi thứ lên và
quan sát rằng mọi thứ đang hoạt động bình thường.
➢ Tìm kiếm bằng chứng về việc sửa chữa trước đó. Bất cứ khi nào công việc
được thực hiện trên một chiếc xe, luôn có nguy cơ một cái gì đó sẽ bị xáo trộn
hoặc bị ngắt kết nối.
➢ Kiểm tra mức và tình trạng dầu. Một lĩnh vực khác để kiểm tra trực quan là
mức dầu và tình trạng.
-
Mức dầu. Dầu phải ở mức thích hợp.
-
Tình trạng dầu. Sử dụng que diêm hoặc bật lửa, cố gắng châm dầu trên
que thăm dầu; Nếu dầu bốc cháy, xăng có mặt trong dầu động cơ. Nhỏ
một ít dầu động cơ từ que thăm dầu vào ống xả nóng. Nếu dầu sủi bọt
hoặc sôi, chất làm mát (nước) có trong dầu. Kiểm tra độ sạn bằng cách
chà xát dầu giữa các ngón tay.
➢ Kiểm tra mức độ và tình trạng nước làm mát. Nhiều vấn đề về động cơ là do
quá nóng. Hệ thống làm mát hoạt động hiệu qảu là rất quan trọng đối với tuổi
thọ của bất kỳ động cơ nào.
LƯU Ý: Chỉ kiểm tra mức nước làm mát trong bộ tản nhiệt nếu bộ tản nhiệt
mát. Nếu bộ tản nhiệt nóng và nắp tản nhiệt bị tháo ra, việc giảm áp suất phía trên
chất làm mát sẽ khiến chất làm mát sôi ngay lập tức, điều này có thể gây bỏng nặng
vì chất làm mát nở ra một cách bùng nổ lên trên và ra ngoài từ lỗ mở của bộ tản nhiệt.
➢ Đảm bảo đủ mức nhiên liệu. Đảm bảo rằng bình nhiên liệu đã đầy ít nhất một
phần tư đến một nửa; Nếu mức nhiên liệu thấp, có thể bất kỳ nước hoặc cồn
nào ở đáy bình nhiên liệu sẽ đậm đặc hơn và có thể bị hút vào hệ thống nhiên
liệu.
➢ Kiểm tra điện áp bình acquy. Điện áp của bình phải ít nhất là 12,4 volt và điện
áp sạc (động cơ đang chạy) phải là 13,5 đến 15,0 volt ở 2000 vòng / phút.
Điện áp bình thấp có thể gây ra nhiều vấn đề, bao gồm giảm tiết kiệm nhiên
liệu và tốc độ không tải không chính xác (thường là quá cao). Điện áp bình
124
cao hơn bình thường cũng có thể gây ra các vấn đề về mô-đun điều khiển hệ
thống truyền lực (PCM) và có thể gây hư hỏng cho các mô-đun điện tử.
➢ Kiểm tra áp suất bơm nhiên liệu. Thông thường nguyên nhân của hiệu suất
động cơ không liên tục là do bơm nhiên liệu điện yếu hoặc bộ lọc nhiên liệu
bị tắc. Kiểm tra áp suất bơm nhiên liệu sớm trong quá trình chẩn đoán giúp
loại bỏ áp suất nhiên liệu thấp
4.2.3. Truy xuất mã lỗi chẩn đoán
Nếu DTC có trong bộ nhớ máy tính, nó có thể được báo hiệu bằng cách hiện
đèn báo sự cố (MIL), thường được gắn nhãn "CHECK ENGINE". Bất kỳ mã nào
được hiển thị trên công cụ quét khi MIL không bật được gọi là mã đang chờ xử lý..
Mặc dù mã đang chờ xử lý này rất hữu ích cho kỹ thuật viên để biết rằng lỗi đã được
phát hiện trong quá khứ, nhưng sẽ cần thử nghiệm thêm để tìm ra nguyên nhân gốc
rễ của vấn đề. Kiểm tra và ghi lại thông tin mã lỗi. Điều này cho biết khi nào DTC
được thiết lập và điều này không chỉ giúp kỹ thuật viên xác định điều gì có thể khiến
mã được đặt mà còn giúp xác minh việc sửa chữa bằng cách vận hành xe trong cùng
điều kiện hoặc tương tự.
4.2.4. Kiểm tra bản tin dịch vụ kỹ thuật
Kiểm tra các quy trình sửa chữa hoặc sửa chữa trong bản tin dịch vụ kỹ thuật
(TSB) phù hợp với các triệu chứng. Theo các nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà
sản xuất ô tô, có tới 30% xe có thể được sửa chữa theo thông tin, đề xuất hoặc các bộ
phận thay thế được tìm thấy trong bản tin dịch vụ. DTC phải được biết trước khi tìm
kiếm bản tin dịch vụ, vì bản tin thường bao gồm thông tin về việc giải quyết các vấn
đề liên quan đến mã sự cố chẩn đoán được lưu trữ.
4.2.5. Xem xét kỹ dữ liệu trên công cụ chẩn đoán
Các nhà sản xuất xe đã cung cấp cho kỹ thuật viên ngày càng nhiều dữ liệu về
công cụ kiểm tra. Các kỹ thuật viên mới bắt đầu thường quan sát lướt qua dữ liệu mà
không có manh mối thực sự về những gì họ đang tìm kiếm. Khi được hỏi, họ thường
trả lời rằng họ đang tìm kiếm điều gì đó bất thường. Cách tốt nhất để xem dữ liệu là
125
xem theo một trình tự xác định và với các dữ liệu cụ thể để có thể biết nhiều nhất về
hoạt động của động cơ.
4.2.6. Khoanh vùng vấn đề
Để phân vùng hư hỏng cần phải làm theo ba mục sau:
-
Xác định những vùng có khả năng hư hỏng
Xem xét phần mạch có liên quan, những phần mạch nào còn hoạt động tốt
ở trên thì đánh dấu, sau đó tiến hành xem xét những vị trí nào không được
“đánh dấu” là nơi đó có khả năng xảy ra hư hỏng, khoanh tròn tất cả các vị trí
nơi mà lỗi có thể xảy ra. Điều này giúp người sửa chữa có cái nhìn toàn diện
hơn về những vùng có khả năng cần kiểm tra.
-
Xác định vị trí bắt đầu kiểm tra
Khi đã xác định được bất kỳ một vùng nào có những vị trí đã khoanh tròn,
đều có thể là nguyên nhân gây ra hư hỏng, người sửa chữa cần tìm một nơi để
bắt đầu.
+ Vị trí dễ tiếp cận.
+ Nếu như việc kiểm tra có thể làm thông qua trực quan.
+ Nếu như biết được lỗi trước đó qua vài điểm đặc biệt.
+ Nếu có nhiều thiết bị, mạch điện không làm việc: bắt đầu với những
phần của mạch thường được dùng chung
-
Sử dụng phương pháp chia đôi
Sử dụng phương pháp chia đôi với sơ đồ mạch điện, người sửa chữa có thể
xác định được phần giữa của phần bị hư trong mạch điện. Sau khi tìm được vị
trí giắc nối gần điểm đó nhất, người sửa chữa cần xác định phần nào (phần
nguồn dương hay phần nối mass) của mạch bị hỏng, bằng cách kiểm tra điện
thế khi mạch hở hay kiểm tra điện thế khi thông mạch.
4.2.7. Sửa chữa vấn đề và xác định nguyên nhân gốc rễ
Sửa chữa hư hỏng có lẽ là một bước rõ ràng và ít rắc rối nhất trong quá trình
chẩn đoán. Việc sửa chữa hoặc thay thế phụ tùng phải được thực hiện theo khuyến
nghị của nhà sản xuất xe và chắc chắn rằng nguyên nhân gốc rễ của vấn đề đã được
tìm thấy. Để sửa chữa một sự cố về điện thường liên quan đến các vấn đề sau:
126
-
Sửa chữa và thay thế thiết bị.
-
Sửa chữa đường dây.
-
Sửa chữa một mối nối của mạch điện (các giắc nối, các cực, các điểm nối
mass).
4.2.8. Xác minh sửa chữa và xóa DTC
Lái thử để xác minh rằng sự cố ban đầu đã được khắc phục. Xác minh rằng
không có vấn đề bổ sung nào xảy ra trong quá trình sửa chữa. Sau đó tiến hành kiểm
tra và xóa tất cả các mã sự cố chẩn đoán. Giao xe cho khách hàng và kiểm tra lại
những điều sau: 1. Xe sạch sẽ. 2. Radio bị tắt. 3. Đồng hồ được đặt đúng thời điểm
và các đài phát thanh đã được khôi phục nếu pin bị ngắt kết nối trong quá trình sửa
chữa.
4.3.
Bảng mã lỗi hệ thống điều khiển điện tử
Bảng 4.1: Bảng mã lỗi của hệ thống điều khiển điện tử
Mã lỗi
Mô tả
Nguyên nhân có thể
P007000 P007000 được đặt khi Mô-đun
điều khiển động cơ (ECM) nhận
1.
Tiếp xúc kém giữa các đầu nối
được tín hiệu Cảm biến nhiệt độ
2.
Hở mạch hoặc ngắn mạch
không khí xung quanh (AATS)
quá cao hoặc thấp từ A/C ECM
AATS
3.
AATS
1.
Tiếp xúc kém giữa các đầu nối
thông qua giao tiếp CAN
P007100 P007100 sẽ đặt khi chỉ số Cảm
biến nhiệt độ không khí xung
quanh (AATS) thực tế, được
cung cấp qua CAN, khác (lớn
hơn 77 ° F (25 ° C)) so với giá trị 2.
tính toán ECM sử dụng kết hợp
hai cảm biến, Cảm biến nhiệt độ
dầu (OTS) Cảm biến nhiệt độ
127
AATS
không khí nạp (OTS) và / hoặc
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
động cơ (ECT).
P008700 P008700 được đặt khi mức áp
1.
Tiếp xúc kém giữa các đầu nối
suất đường ray nhiên liệu thực tế 2.
Bộ lọc nhiên liệu bị tắc
thấp hơn giá trị mục tiêu của nó. 3.
Đường cung cấp nhiên liệu
gặp vấn đề
4.
Rò rỉ nhiên liệu
5.
Van điều chỉnh áp suất nhiên
liệu
P008800 P008800 được đặt khi mức áp
6.
Bơm nhiên liệu áp suất cao
7.
Cảm biến áp suất ống rail
1.
Tiếp xúc kém giữa các đầu nối
suất đường ray nhiên liệu thực tế 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
vượt quá giá trị mục tiêu của nó.
hiệu cảm biến áp suất ống rail
3.
Đường hồi nhiên liệu gặp vấn
đề
4.
Bộ điều chỉnh áp suất nhiên
liệu
5.
Cảm biến áp suất ống rail
P008B00 P008B00 được đặt khi điện áp
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
của tín hiệu đầu ra Cảm biến áp
2.
Tắc nghẽn đường nhiên liệu
suất nhiên liệu (FPS) nằm trong
3.
Van giảm áp quá mức bị kẹt
khoảng từ 3,7V đến 4,75V.
4.
FPS
P010600 P010600 được đặt khi giá trị
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Cảm biến áp suất tuyệt đối
2.
Bộ lọc không khí bẩn
(MAPS) lớn hơn giá trị tham
3.
Nắp dầu hoặc que thăm dầu bị
128
chiếu
thiếu hoặc không được lắp đặt
chính xác.
4.
Rò rỉ không khí trong hệ
thống nạp
5.
P010700 P010700 được đặt khi Mô-đun 1.
MAPS hoặc TPS bị lỗi
Tiếp xúc kém của đầu nối
điều khiển động cơ (ECM) phát 2.
Ngắn mạch trong mạch tín hiệu
tín hiệu đầu vào của Cảm biến áp
MAPS
suất tuyệt đối (MAPS) thấp
3.
Hở mạch trong mạch tín hiệu
MAPS
4.
MAPS
P010800 P010800 được đặt khi Mô-đun
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
điều khiển động cơ (ECM) phát
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
hiện tín hiệu đầu vào của Cảm
biến áp suất tuyệt đối đa tạp
hiệu MAPS
3.
(MAPS) cao
Hở mạch trong mạch nối đất
MAPS
P011100 P011100 được đặt khi giá trị
4.
MAPS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp 2.
IATS
(IATS) bất thường.
P011200 P011200 được đặt khi nhiệt độ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đo được của Cảm biến nhiệt độ
2.
Ngắn mạch trong mạch IATS
không khí nạp (IATS) cao hơn
3.
IATS
P011300 P011300 được đặt khi nhiệt độ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đo được của Cảm biến nhiệt độ
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
ngưỡng tối đa.
không khí nạp (IATS) thấp hơn
129
hiệu IATS
ngưỡng tối thiểu trong 10 giây.
3.
Hở mạch trong mạch IATS
4.
IATS
P011600 P011600 được đặt khi có sự thay 1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đổi trong tín hiệu Cảm biến nhiệt 2.
Kiểm tra khối lượng nước làm
độ nước làm mát động cơ
mát
(ECTS) trong khi lái xe.
P011700 P011700 được đặt khi nhiệt độ
đo được của Sensor Nhiệt độ
3.
ECTS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
Nước làm mát Động cơ (ECTS)
hiệu ECTS
cao hơn ngưỡng tối đa.
3.
ECTS
P011800 P011800 được đặt khi nhiệt độ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đo được của Cảm biến nhiệt độ
2.
Hở mạch trong mạch tín hiệu
nước làm mát động cơ (ECTS)
thấp hơn ngưỡng tối thiểu.
ECTS
3.
Ngắn mạch trong mạch nối
đất ECTS
4.
ECTS
P011900 P011900 được đặt khi sự thay
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đổi tín hiệu Cảm biến nhiệt độ
2.
ECTS
nước làm mát động cơ (ECTS)
quá mạnh trong khoảng thời gian
ngắn.
P012100 P012100 được đặt khi chênh lệch 1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
giá trị cảm biến giữa cảm biến vị 2.
TPS 1
trí bướm ga (TPS) 1 và TPS 2
TPS 2
lớn hơn giá trị xác định trước.
130
3.
P012200 P012200 được đặt khi phát hiện
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
diện áp đầu vào của Cảm biến vị 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
trí bướm ga (TPS) thấp
hiệu TPS 1
P012300 P012300 được đặt khi điện áp
đầu vào của Cảm biến vị trí
3.
TPS 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
bướm ga (TPS) cao hơn ngưỡng
tối đa.
mạch tín hiệu TPS 1
3.
TPS 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
mạch tín hiệu Cảm biến oxy số 1 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
điện áp thấp
hiệu Cảm biến O2 số 1
P013100 P013100 được đặt khi phát hiện
3.
Cảm biến O2 số 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
mạch tín hiệu Cảm biến oxy số 1 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
điện áp cao
hiệu Cảm biến O2 số 1
P013200 P013200 được đặt khi phát hiện
P013300 P013300 được đặt khi khả năng
3.
Cảm biến O2 số 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
phản hồi của Cảm biến Oxy (O2) 2.
Rò rỉ hoặc tắc nghẽn trong hệ
số 1 thấp đáng kể.
thống khí nạp
3.
Cảm biến O2 số 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
lỗi trong mạch Cảm biến oxy
2.
Hở mạch Cảm biến O2 số 2
(O2) số 2
3.
Cảm biến O2 số 2
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
mạch tín hiệu Cảm biến oxy số 2 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
P013600 P013600 được đặt khi phát hiện
P013700 P013700 được đặt khi phát hiện
131
điện áp thấp
hiệu Cảm biến O2 số 2
3.
Cảm biến O2 số 2
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
mạch tín hiệu Cảm biến oxy (O2) 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
số 2 điện áp cao
hiệu Cảm biến O2 số 2
P013800 P013800 được đặt khi phát hiện
P013A00 P013A00 được đặt khi khả năng
3.
Cảm biến O2 số 2
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
phản hồi của Cảm biến Oxy (O2) 2.
Rò rỉ trong hệ thống nạp hoặc
số 2 thấp đáng kể
xả
P013B00 P013B00 được đặt khi thời gian
3.
Cảm biến O2 số 2
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đáp ứng của Cảm biến Oxy (O2) 2.
Rò rỉ trong hệ thống nạp hoặc
số 2 trở nên chậm đáng kể sau
xả
khi cắt nhiên liệu.
3.
Cảm biến O2 số 2
P014000 P014000 được đặt khi điện áp
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Rò rỉ trong hệ thống nạp hoặc
của Cảm biến oxy (O2) số 2 lớn
hơn 0,2V ngay cả sau khi hết
xả
nhiên liệu.
3.
Cảm biến O2 số 2
P012500 P012500 được đặt khi Cảm biến
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
nhiệt độ nước làm mát động cơ
2.
ECTS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Ngắn mạch trong mạch van
(ECTS) quá thấp để kích hoạt
điều khiển tỷ lệ không khí / nhiên
liệu.
P019100 P019100 được đặt khi tín hiệu
Cảm biến áp suất đường ray
132
nhiên liệu (RPS) quá cao hoặc
quá thấp.
điều khiển áp suất nhiên liệu
3.
Fuel RPS
P019200 P019200 được đặt khi phát hiện
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
thấy hở hoặc ngắn mạch trong
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
mạch tín hiệu Cảm biến áp suất
đường ray nhiên liệu (RPS).
hiệu RPS
3.
Hở mạch trong mạch tín hiệu
RPS
4.
RPS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
thấy mạch bị hở hoặc ngắn mạch 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
trong mạch tín hiệu Cảm biến áp
hiệu RPS
suất đường ray nhiên liệu (RPS). 3.
Hở mạch trong mạch nối đất
P019300 P019300 được đặt khi phát hiện
RPS
P019600 Bộ phận Contrul điện tử (ECU)
4.
RPS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
của động cơ theo dõi cả nhiệt độ 2.
OTS
nước làm mát và nhiệt độ nạp.
P019600 được đặt khi nhiệt độ
dầu động cơ bất thường.
P019700 Nếu nhiệt độ đo được cao hơn
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
giá trị ngưỡng tối đa, Mô-đun
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
điều khiển động cơ (ECM) sẽ đặt
P019700.
P019800 Nếu nhiệt độ đo được thấp hơn
133
hiệu OTS
3.
OTS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
giá trị ngưỡng tối thiểu, Mô-đun
2.
điều khiển động cơ (ECM) sẽ đặt
DTC P019800.
Ngắn mạch trong mạch tín
hiệu OTS
3.
Hở mạch trong mạch OTS
4.
OTS
P022100 P022100 được đặt khi chênh lệch 1.
giá trị cảm biến giữa Cảm biến vị 2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
TPS 1, TPS 2
trí bướm ga (TPS) 1 và TPS 2
lớn hơn giá trị xác định trước.
P022200 P022200 được đặt khi Mô-đun
1.
điều khiển động cơ (ECM) phát
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch tín hiệu
hiện điện áp đầu vào của Cảm
2.
Kết nối kém hoặc dây bị hỏng
biến vị trí bướm ga (TPS)2 thấp
3.
TPS2 bị lỗi
P022300 P022300 được đặt khi điện áp
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đầu vào của cảm biến cao hơn
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
giá trị ngưỡng tối đa.
mạch tín hiệu
3.
TPS
P031500 P031500 được đặt khi giá trị độ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
lệch đã học nằm ngoài phạm vi
2.
Cảm biến vị trí trục khuỷu
bình thường.
(CKPS)
P032600 P032600 được đặt khi có tín hiệu 1.
bất thường từ cảm biến kích nổ.
2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch tín hiệu
P033500 P033500 được đặt khi không
134
3.
Knock sensor
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
phát hiện được điểm mục tiêu
2.
(răng dài) từ cảm biến vị trí trục
khuỷu trong khi nó quay ba lần.
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch CKPS
3.
Bị hỏng mặt bích kết nối hoặc
bánh đà
4.
Cảm biến vị trí trục khuỷu
(CKPS)
P033600 P033600 được đặt khi tín hiệu từ 1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
cảm biến vị trí trục khuỷu bị
Hở hoặc ngắn trong mạch
2.
thiếu hoặc thừa.
CKPS
3.
Bị hỏng mặt bích kết nối hoặc
bánh đà
4.
Điều chỉnh sai vị trí trục
khuỷu và đai trục cam
5.
Cảm biến vị trí trục khuỷu
(CKPS)
P034000 P034000 được đặt khi không có
1.
tín hiệu từ cảm biến vị trí trục
cam nạp
Tiếp xúc kém với đầu nối
hoặc dây bị hỏng
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch CMPS
3.
Điều chỉnh sai vị trí trục
khuỷu / trục cam
4.
Cảm biến vị trí trục cam
(CMPS)
P034100 P034100 được đặt khi có lỗi
1.
Kết nối kém hoặc dây bị hỏng
trong tín hiệu cảm biến vị trí cam 2.
Điều chỉnh sai vị trí trục
nạp
khuỷu và trục cam
3.
135
CMPS
P036500 P036500 được đặt khi không có
1.
tín hiệu từ cảm biến vị trí trục
cam xả
Tiếp xúc kém với đầu nối
hoặc dây bị hỏng
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch CMPS
3.
Điều chỉnh sai vị trí ròng rọc
trục khuỷu / trục cam
4.
Cảm biến vị trí trục cam
(CMPS)
P036600 P036600 được đặt khi có lỗi
1.
Kết nối kém hoặc dây bị hỏng
trong tín hiệu cảm biến vị trí cam 2.
Điều chỉnh sai vị trí trục
xả
khuỷu và trục cam
3.
P045100 P045100 được đặt khi ECM động 1.
CMPS
Tiếp xúc kém của đầu nối
cơ nhận được giá trị tín hiệu quá 2.
Ron bị hư hỏng
cao hoặc quá thấp từ cảm biến áp 3.
Cảm biến áp suất bình nhiên
suất bình xăng.
liệu
4.
Nắp bình nhiên liệu đang mở
P045200 P045200 được đặt khi Mô-đun
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
điều khiển động cơ (ECM) phát
2.
Hở mạch trong mạch điện
tín hiệu dầu vào của Cảm biến áp 3.
Ngắn mạch trong mạch tín
suất bình nhiên liệu (FTPS) thấp
hiệu
4.
FTPS
P045300 P045300 được đặt khi Mô-đun
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
điều khiển động cơ (ECM) phát
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
hiện tín hiệu đầu vào của Cảm
biến áp suất bình nhiên liệu
hiệu
3.
(FTPS) cao
136
FTPS
P045400 P045400 được đặt khi phát hiện
1.
tiếng ồn trong tín hiệu Cảm biến 2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
FTPS
áp suất bình nhiên liệu (FTPS).
P046100 P046100 được đặt khi tốc độ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
thay đổi mức nhiên liệu nhỏ hơn 2.
Cảm biến mức nhiên liệu
5%.
P046200 P046200 được đặt khi tín hiệu
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đầu vào của mạch cảm biến mức 2.
Ngắn mạch trong mạch tín
nhiên liệu thấp
hiệu
P046300 P046300 được đặt khi tín hiệu
3.
Cảm biến mức nhiên liệu
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đầu vào của mạch cảm biến mức 2.
Hở mạch tín hiệu
nhiên liệu cao
Ngắn mạch trong mạch tín
3.
hiệu
4.
Cảm biến mức nhiên liệu
P046400 P046400 được đặt khi có sự khác 1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
biệt đáng kể giữa mức nhiên liệu 2.
Cảm biến mức nhiên liệu
đo được và mức nhiên liệu được
ngụ ý bởi tín hiệu cảm biến mức
nhiên liệu.
P053200 P053200 được đặt khi Mô-đun
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
điều khiển động cơ (ECM) phát
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
hiện ngắn mạch trong cảm biến
137
hiệu
áp suất môi chất lạnh A / C.
P053300 P053300 được đặt khi điện áp
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
của cảm biến áp suất A / C lớn
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
hơn 4,7V.
hiệu
3.
Hở mạch trong mạch điện
4.
Cảm biến áp suất môi chất
lạnh
P132600 ECM phát hiện lỗi cảm biến kích 1.
nổ bằng cách theo dõi phạm vi
2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Rung động cơ (mòn ổ trục,
của tín hiệu đầu vào tương tự từ
v.v.)
cảm biến kích nổ. Nếu phát hiện 3.
Hở hoặc ngắn trong mạch tín
tín hiệu tiếng gõ và mức độ
hiệu
nhiễu, ECM / PCM sẽ đặt DTC
4.
Cảm biến kích nổ
P212200 P212200 được đặt khi phát hiện
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
tín hiệu đầu vào mạch tín hiệu
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
P132600.
của Cảm biến vị trí Accel
hiệu của APS1
(APS)1 thấp
3.
APS1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
đầu vào của cảm biến vị trí Accel 2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
(APS) cao hơn ngưỡng tối đa.
mạch tín hiệu
P212300 P212300 được đặt khi điện áp
3.
138
APS
P212700 P212700 được đặt khi khi phát
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
hiện tín hiệu đầu vào mạch tín
2.
Ngắn mạch trong mạch tín
hiệu của Cảm biến vị trí Accel
(APS)2 thấp
hiệu của APS2
3.
APS2
P212800 P212800 được đặt khi điện áp
1.
Kết nối kém
đầu vào của cảm biến cao hơn
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
ngưỡng tối đa.
mạch tín hiệu
3.
P213800 ECM động cơ giám sát các giá trị 1.
APS
Kết nối kém
đầu ra của APS1 và APS2 khi xe 2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
đáp ứng tất cả các điều kiện tiên
mạch APS
quyết để chẩn đoán. P213800
3.
APS
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
DTC được đặt khi chênh lệch
giữa đầu ra của APS1 và đầu ra
của APS2 vượt quá giá trị xác
định trước.
P219500 P219500 được đặt khi các đặc
tính tín hiệu của Cảm biến O2 số 2.
Cảm biến O2 số 1
1 và số 2 khác nhau.
P219600 P219600 được đặt khi các đặc
1.
tính tín hiệu của Cảm biến O2 số 2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Cảm biến O2 số 1
1 và số 2 khác nhau.
P223700 ECM giám sát mạch dòng bơm
O2 Sensor (Up) (VIP) và đặt
139
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Mở mạch tín hiệu của Cảm
DTC P223700 nếu phát hiện phát
hiện sự không khớp dòng điện
biến O2 số 1
3.
Cảm biến O2 số 1
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Mở mạch tín hiệu của Cảm
dương trong cảm biến oxy (O2)
P224300 ECM giám sát mạch điện áp
tham chiếu cảm biến O2 số 1 và
đặt DTC P224300 nếu phát hiện
phát hiện thấy một mạch hở
biến O2 số 1
3.
Cảm biến O2 số 1
trong mạch tham chiếu cảm biến
O2
P225100 ECM giám sát mạch nối đất tham 1.
chiếu cảm biến O2 số 1 và đặt
2.
DTC P225100 nếu tín hiệu cảm
biến O2 Sensor số 1 cho biết bị
Tiếp xúc kém của đầu nối
Mở mạch tín hiệu của Cảm
biến O2 số 1
3.
Cảm biến O2 số 1
P227000 P227000 được đặt khi điện áp
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
của Cảm biến O2 phía sau số 2
2.
Cảm biến O2 số 2
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
kẹt.
cho biết tỷ lệ nhiên liệu không
khí là nghèo mặc dù điều khiển
tỷ lệ không khí-nhiên liệu đang
hoạt động do hỗn hợp nhiên liệu
không khí phong phú.
P227100 P227100 được đặt khi điện áp
của Cảm biến O2 số 2 cho biết tỷ 2.
lệ nhiên liệu không khí rất phong
140
Cảm biến O2 số 2
phú mặc dù điều khiển tỷ lệ
không khí-nhiên liệu đang hoạt
động do hỗn hợp nhiên liệu
không khí nghèo.
P229700 ECM theo dõi mức tín hiệu Cảm 1.
biến O2 số 1 trong quá trình cắt
2.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Cảm biến O2 số 1
nhiên liệu để kiểm tra tính hợp
lý. Mô-đun điều khiển động cơ
(ECM) đặt DTC P229700 nếu tín
hiệu Cảm biến O2 số 1 nằm
ngoài ngưỡng định trước.
P241400 P241400 được đặt khi dòng điện 1.
của Cảm biến O2 phía trước lớn
2.
hơn 3,6mA khi tải một phần hoặc 3.
Tiếp xúc kém của đầu nối
Cài đặt Cảm biến O2 sai
Cảm biến O2 số 1
đầy tải.
P254000 Mô-đun điều khiển động cơ
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
(ECM) đặt DTC khi phát hiện sự 2.
Cảm biến áp suất nhiên liệu
thay đổi thất thường của tín hiệu
(FPS
cảm biến áp suất nhiên liệu.
P254100 P254100 được đặt khi phát hiện
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
thấy hở hoặc ngắn mạch trong
2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
mạch cảm biến áp suất nhiên
mạch tín hiệu
liệu.
3.
141
Cảm biến áp suất nhiên liệu
(FPS)
P254200 P254200 được đặt khi phát hiện
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
chập pin trong mạch cảm biến áp 2.
Hở hoặc ngắn mạch trong
suất nhiên liệu.
mạch tín hiệu
3.
Cảm biến áp suất nhiên liệu
(FPS)
P262600 Mô-đun điều khiển động cơ
(ECM) giám sát mạch điện trở
1.
Tiếp xúc kém của đầu nối
2.
Hở mạch tín hiệu của Cảm
hiệu chỉnh Cảm biến O2 số 1
biến O2 số 1
(VRC) và đặt DTC P262600 nếu 3.
Cảm biến O2 số 1
phát hiện tín hiệu cảm biến O2 số
1 bị kẹt.
142
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I.
Kết luận
Trong thời đại ô tô ngày càng phát triển và phổ biến thì việc trang bị các kiến
thức về ô tô là rất cần thiết, hữu ích, không chỉ đối với người làm trong lĩnh vực ô tô,
cơ khí mà còn đối với những người đã, đang và chuẩn bị sở hữu ô tô.
Nhóm nghiên cứu đã cố gắng hoàn thành công việc, tìm hiểu đúng thời hạn
với toàn bộ sự quyết tâm học hỏi và kiên trì. Hoàn thành đúng tiến độ đặt ra với khối
lượng công việc không hề nhỏ là một thành công lớn đối với nhóm.
Bài báo cáo “ Cảm biến trên động cơ ô tô” có thể giúp chúng ta thấy được các
cảm biến dựa trên cơ sở lý thuyết như thế nào, đồng thời đề tài cũng giới thiệu ứng
dụng cảm biến trên ô tô, những hư hỏng và cách kiểm tra được thực hiện như thế nào.
Qua đó, kết luận rằng cảm biến trên ô tô rất quan trọng.
II.
Kiến nghị
Do còn có nhiều mặt hạn chế nên đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu một vài
loại cảm biến. Nếu có thời gian và nguồn tư liệu lớn hơn thì có thể phát triển đề tài
thành một cuốn sách nói về các các loại cảm biến trên ô tô để cung cấp nguồn tư liệu
cho chuyên ngành. Mong rằng về phía nhà trường sẽ cung cấp thêm đủ loại các cảm
biến ngay cả các cảm biến trên xe điện
Định hướng phát triển của đề tài trong thời gian sắp tới là tiếp tục tìm hiểu và
thiết kế mô hình thực tế với mục đích có thể nghiên cứu sâu hơn và dễ dàng nắm bắt
kiến thức mới.
143
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Handbook of Modern Sensors – Jacob Fraden
[2] Design of a High Precision Ultrasonic Gas Flowmeter – Jianfeng Chen
[3] Giáo trình cảm biến – Phan Quốc Phô
[4] Các bộ cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển – Lê Văn Doanh
[5] Automotive Vehicle Sensors – S.-H.Sheen, A.C. Raptis and M.J. Moscynski
[6] Piezoresistive Pressure Sensors – Iordania Constantinou
[7] An Ultrasonic Sensor System for Vehicle Detection Application – Roni Stiawan
[8] Tài liệu sửa chữa Hyundai – Hyundai Elantra 2022
[9] Điện động cơ và điều khiển động cơ – PGS-TS Đỗ Văn Dũng
144