Что такое лямбда 11-я буква греческого алфавита

Устройство, работа, проверка лямбды

Какие бывают лямбда зонды, как устроены, как диагностировать неисправность кислородного датчика и методы проверки осциллографом. Давайте рассмотрим подробно в этой практической статье.

Существуют три типа кислородных датчиков, которые применяются в автомобилях. Циркониевый датчик. Титановый датчик. Широкополосный.

Существует в основном три разных, не взаимозаменяемых типа лямбда-датчика. Лямбда-датчики из диоксида циркония и диоксида титана также называют переключающими, скачками напряжения или «двоичными» датчиками, поскольку их выходной сигнал изменяется между двумя значениями в зависимости от того, находится ли топливо в обогащенном или обедненном состоянии. Третий тип – это широкополосный лямбда-датчик. Эти датчики также известны, как “линейные” лямбда-зонды, потому что они имеют выходной сигнал, который пропорционален широкому диапазону соотношений воздух-топливо. Широкополосные кислородные датчики измеряют эти соотношения и переходы между ними более точно.

Лямбд-зонд устанавливается в выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором и непосредственно за катализатором. Кислородные датчики называются в обиходе первая и вторая лямбда в зависимости от места установки.

В V-образном двигателе могут быть установлены один или несколько датчиков.

Циркониевый датчик

Конфигурации проводов циркониевого лямбда-зонда:

  • Однопроводной кислородный датчик;
  • Двухпроводной кислородный датчик;
  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Титановый датчик

Конфигурации проводов титанового лямбда-зонда:

  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Циркониевый датчик

Циркониевый датчик производит сравнение содержания кислорода в системе выпуска отработавших газов с эталонным атмосферным газом, который содержится во внутренней камере. Отработавшие газы проходят над непроницаемой керамической наружной поверхностью датчика из диоксида циркония.

Эталонный атмосферный газ содержится во внутренней камере датчика. С обеих сторон керамической секции имеются электроды. Блок управления использует сгенерированное напряжение для определения топливовоздушного отношения. Бедная смесь (λ > 1). Богатая смесь (λ ZrO2 — это бесцветные кристаллы, с высокой температурой плавления, что является значительным преимуществом при использовании под воздействием высоких температур выхлопных газов.

Внимание! Температура плавления оксида циркония: 2715°C

Название ИЮПАК: Zirconium(IV) oxide, Zirconium dioxide.

Этот оксид металла применяется также в стоматологии для изготовления зубных протезов. Но в большей степени повлияло на использование оксида циркония в кислородном датчике это ещё одно его полезное свойство. Диоксид циркония при нагревании проявляет свойства твёрдого электролита и проводит ионы кислорода. Это свойство используется в выхлопных системах автомобилей, а также в промышленности в анализаторах кислорода и в топливных элементах.

Чтобы ответить на вопрос какой лямбда зонд выбрать, выясним какие бывают типы лямбда зондов, как работают и как диагностируются.

Строение циркониевого лямбда-зонда

  1. Выпускная труба;
  2. Корпус датчика/электрический контакт;
  3. Керамический элемент;
  4. Контакты;
  5. Опорное значение воздуха (эталонный воздух);
  6. Электроды;
  7. Пористое защитное покрытие.

Блок управления (ЭБУ) постоянно регулирует топливо-воздушное соотношение. Правильное значение лямбда зонда: (λ =1 ).

Оптимальная работа кислородного датчика зависит от температуры керамики, в свою очередь оптимальная температура керамики должна быть выше 350 0 С

Для ускорения достижения рабочей температуры кислородные датчики оснащены нагревательным элементом.

Титановый датчик

Конструкции титанового и циркониевого датчиков схожи. Циркониевые датчики меняют напряжение, измеряя содержание кислорода в отработавших газах. Титановые датчики изменяют сопротивление посредством измерения содержания кислорода в выхлопных газах.

Чертеж с вырезом кислородного датчика со встроенным нагревательным элементом.

  1. Соединительные провода
  2. Внутренние контакты
  3. Керамическая опора
  4. Корпус датчика
  5. Нагревательный элемент
  6. Трубка с прорезью ( Slotted tube)
  7. Опорное значение воздуха
  8. Керамический датчик
  9. Шайба

Используются два кислородных датчика:

Широкополосный кислородный датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором.

Двухточечный кислородный датчик расположен за каталитическим нейтрализатором.

Блок управления использует сигнал широкополосного датчика, чтобы задать приблизительный состав топливовоздушной смеси.

Блок управления использует сигнал двухточечного датчика для коррекции смеси.

Блок управления может также осуществлять мониторинг действия каталитического нейтрализатора.

Характеристическая форма сигнала напряжения для широкополосного кислородного датчика.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика.

Обратите внимание по вертикальной шкале отображается напряжение. Циркониевый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическое напряжение для титанового кислородного датчика.

По вертикальной шкале изменение сопротивления. Титановый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Проверка циркониевого датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода. Выходное напряжение датчика подается на аналогово-цифровой преобразователь (A). Блок управления производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода циркониевым датчиком

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжектор, для этого использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (B).

Для производства измерений используется осциллоскоп.

Напряжение измеряется между точками X и Y отмеченными на электрической схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Проверка титанового датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода титановым датчиком

Система измерения кислорода титановым датчиком:

Цепь делителя напряжения. Внутренний резистор.

Напряжение датчика изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Сопротивление датчика также изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь (B).

Блок управления автомобиля производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжекторы. Напряжение, подаваемое в цепь делителя напряжения, должно быть исключительно стабильным, так как блок управления воспринимает любое изменение как изменение содержания кислорода в отработавших газах.

Схема поддержания стабильного напряжения датчика:

Изменяющееся напряжение аккумуляторной батареи проходит через цепь регулятора (A), при этом цепь регулятора поддерживает напряжение постоянным.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (C).

Для производства измерений осциллоскопом измеряется напряжение между точками X и Y указанными на принципиальной схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика

Иногда требуется вы]вить исправность нагревательного элемента кислородного датчика. Компьютерная диагностика при этом не всегда сможет определить этот параметр. Кроме выявления неисправности нагревателя лямбда-зонда эта диагностика даёт информацию о скорости нагрева датчика. Это необходимо чтобы понимать в какой момент датчик выходит на рабочую температуру.

Читайте также:  Video Регулировка клапанов Дэу Сенс

С помощью осциллографа исследуем характеристическую форму сигнала напряжения для датчика при быстром нагреве.

форма сигнала напряжения при быстром нагреве датчика кислорода

Характеристическая форма сигнала напряжения для датчика при медленном нагреве

форма сигнала напряжения при медленном нагреве датчика кислорода

Срок службы циркониевого датчика

Ожидаемый срок службы: (48000 – 80000 км (30000 – 50000 миль)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика циркониевого датчика

Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения осциллографом.

Для контроля напряжения пользуйтесь вольтметром. Проверьте на отсутствие угольных отложений на контактах.

  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

Срок службы титанового датчика

Ожидаемый срок службы: (48,000 – 80,000 km (30,000 – 50,000 miles)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика титанового датчика

  • Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения. Для контроля сопротивления пользуйтесь омметром.
  • Проверьте на наличие отсутствие отложений, мешающих качественной диагностике.
  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте питание датчика. Правильное значение: (5V).
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

На этом, пожалуй, прервусь. Если остались вопросы, то задавайте в комментариях, так как всё в одну статью не поместить. Кроме того, история полна частных случаев, и у каждого свои неповторимые симптомы не похожие на то, что было у других ранее. Благодарю за интерес проявленный к материалу.

Электромагнитные волны

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: свойства электромагнитных волн, различные виды электромагнитных излучений и их применение.

Важнейший результат электродинамики, вытекающий из уравнений Максвелла (мы уже не первый раз говорим об уравнениях Максвелла, а самих уравнений при этом не выписываем. Ничего не поделаешь — эти уравнения пока слишком сложны для вас. Вы познакомитесь с ними курсе на втором, когда будут освоены необходимые темы из высшей математики), состоит в том, что электромагнитные взаимодействия передаются из одной точки пространства в другую не мгновенно, а с конечной скоростью. В вакууме скорость распространения электромагнитных взаимодействий совпадает со скоростью света м/с.

Рассмотрим, например, два покоящихся заряда, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Сила их взаимодействия определяется законом Кулона. Шевельнём один из зарядов; согласно закону Кулона сила взаимодействия изменится мгновенно — второй заряд сразу «почувствует» изменение положения первого заряда. Так утверждала теория дальнодействия (теории дальнодействия и близкодействия обсуждались в листке «Напряжённость электрического поля»).

Однако в действительности дело обстоит иначе. При шевелении заряда электрическое поле вблизи него меняется и порождает магнитное поле. Это магнитное поле также является переменными, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле, которое опять порождает переменное магнитное поле и т.д. В пространстве начинает распространяться процесс колебаний напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля — электромагнитная волна. Спустя некоторое время эта электромагнитная волна достигнет второго заряда; лишь тогда — а не мгновенно! — он и «почувствует», что положение первого заряда изменилось.

Существование электромагнитных волн было предсказано Максвеллом и получило блестящее подтверждение в опыте Герца.

Опыт Герца: открытый колебательный контур

Электромагнитные волны должны быть достаточно интенсивными для того, чтобы можно было их наблюдать в эксперименте.

Нетрудно понять, что электромагнитные волны будут тем интенсивнее, чем быстрее меняется положение зарядов, излучающих эти волны. Действительно, в таком случае электрическое поле вблизи зарядов меняется с большей скоростью и порождает большее магнитное поле; оно, в свою очередь, меняется столь же быстро и порождает большее электрическое поле, и т.д.

В частности, интенсивные электромагнитные волны порождаются высокочастотными электромагнитными колебаниями.

Электромагнитные колебания создаются в хорошо знакомом нам колебательном контуре.

Частота колебаний заряда и тока в контуре равна:

С этой же частотой колеблются векторы и в заданной точке пространства. Таким образом, величина , вычисляемая по формуле (1) , будет также частотой электромагнитной волны.

Чтобы увеличить частоту колебаний в контуре, нужно уменьшать ёмкость конденсатора и индуктивность катушки.

Но эксперименты показали, что дело не ограничивается одной лишь высокой частотой колебаний. Для образования интенсивных электромагнитных волн существенным оказывается ещё один фактор: переменное электромагнитное поле, являющееся источником электромагнитных волн, должно занимать достаточно большую область пространства.

Между тем, в обычном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки, переменное электрическое поле почти целиком сосредоточено в малой области внутри конденсатора, а переменное магнитное поле — в малой области внутри катушки. Поэтому даже при достаточно высокой частоте колебаний такой колебательный контур оказался непригоден для излучения электромагнитных волн.

Как добиться увеличения области, занимаемой высокочастотным электромагнитным полем? Герц нашёл красивое и гениально простое решение — открытый колебательный контур.

Возьмём обычный колебательный контур (рис. 1 , слева). Начнём уменьшать число витков катушки — от этого её индуктивность будет уменьшаться. Одновременно уменьшаем площадь пластин конденсатора и раздвигаем их — это приводит к уменьшению ёмкости конденсатора и к увеличению пространственной области, занимаемой электрическим полем. Эта промежуточная ситуация изображена на рис. 1 в середине.

Рис. 1. Превращение обычного колебательного контура в открытый

К чему мы придём, продолжая этот процесс? Катушка ликвидируется вовсе, превращаясь в кусок проводника. Пластины конденсатора раздвигаются максимально далеко и оказываются на концах этого проводника (рис. 1 , справа). Остаётся уменьшить до предела размеры пластин — и получится самый обычный прямолинейный стержень! Это и есть открытый колебательный контур (рис. 2 ).

Рис. 2. Открытый колебательный контур

Как видим, идея Герца об открытом колебательном контуре позволила «убить двух зайцев»:

1) ёмкость и индуктивность стержня очень малы, поэтому в нём возбуждаются колебания весьма высокой частоты; 2) переменное электромагнитное поле занимает довольно большую область пространства вокруг стержня.
Поэтому такой стержень может служить источником достаточно интенсивных электромагнитных волн.

Но как возбудить в стержне электромагнитные колебания? Герц разрезал стержень посередине, раздвинул половинки на небольшое расстояние (создав так называемый разрядный промежуток) и подключил их к источнику высокого напряжения. Получился излучающий вибратор Герца (рис. 3 ; концы провода в разрядном промежутке снабжались небольшими шариками).

Рис. 3. Излучающий вибратор Герца

Когда напряжение между шариками превышало напряжение пробоя, в разрядном промежутке проскакивала искра. Во время существования искры цепь замыкалась, и в стержне возникали электромагнитные колебания — вибратор излучал электромагнитные волны.

Герц регистрировал эти волны с помощью приёмного вибратора — проводника с шариками на концах разрядного промежутка (рис. 4 ). Приёмный вибратор находился поодаль, на некотором расстоянии от излучающего вибратора.

Рис. 4. Приёмный вибратор Герца

Переменное электрическое поле электромагнитной волны возбуждало в приёмном вибраторе переменный ток. Если частота этого тока совпадала с собственной частотой приёмного вибратора, то возникал резонанс, и в разрядном промежутке проскакивала искра!

Наличие этой искры, появляющейся на концах совершенно изолированного проводника, явилось ярким свидетельством существования электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Читайте также:  РЕШИТЬ! Является ли процесс опасен Бесплатное Antimalware

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение).

Электромагнитные волны оказались поперечными — колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рассмотрим, например, излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой вдоль оси вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси . На рис. 5 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 5. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны направлена вдоль оси . Векторы и в каждой точке оси совершают синусоидальные колебания вдоль осей и соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора к вектору всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора .

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси значений модуля векторов и имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях и соответственно. Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками оси , в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 5 ).

Частота, с которой меняются значения и в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны; она совпадает с частотой колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны , её частота и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа.

Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны . Частота собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (2) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом!

5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения.

Плотность потока излучения

Электромагнитные волны переносят энергию из одних участков пространства в другие. Перенос энергии осуществляется вдоль лучей — воображаемых линий, указывающих направление распространения волны (мы не даём строгого определения понятия луча и надеемся на ваше интуитивное понимание, которого пока будет вполне достаточно).

Важнейшей энергетической характеристикой электромагнитных волн служит плотность потока излучения.

Представим себе площадку площадью , расположенную перпендикулярно лучам. Допустим, что за время волна переносит через эту площадку энергию . Тогда плотность потока излучения определяетcя формулой:

Иначе говоря, плотность потока излучения — это энергия, переносимая через единичную площадку (перпендикулярную лучам) в единицу времени; или, что то же самое — это мощность излучения, переносимая через единичную площадку. Единицей измерения плотности потока излучения служит Вт/м2.

Плотность потока излучения связана простым соотношением с плотностью энергии электромагнитного поля.

Фиксируем площадку , перпендикулярную лучам, и небольшой промежуток времени . Сквозь площадку пройдёт энергия:

Эта энергия будет сосредоточена в цилиндре с площадью основания и высотой (рис. 6 ), где — скорость электромагнитной волны.

Рис. 6. К выводу формулы (6)

Объём данного цилиндра равен: . Поэтому если — плотность энергии электромагнитного поля, то для энергии получим также:

Приравнивая правые части формул (4) и (5) и сокращая на , получим соотношение:

Плотность потока излучения характеризует, в частности, степень воздействия электромагнитного излучения на его приёмники; когда говорят об интенсивности электромагнитных волн, имеют в виду именно плотность потока излучения.

Интересным является вопрос о том, как интенсивность излучения зависит от его частоты.

Пусть электромагнитная волна излучается зарядом, совершающим гармонические колебания вдоль оси по закону . Циклическая частота колебаний заряда будет в то же время циклической частотой излучаемой электромагнитной волны.

Для скорости и ускорения заряда имеем : и . Как видим, . Напряжённость электрического поля и индукция магнитного поля в электромагнитной волне пропорциональны ускорению заряда: и . Стало быть, и .

Плотность энергии электромагнитного поля есть сумма плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля: . Плотность энергии электрического поля, как мы знаем, пропорциональна квадрату напряжённости поля: . Аналогично можно показать, что . Следовательно, и , так что .

Согласно формуле (6) плотность потока излучения пропорциональна плотности энергии: . Поэтому . Мы получили важный результат: интенсивность электромагнитного излучения пропорциональна четвёртой степени его частоты.

Другой важный результат заключается в том, что интенсивность излучения убывает с увеличением расстояния до источника. Это понятно: ведь источник излучает в разных направлениях, и по мере удаления от источника излучённая энергия распределяется по всё большей и большей площади.

Количественную зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника легко получить для так называемого точечного источника излучения.

Точечный источник излучения — это источник, размерами которого в условиях данной ситуации можно пренебречь. Кроме того, считается, что точечный источник одинаково излучает во всех направлениях.

Конечно, точечный источник является идеализацией, но в некоторых задачах эта идеализация отлично работает. Например, при исследовании излучения звёзд их вполне можно считать точечными источниками — ведь расстояния до звёзд настолько громадны, что их собственные размеры можно не принимать во внимание.

На расстоянии от источника излучённая энергия равномерно распределяется по поверхности сферы радиуса . Площадь сферы, напомним, . Если мощность излучения нашего источника равна , то за время через поверхность сферы проходит энергия . С помощью формулы (3) получаем тогда:

Таким образом, интенсивность излучения точечного источника обратно пропорциональна расстоянию до него.

Виды электромагнитных излучений

Спектр электромагнитных волн необычайно широк: длина волны может измеряться тысячами километров, а может быть меньше пикометра. Тем не менее, весь этот спектр можно разделить на несколько характерных диапазонов длин волн; внутри каждого диапазона электромагнитные волны обладают более-менее схожими свойствами и способами излучения.

Мы рассмотрим эти диапазоны в порядке убывания длины волны. Диапазоны плавно переходят друг в друга, чёткой границы между ними нет. Поэтому граничные значения длин волн порой весьма условны.

1. Радиоволны ( > 1 мм).

Источниками радиоволн служат колебания зарядов в проводах, антеннах, колебательных контурах. Радиоволны излучаются также во время гроз.

Сверхдлинные волны ( > 10 км). Хорошо распространяются в воде, поэтому используются для связи с подводными лодками.

Читайте также:  Почему газовая колонка включается с хлопком — бабахает

Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.

Что такое лямбда зонд

Лямбда зонд (в народе – кислородник) – это датчик, который определяет, сколько кислорода содержится в отработанных выхлопных газах, выделяемых двигателем. Название прибора произошло от греческой буквы лямбда (пишется «λ»). Именно с ее помощью выражают коэффициент содержания кислорода в выхлопах при его подсчете.

Зачем нужен подобный датчик? Он выполняет две функции.

  • Контроль эффективности работы мотора. Если в отработанных газах избыток кислорода, значит, реакция окисления бензина (то есть горение) протекает со слабой интенсивностью. Сгорает не весь бензин, его окисляет не весь кислород. Поэтому подачу топлива надо уменьшить. В обратной ситуации, когда кислорода в выхлопах слишком мало, подача горючего увеличивается.
  • Обеспечение максимально безвредных выхлопов. В последнее время существенно возросли требования к экологичности отработанных газов. По установленным в большинстве сран мира стандартам нельзя, чтобы в атмосферу попали несгоревшие частицы топлива. Лямбда зонд обеспечивает их полное сгорание.

Таким образом, лямбда зонд осуществляет регулирование состава топливной смеси и тем самым стабилизирует работу мотора.

Принцип работы кислородного датчика

Итак, каков принцип работы датчика? Когда на лямбда-зонд попадают ионы кислорода, он начинает производить слабый электрический ток. Этот ток попадает в электронный блок управления транспортного средства. Он обрабатывает сигнал и в зависимости от полученной в ходе обработки информации меняет состав топливной смеси, которая поступает в цилиндровый блок. Чем выше напряжение датчика, тем меньше впрыск горючего, и наоборот – чем оно выше, тем больше топлива поступает в цилиндровую группу.

Стоит отметить, что без попадания на его поверхность кислорода прибор не может работать совсем. Соответственно, реакция на них должна иметь место и до пуска двигателя. Проблему решают следующим образом:

  • датчик размещают таким образом, чтобы до старта мотора он контактировал с атмосферным воздухом;
  • в прошивку электронного блока управления вносят программу, которая позволяет устройству в первые секунды работы двигателя не учитывать показания устройства.

Устройство лямбда зонда

Лямбда зонд состоит из следующих конструктивных элементов.

Похожие статьи

  • Масляный автомобильный насос: устройство, принцип работы и виды
  • Сцепление автомобиля — принцип работы и устройство
  • Автомобильные цепи противоскольжения: история, установка, применение
  • Клапан EGR — что это такое и для чего он нужен
  • Корпус. Металлический или пластиковый кожух, в котором размещены все компоненты прибора.
  • Керамический конус. Представляет собой легированный оксидом иттрия конус из керамики с нанесенными на него ионами платины. Керамика в данном случае выполняет роль изолятора, а иттрий и платина – проводника. Именно эта часть прибора омывается отработанными газами. Часть конуса, которая не соприкасается с выхлопами, контактирует с атмосферным воздухом.
  • Защитный кожух. Кожух из пластика, который защищает керамический конус от механических повреждений.
  • Нагревательный элемент. Необходим для нагрева легирования из иттрия, так как его корректная работа возможна при температуре от 300 градусов цельсия, а быстро достичь ее одними лишь выхлопными газами бывает трудно.
  • Выходные контакты. Контакты, к которым подключают провода, ведущие к электронному блоку управления. Именно с их помощью передаются показания прибора.

На всех моделях машин используется одна из двух наиболее распространенных схем подключения лямбда зонда:

  • его размещают в районе выпускного коллектора авто перед катализатором;
  • устройство монтируют непосредственно в катализаторе.

Так что проблем с определением места, где он находится, не возникнет.

Виды лямбда-зондов

Лямбда зонды подразделяют на несколько типов в зависимости от различных факторов.

Так, по диапазону измерения кислородный датчик может быть:

  • узкополосный;
  • широкополосный.

Отличия устройств заключаются в том, что последнее имеет более широкий диапазон измерения. Это позволяет ему более плавно менять состав топливной смеси, что обеспечивает более стабильную и эффективную работу двигателя.

В зависимости от скорости разогрева зонды делят на:

  • стандартные;
  • быстро разогреваемые (FLO);
  • особо быстро разогреваемые (UFLO).

Последние два типа разогреваются гораздо быстрее стандартных устройств, что обеспечивает своевременную передачу полученных данных на электронный блок управления.

В зависимости от наличия дополнительного подогрева лямбда зонд может быть:

  • без нагревательного элемента;
  • с нагревательным элементом.

Первый тип разогревается исключительно за счет выхлопных газов. Второй подогревает нагревательный элемент. Это помогает быстрее достичь рабочей температуры и стабилизировать функционирование двигателя.

Как проверить лямбда-зонд

Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:

  • появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
  • спад мощности мотора;
  • замедленная реакция на нажатие акселератора;
  • увеличение расхода горючего;
  • частый перегрев мотора;
  • хлопки при работе двигателя;
  • дерганье во время езды.

Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.

Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:

  • включить зажигание, не производя пуск двигателя;
  • отсоединить контакты датчика;
  • вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.

Напряжение не должно отличаться от бортового.

Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.

Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.

Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:

  • подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
  • завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.

При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.

Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.

Возможные неисправности датчика

Чаще всего у датчика возникают следующие неисправности:

  • замыкание каких-либо компонентов прибора;
  • механические повреждения напыления на керамическом конусе;
  • оплавление одного из элементов устройства.

Нужно учитывать, что срок службы зонда ограничен, поэтому выход из строя может произойти просто потому, что датчик уже отработал свое. В среднем продолжительность работы зонда составляет от 40 до 80 тысяч километров.

При замене можно использовать не только прибор конкретной модели, но и универсальные варианты, которые можно установить на разные автомобили.

Подведем итог

Лямбда зонд – устройство, которое измеряет уровень кислорода в выхлопах машины. Благодаря подаче сигнала на блок управления оно помогает изменить состав топливной смеси и тем самым оптимизировать работу мотора, а также уменьшить вредные выбросы в атмосферу. При поломке прибора падает мощность, увеличивается расход топлива, появляются рывки, хлопки. Проверить и заменить механизм можно и самостоятельно.

Ссылка на основную публикацию
Что такое клапан адсорбера, признаки неисправности клапана абсорбера
Что такое адсорбер в автомобиле, сколько служит, признаки неисправности, как заменить Вопрос экологии давно стоит ребром перед крупнейшими производителями автомобилей...
Что означают цифры на шинах автомобилей – полная расшифровка маркировок автомобильных покрышек ( Вид
Расшифровка маркировок шин для легковых автомобилей и кроссоверов Расшифровка индексов и других обозначений (маркировки) на автомобильных шинах (для легковых авто...
Что означают цифры, буквы и слова на АКПП Описание режимов ЧТО ОЗНАЧАЕТ
Обозначения букв на коробке автомат; АКПП- Значение маркировок на; АКПП Автоматическая коробка передач отличается от привычной многим классической «механики» не...
Что такое климат-контроль в автомобиле
Что такое климат контроль, как работает, неполадки, ошибки Одно из удобств современных транспортных средств — это наличие климат-контроля, кондиционера. Многие...

Что такое лямбда 11-я буква греческого алфавита

Устройство, работа, проверка лямбды

Какие бывают лямбда зонды, как устроены, как диагностировать неисправность кислородного датчика и методы проверки осциллографом. Давайте рассмотрим подробно в этой практической статье.

Существуют три типа кислородных датчиков, которые применяются в автомобилях. Циркониевый датчик. Титановый датчик. Широкополосный.

Существует в основном три разных, не взаимозаменяемых типа лямбда-датчика. Лямбда-датчики из диоксида циркония и диоксида титана также называют переключающими, скачками напряжения или «двоичными» датчиками, поскольку их выходной сигнал изменяется между двумя значениями в зависимости от того, находится ли топливо в обогащенном или обедненном состоянии. Третий тип – это широкополосный лямбда-датчик. Эти датчики также известны, как “линейные” лямбда-зонды, потому что они имеют выходной сигнал, который пропорционален широкому диапазону соотношений воздух-топливо. Широкополосные кислородные датчики измеряют эти соотношения и переходы между ними более точно.

Лямбд-зонд устанавливается в выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором и непосредственно за катализатором. Кислородные датчики называются в обиходе первая и вторая лямбда в зависимости от места установки.

В V-образном двигателе могут быть установлены один или несколько датчиков.

Циркониевый датчик

Конфигурации проводов циркониевого лямбда-зонда:

  • Однопроводной кислородный датчик;
  • Двухпроводной кислородный датчик;
  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Титановый датчик

Конфигурации проводов титанового лямбда-зонда:

  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Циркониевый датчик

Циркониевый датчик производит сравнение содержания кислорода в системе выпуска отработавших газов с эталонным атмосферным газом, который содержится во внутренней камере. Отработавшие газы проходят над непроницаемой керамической наружной поверхностью датчика из диоксида циркония.

Эталонный атмосферный газ содержится во внутренней камере датчика. С обеих сторон керамической секции имеются электроды. Блок управления использует сгенерированное напряжение для определения топливовоздушного отношения. Бедная смесь (λ > 1). Богатая смесь (λ ZrO2 — это бесцветные кристаллы, с высокой температурой плавления, что является значительным преимуществом при использовании под воздействием высоких температур выхлопных газов.

Внимание! Температура плавления оксида циркония: 2715°C

Название ИЮПАК: Zirconium(IV) oxide, Zirconium dioxide.

Этот оксид металла применяется также в стоматологии для изготовления зубных протезов. Но в большей степени повлияло на использование оксида циркония в кислородном датчике это ещё одно его полезное свойство. Диоксид циркония при нагревании проявляет свойства твёрдого электролита и проводит ионы кислорода. Это свойство используется в выхлопных системах автомобилей, а также в промышленности в анализаторах кислорода и в топливных элементах.

Чтобы ответить на вопрос какой лямбда зонд выбрать, выясним какие бывают типы лямбда зондов, как работают и как диагностируются.

Строение циркониевого лямбда-зонда

  1. Выпускная труба;
  2. Корпус датчика/электрический контакт;
  3. Керамический элемент;
  4. Контакты;
  5. Опорное значение воздуха (эталонный воздух);
  6. Электроды;
  7. Пористое защитное покрытие.

Блок управления (ЭБУ) постоянно регулирует топливо-воздушное соотношение. Правильное значение лямбда зонда: (λ =1 ).

Оптимальная работа кислородного датчика зависит от температуры керамики, в свою очередь оптимальная температура керамики должна быть выше 350 0 С

Для ускорения достижения рабочей температуры кислородные датчики оснащены нагревательным элементом.

Титановый датчик

Конструкции титанового и циркониевого датчиков схожи. Циркониевые датчики меняют напряжение, измеряя содержание кислорода в отработавших газах. Титановые датчики изменяют сопротивление посредством измерения содержания кислорода в выхлопных газах.

Чертеж с вырезом кислородного датчика со встроенным нагревательным элементом.

  1. Соединительные провода
  2. Внутренние контакты
  3. Керамическая опора
  4. Корпус датчика
  5. Нагревательный элемент
  6. Трубка с прорезью ( Slotted tube)
  7. Опорное значение воздуха
  8. Керамический датчик
  9. Шайба

Используются два кислородных датчика:

Широкополосный кислородный датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором.

Двухточечный кислородный датчик расположен за каталитическим нейтрализатором.

Блок управления использует сигнал широкополосного датчика, чтобы задать приблизительный состав топливовоздушной смеси.

Блок управления использует сигнал двухточечного датчика для коррекции смеси.

Блок управления может также осуществлять мониторинг действия каталитического нейтрализатора.

Характеристическая форма сигнала напряжения для широкополосного кислородного датчика.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика.

Обратите внимание по вертикальной шкале отображается напряжение. Циркониевый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическое напряжение для титанового кислородного датчика.

По вертикальной шкале изменение сопротивления. Титановый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Проверка циркониевого датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода. Выходное напряжение датчика подается на аналогово-цифровой преобразователь (A). Блок управления производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода циркониевым датчиком

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжектор, для этого использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (B).

Для производства измерений используется осциллоскоп.

Напряжение измеряется между точками X и Y отмеченными на электрической схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Проверка титанового датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода титановым датчиком

Система измерения кислорода титановым датчиком:

Цепь делителя напряжения. Внутренний резистор.

Напряжение датчика изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Сопротивление датчика также изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь (B).

Блок управления автомобиля производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжекторы. Напряжение, подаваемое в цепь делителя напряжения, должно быть исключительно стабильным, так как блок управления воспринимает любое изменение как изменение содержания кислорода в отработавших газах.

Схема поддержания стабильного напряжения датчика:

Изменяющееся напряжение аккумуляторной батареи проходит через цепь регулятора (A), при этом цепь регулятора поддерживает напряжение постоянным.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (C).

Для производства измерений осциллоскопом измеряется напряжение между точками X и Y указанными на принципиальной схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика

Иногда требуется вы]вить исправность нагревательного элемента кислородного датчика. Компьютерная диагностика при этом не всегда сможет определить этот параметр. Кроме выявления неисправности нагревателя лямбда-зонда эта диагностика даёт информацию о скорости нагрева датчика. Это необходимо чтобы понимать в какой момент датчик выходит на рабочую температуру.

Читайте также:  Video Регулировка клапанов Дэу Сенс

С помощью осциллографа исследуем характеристическую форму сигнала напряжения для датчика при быстром нагреве.

форма сигнала напряжения при быстром нагреве датчика кислорода

Характеристическая форма сигнала напряжения для датчика при медленном нагреве

форма сигнала напряжения при медленном нагреве датчика кислорода

Срок службы циркониевого датчика

Ожидаемый срок службы: (48000 – 80000 км (30000 – 50000 миль)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика циркониевого датчика

Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения осциллографом.

Для контроля напряжения пользуйтесь вольтметром. Проверьте на отсутствие угольных отложений на контактах.

  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

Срок службы титанового датчика

Ожидаемый срок службы: (48,000 – 80,000 km (30,000 – 50,000 miles)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика титанового датчика

  • Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения. Для контроля сопротивления пользуйтесь омметром.
  • Проверьте на наличие отсутствие отложений, мешающих качественной диагностике.
  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте питание датчика. Правильное значение: (5V).
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

На этом, пожалуй, прервусь. Если остались вопросы, то задавайте в комментариях, так как всё в одну статью не поместить. Кроме того, история полна частных случаев, и у каждого свои неповторимые симптомы не похожие на то, что было у других ранее. Благодарю за интерес проявленный к материалу.

Электромагнитные волны

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: свойства электромагнитных волн, различные виды электромагнитных излучений и их применение.

Важнейший результат электродинамики, вытекающий из уравнений Максвелла (мы уже не первый раз говорим об уравнениях Максвелла, а самих уравнений при этом не выписываем. Ничего не поделаешь — эти уравнения пока слишком сложны для вас. Вы познакомитесь с ними курсе на втором, когда будут освоены необходимые темы из высшей математики), состоит в том, что электромагнитные взаимодействия передаются из одной точки пространства в другую не мгновенно, а с конечной скоростью. В вакууме скорость распространения электромагнитных взаимодействий совпадает со скоростью света м/с.

Рассмотрим, например, два покоящихся заряда, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Сила их взаимодействия определяется законом Кулона. Шевельнём один из зарядов; согласно закону Кулона сила взаимодействия изменится мгновенно — второй заряд сразу «почувствует» изменение положения первого заряда. Так утверждала теория дальнодействия (теории дальнодействия и близкодействия обсуждались в листке «Напряжённость электрического поля»).

Однако в действительности дело обстоит иначе. При шевелении заряда электрическое поле вблизи него меняется и порождает магнитное поле. Это магнитное поле также является переменными, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле, которое опять порождает переменное магнитное поле и т.д. В пространстве начинает распространяться процесс колебаний напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля — электромагнитная волна. Спустя некоторое время эта электромагнитная волна достигнет второго заряда; лишь тогда — а не мгновенно! — он и «почувствует», что положение первого заряда изменилось.

Существование электромагнитных волн было предсказано Максвеллом и получило блестящее подтверждение в опыте Герца.

Опыт Герца: открытый колебательный контур

Электромагнитные волны должны быть достаточно интенсивными для того, чтобы можно было их наблюдать в эксперименте.

Нетрудно понять, что электромагнитные волны будут тем интенсивнее, чем быстрее меняется положение зарядов, излучающих эти волны. Действительно, в таком случае электрическое поле вблизи зарядов меняется с большей скоростью и порождает большее магнитное поле; оно, в свою очередь, меняется столь же быстро и порождает большее электрическое поле, и т.д.

В частности, интенсивные электромагнитные волны порождаются высокочастотными электромагнитными колебаниями.

Электромагнитные колебания создаются в хорошо знакомом нам колебательном контуре.

Частота колебаний заряда и тока в контуре равна:

С этой же частотой колеблются векторы и в заданной точке пространства. Таким образом, величина , вычисляемая по формуле (1) , будет также частотой электромагнитной волны.

Чтобы увеличить частоту колебаний в контуре, нужно уменьшать ёмкость конденсатора и индуктивность катушки.

Но эксперименты показали, что дело не ограничивается одной лишь высокой частотой колебаний. Для образования интенсивных электромагнитных волн существенным оказывается ещё один фактор: переменное электромагнитное поле, являющееся источником электромагнитных волн, должно занимать достаточно большую область пространства.

Между тем, в обычном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки, переменное электрическое поле почти целиком сосредоточено в малой области внутри конденсатора, а переменное магнитное поле — в малой области внутри катушки. Поэтому даже при достаточно высокой частоте колебаний такой колебательный контур оказался непригоден для излучения электромагнитных волн.

Как добиться увеличения области, занимаемой высокочастотным электромагнитным полем? Герц нашёл красивое и гениально простое решение — открытый колебательный контур.

Возьмём обычный колебательный контур (рис. 1 , слева). Начнём уменьшать число витков катушки — от этого её индуктивность будет уменьшаться. Одновременно уменьшаем площадь пластин конденсатора и раздвигаем их — это приводит к уменьшению ёмкости конденсатора и к увеличению пространственной области, занимаемой электрическим полем. Эта промежуточная ситуация изображена на рис. 1 в середине.

Рис. 1. Превращение обычного колебательного контура в открытый

К чему мы придём, продолжая этот процесс? Катушка ликвидируется вовсе, превращаясь в кусок проводника. Пластины конденсатора раздвигаются максимально далеко и оказываются на концах этого проводника (рис. 1 , справа). Остаётся уменьшить до предела размеры пластин — и получится самый обычный прямолинейный стержень! Это и есть открытый колебательный контур (рис. 2 ).

Рис. 2. Открытый колебательный контур

Как видим, идея Герца об открытом колебательном контуре позволила «убить двух зайцев»:

1) ёмкость и индуктивность стержня очень малы, поэтому в нём возбуждаются колебания весьма высокой частоты; 2) переменное электромагнитное поле занимает довольно большую область пространства вокруг стержня.
Поэтому такой стержень может служить источником достаточно интенсивных электромагнитных волн.

Но как возбудить в стержне электромагнитные колебания? Герц разрезал стержень посередине, раздвинул половинки на небольшое расстояние (создав так называемый разрядный промежуток) и подключил их к источнику высокого напряжения. Получился излучающий вибратор Герца (рис. 3 ; концы провода в разрядном промежутке снабжались небольшими шариками).

Рис. 3. Излучающий вибратор Герца

Когда напряжение между шариками превышало напряжение пробоя, в разрядном промежутке проскакивала искра. Во время существования искры цепь замыкалась, и в стержне возникали электромагнитные колебания — вибратор излучал электромагнитные волны.

Герц регистрировал эти волны с помощью приёмного вибратора — проводника с шариками на концах разрядного промежутка (рис. 4 ). Приёмный вибратор находился поодаль, на некотором расстоянии от излучающего вибратора.

Рис. 4. Приёмный вибратор Герца

Переменное электрическое поле электромагнитной волны возбуждало в приёмном вибраторе переменный ток. Если частота этого тока совпадала с собственной частотой приёмного вибратора, то возникал резонанс, и в разрядном промежутке проскакивала искра!

Наличие этой искры, появляющейся на концах совершенно изолированного проводника, явилось ярким свидетельством существования электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Читайте также:  Тюнинг ВАЗ 2107 – секреты выполнения своими руками Видео TuningKod

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение).

Электромагнитные волны оказались поперечными — колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рассмотрим, например, излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой вдоль оси вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси . На рис. 5 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 5. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны направлена вдоль оси . Векторы и в каждой точке оси совершают синусоидальные колебания вдоль осей и соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора к вектору всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора .

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси значений модуля векторов и имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях и соответственно. Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками оси , в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 5 ).

Частота, с которой меняются значения и в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны; она совпадает с частотой колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны , её частота и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа.

Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны . Частота собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (2) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом!

5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения.

Плотность потока излучения

Электромагнитные волны переносят энергию из одних участков пространства в другие. Перенос энергии осуществляется вдоль лучей — воображаемых линий, указывающих направление распространения волны (мы не даём строгого определения понятия луча и надеемся на ваше интуитивное понимание, которого пока будет вполне достаточно).

Важнейшей энергетической характеристикой электромагнитных волн служит плотность потока излучения.

Представим себе площадку площадью , расположенную перпендикулярно лучам. Допустим, что за время волна переносит через эту площадку энергию . Тогда плотность потока излучения определяетcя формулой:

Иначе говоря, плотность потока излучения — это энергия, переносимая через единичную площадку (перпендикулярную лучам) в единицу времени; или, что то же самое — это мощность излучения, переносимая через единичную площадку. Единицей измерения плотности потока излучения служит Вт/м2.

Плотность потока излучения связана простым соотношением с плотностью энергии электромагнитного поля.

Фиксируем площадку , перпендикулярную лучам, и небольшой промежуток времени . Сквозь площадку пройдёт энергия:

Эта энергия будет сосредоточена в цилиндре с площадью основания и высотой (рис. 6 ), где — скорость электромагнитной волны.

Рис. 6. К выводу формулы (6)

Объём данного цилиндра равен: . Поэтому если — плотность энергии электромагнитного поля, то для энергии получим также:

Приравнивая правые части формул (4) и (5) и сокращая на , получим соотношение:

Плотность потока излучения характеризует, в частности, степень воздействия электромагнитного излучения на его приёмники; когда говорят об интенсивности электромагнитных волн, имеют в виду именно плотность потока излучения.

Интересным является вопрос о том, как интенсивность излучения зависит от его частоты.

Пусть электромагнитная волна излучается зарядом, совершающим гармонические колебания вдоль оси по закону . Циклическая частота колебаний заряда будет в то же время циклической частотой излучаемой электромагнитной волны.

Для скорости и ускорения заряда имеем : и . Как видим, . Напряжённость электрического поля и индукция магнитного поля в электромагнитной волне пропорциональны ускорению заряда: и . Стало быть, и .

Плотность энергии электромагнитного поля есть сумма плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля: . Плотность энергии электрического поля, как мы знаем, пропорциональна квадрату напряжённости поля: . Аналогично можно показать, что . Следовательно, и , так что .

Согласно формуле (6) плотность потока излучения пропорциональна плотности энергии: . Поэтому . Мы получили важный результат: интенсивность электромагнитного излучения пропорциональна четвёртой степени его частоты.

Другой важный результат заключается в том, что интенсивность излучения убывает с увеличением расстояния до источника. Это понятно: ведь источник излучает в разных направлениях, и по мере удаления от источника излучённая энергия распределяется по всё большей и большей площади.

Количественную зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника легко получить для так называемого точечного источника излучения.

Точечный источник излучения — это источник, размерами которого в условиях данной ситуации можно пренебречь. Кроме того, считается, что точечный источник одинаково излучает во всех направлениях.

Конечно, точечный источник является идеализацией, но в некоторых задачах эта идеализация отлично работает. Например, при исследовании излучения звёзд их вполне можно считать точечными источниками — ведь расстояния до звёзд настолько громадны, что их собственные размеры можно не принимать во внимание.

На расстоянии от источника излучённая энергия равномерно распределяется по поверхности сферы радиуса . Площадь сферы, напомним, . Если мощность излучения нашего источника равна , то за время через поверхность сферы проходит энергия . С помощью формулы (3) получаем тогда:

Таким образом, интенсивность излучения точечного источника обратно пропорциональна расстоянию до него.

Виды электромагнитных излучений

Спектр электромагнитных волн необычайно широк: длина волны может измеряться тысячами километров, а может быть меньше пикометра. Тем не менее, весь этот спектр можно разделить на несколько характерных диапазонов длин волн; внутри каждого диапазона электромагнитные волны обладают более-менее схожими свойствами и способами излучения.

Мы рассмотрим эти диапазоны в порядке убывания длины волны. Диапазоны плавно переходят друг в друга, чёткой границы между ними нет. Поэтому граничные значения длин волн порой весьма условны.

1. Радиоволны ( > 1 мм).

Источниками радиоволн служат колебания зарядов в проводах, антеннах, колебательных контурах. Радиоволны излучаются также во время гроз.

Сверхдлинные волны ( > 10 км). Хорошо распространяются в воде, поэтому используются для связи с подводными лодками.

Читайте также:  Виды коробок передач автомобиля и как они устроены

Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.

Что такое лямбда зонд

Лямбда зонд (в народе – кислородник) – это датчик, который определяет, сколько кислорода содержится в отработанных выхлопных газах, выделяемых двигателем. Название прибора произошло от греческой буквы лямбда (пишется «λ»). Именно с ее помощью выражают коэффициент содержания кислорода в выхлопах при его подсчете.

Зачем нужен подобный датчик? Он выполняет две функции.

  • Контроль эффективности работы мотора. Если в отработанных газах избыток кислорода, значит, реакция окисления бензина (то есть горение) протекает со слабой интенсивностью. Сгорает не весь бензин, его окисляет не весь кислород. Поэтому подачу топлива надо уменьшить. В обратной ситуации, когда кислорода в выхлопах слишком мало, подача горючего увеличивается.
  • Обеспечение максимально безвредных выхлопов. В последнее время существенно возросли требования к экологичности отработанных газов. По установленным в большинстве сран мира стандартам нельзя, чтобы в атмосферу попали несгоревшие частицы топлива. Лямбда зонд обеспечивает их полное сгорание.

Таким образом, лямбда зонд осуществляет регулирование состава топливной смеси и тем самым стабилизирует работу мотора.

Принцип работы кислородного датчика

Итак, каков принцип работы датчика? Когда на лямбда-зонд попадают ионы кислорода, он начинает производить слабый электрический ток. Этот ток попадает в электронный блок управления транспортного средства. Он обрабатывает сигнал и в зависимости от полученной в ходе обработки информации меняет состав топливной смеси, которая поступает в цилиндровый блок. Чем выше напряжение датчика, тем меньше впрыск горючего, и наоборот – чем оно выше, тем больше топлива поступает в цилиндровую группу.

Стоит отметить, что без попадания на его поверхность кислорода прибор не может работать совсем. Соответственно, реакция на них должна иметь место и до пуска двигателя. Проблему решают следующим образом:

  • датчик размещают таким образом, чтобы до старта мотора он контактировал с атмосферным воздухом;
  • в прошивку электронного блока управления вносят программу, которая позволяет устройству в первые секунды работы двигателя не учитывать показания устройства.

Устройство лямбда зонда

Лямбда зонд состоит из следующих конструктивных элементов.

Похожие статьи

  • Масляный автомобильный насос: устройство, принцип работы и виды
  • Сцепление автомобиля — принцип работы и устройство
  • Автомобильные цепи противоскольжения: история, установка, применение
  • Клапан EGR — что это такое и для чего он нужен
  • Корпус. Металлический или пластиковый кожух, в котором размещены все компоненты прибора.
  • Керамический конус. Представляет собой легированный оксидом иттрия конус из керамики с нанесенными на него ионами платины. Керамика в данном случае выполняет роль изолятора, а иттрий и платина – проводника. Именно эта часть прибора омывается отработанными газами. Часть конуса, которая не соприкасается с выхлопами, контактирует с атмосферным воздухом.
  • Защитный кожух. Кожух из пластика, который защищает керамический конус от механических повреждений.
  • Нагревательный элемент. Необходим для нагрева легирования из иттрия, так как его корректная работа возможна при температуре от 300 градусов цельсия, а быстро достичь ее одними лишь выхлопными газами бывает трудно.
  • Выходные контакты. Контакты, к которым подключают провода, ведущие к электронному блоку управления. Именно с их помощью передаются показания прибора.

На всех моделях машин используется одна из двух наиболее распространенных схем подключения лямбда зонда:

  • его размещают в районе выпускного коллектора авто перед катализатором;
  • устройство монтируют непосредственно в катализаторе.

Так что проблем с определением места, где он находится, не возникнет.

Виды лямбда-зондов

Лямбда зонды подразделяют на несколько типов в зависимости от различных факторов.

Так, по диапазону измерения кислородный датчик может быть:

  • узкополосный;
  • широкополосный.

Отличия устройств заключаются в том, что последнее имеет более широкий диапазон измерения. Это позволяет ему более плавно менять состав топливной смеси, что обеспечивает более стабильную и эффективную работу двигателя.

В зависимости от скорости разогрева зонды делят на:

  • стандартные;
  • быстро разогреваемые (FLO);
  • особо быстро разогреваемые (UFLO).

Последние два типа разогреваются гораздо быстрее стандартных устройств, что обеспечивает своевременную передачу полученных данных на электронный блок управления.

В зависимости от наличия дополнительного подогрева лямбда зонд может быть:

  • без нагревательного элемента;
  • с нагревательным элементом.

Первый тип разогревается исключительно за счет выхлопных газов. Второй подогревает нагревательный элемент. Это помогает быстрее достичь рабочей температуры и стабилизировать функционирование двигателя.

Как проверить лямбда-зонд

Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:

  • появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
  • спад мощности мотора;
  • замедленная реакция на нажатие акселератора;
  • увеличение расхода горючего;
  • частый перегрев мотора;
  • хлопки при работе двигателя;
  • дерганье во время езды.

Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.

Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:

  • включить зажигание, не производя пуск двигателя;
  • отсоединить контакты датчика;
  • вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.

Напряжение не должно отличаться от бортового.

Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.

Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.

Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:

  • подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
  • завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.

При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.

Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.

Возможные неисправности датчика

Чаще всего у датчика возникают следующие неисправности:

  • замыкание каких-либо компонентов прибора;
  • механические повреждения напыления на керамическом конусе;
  • оплавление одного из элементов устройства.

Нужно учитывать, что срок службы зонда ограничен, поэтому выход из строя может произойти просто потому, что датчик уже отработал свое. В среднем продолжительность работы зонда составляет от 40 до 80 тысяч километров.

При замене можно использовать не только прибор конкретной модели, но и универсальные варианты, которые можно установить на разные автомобили.

Подведем итог

Лямбда зонд – устройство, которое измеряет уровень кислорода в выхлопах машины. Благодаря подаче сигнала на блок управления оно помогает изменить состав топливной смеси и тем самым оптимизировать работу мотора, а также уменьшить вредные выбросы в атмосферу. При поломке прибора падает мощность, увеличивается расход топлива, появляются рывки, хлопки. Проверить и заменить механизм можно и самостоятельно.

Ссылка на основную публикацию
Что такое клапан адсорбера, признаки неисправности клапана абсорбера
Что такое адсорбер в автомобиле, сколько служит, признаки неисправности, как заменить Вопрос экологии давно стоит ребром перед крупнейшими производителями автомобилей...
Что означают цифры на шинах автомобилей – полная расшифровка маркировок автомобильных покрышек ( Вид
Расшифровка маркировок шин для легковых автомобилей и кроссоверов Расшифровка индексов и других обозначений (маркировки) на автомобильных шинах (для легковых авто...
Что означают цифры, буквы и слова на АКПП Описание режимов ЧТО ОЗНАЧАЕТ
Обозначения букв на коробке автомат; АКПП- Значение маркировок на; АКПП Автоматическая коробка передач отличается от привычной многим классической «механики» не...
Что такое климат-контроль в автомобиле
Что такое климат контроль, как работает, неполадки, ошибки Одно из удобств современных транспортных средств — это наличие климат-контроля, кондиционера. Многие...

Что такое лямбда 11-я буква греческого алфавита

Устройство, работа, проверка лямбды

Какие бывают лямбда зонды, как устроены, как диагностировать неисправность кислородного датчика и методы проверки осциллографом. Давайте рассмотрим подробно в этой практической статье.

Существуют три типа кислородных датчиков, которые применяются в автомобилях. Циркониевый датчик. Титановый датчик. Широкополосный.

Существует в основном три разных, не взаимозаменяемых типа лямбда-датчика. Лямбда-датчики из диоксида циркония и диоксида титана также называют переключающими, скачками напряжения или «двоичными» датчиками, поскольку их выходной сигнал изменяется между двумя значениями в зависимости от того, находится ли топливо в обогащенном или обедненном состоянии. Третий тип – это широкополосный лямбда-датчик. Эти датчики также известны, как “линейные” лямбда-зонды, потому что они имеют выходной сигнал, который пропорционален широкому диапазону соотношений воздух-топливо. Широкополосные кислородные датчики измеряют эти соотношения и переходы между ними более точно.

Лямбд-зонд устанавливается в выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором и непосредственно за катализатором. Кислородные датчики называются в обиходе первая и вторая лямбда в зависимости от места установки.

В V-образном двигателе могут быть установлены один или несколько датчиков.

Циркониевый датчик

Конфигурации проводов циркониевого лямбда-зонда:

  • Однопроводной кислородный датчик;
  • Двухпроводной кислородный датчик;
  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Титановый датчик

Конфигурации проводов титанового лямбда-зонда:

  • Трехпроводной кислородный датчик;
  • Четырехпроводной кислородный датчик.

Циркониевый датчик

Циркониевый датчик производит сравнение содержания кислорода в системе выпуска отработавших газов с эталонным атмосферным газом, который содержится во внутренней камере. Отработавшие газы проходят над непроницаемой керамической наружной поверхностью датчика из диоксида циркония.

Эталонный атмосферный газ содержится во внутренней камере датчика. С обеих сторон керамической секции имеются электроды. Блок управления использует сгенерированное напряжение для определения топливовоздушного отношения. Бедная смесь (λ > 1). Богатая смесь (λ ZrO2 — это бесцветные кристаллы, с высокой температурой плавления, что является значительным преимуществом при использовании под воздействием высоких температур выхлопных газов.

Внимание! Температура плавления оксида циркония: 2715°C

Название ИЮПАК: Zirconium(IV) oxide, Zirconium dioxide.

Этот оксид металла применяется также в стоматологии для изготовления зубных протезов. Но в большей степени повлияло на использование оксида циркония в кислородном датчике это ещё одно его полезное свойство. Диоксид циркония при нагревании проявляет свойства твёрдого электролита и проводит ионы кислорода. Это свойство используется в выхлопных системах автомобилей, а также в промышленности в анализаторах кислорода и в топливных элементах.

Чтобы ответить на вопрос какой лямбда зонд выбрать, выясним какие бывают типы лямбда зондов, как работают и как диагностируются.

Строение циркониевого лямбда-зонда

  1. Выпускная труба;
  2. Корпус датчика/электрический контакт;
  3. Керамический элемент;
  4. Контакты;
  5. Опорное значение воздуха (эталонный воздух);
  6. Электроды;
  7. Пористое защитное покрытие.

Блок управления (ЭБУ) постоянно регулирует топливо-воздушное соотношение. Правильное значение лямбда зонда: (λ =1 ).

Оптимальная работа кислородного датчика зависит от температуры керамики, в свою очередь оптимальная температура керамики должна быть выше 350 0 С

Для ускорения достижения рабочей температуры кислородные датчики оснащены нагревательным элементом.

Титановый датчик

Конструкции титанового и циркониевого датчиков схожи. Циркониевые датчики меняют напряжение, измеряя содержание кислорода в отработавших газах. Титановые датчики изменяют сопротивление посредством измерения содержания кислорода в выхлопных газах.

Чертеж с вырезом кислородного датчика со встроенным нагревательным элементом.

  1. Соединительные провода
  2. Внутренние контакты
  3. Керамическая опора
  4. Корпус датчика
  5. Нагревательный элемент
  6. Трубка с прорезью ( Slotted tube)
  7. Опорное значение воздуха
  8. Керамический датчик
  9. Шайба

Используются два кислородных датчика:

Широкополосный кислородный датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором.

Двухточечный кислородный датчик расположен за каталитическим нейтрализатором.

Блок управления использует сигнал широкополосного датчика, чтобы задать приблизительный состав топливовоздушной смеси.

Блок управления использует сигнал двухточечного датчика для коррекции смеси.

Блок управления может также осуществлять мониторинг действия каталитического нейтрализатора.

Характеристическая форма сигнала напряжения для широкополосного кислородного датчика.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика.

Обратите внимание по вертикальной шкале отображается напряжение. Циркониевый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическое напряжение для титанового кислородного датчика.

По вертикальной шкале изменение сопротивления. Титановый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Проверка циркониевого датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода. Выходное напряжение датчика подается на аналогово-цифровой преобразователь (A). Блок управления производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода циркониевым датчиком

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжектор, для этого использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (B).

Для производства измерений используется осциллоскоп.

Напряжение измеряется между точками X и Y отмеченными на электрической схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Проверка титанового датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода титановым датчиком

Система измерения кислорода титановым датчиком:

Цепь делителя напряжения. Внутренний резистор.

Напряжение датчика изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Сопротивление датчика также изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь (B).

Блок управления автомобиля производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжекторы. Напряжение, подаваемое в цепь делителя напряжения, должно быть исключительно стабильным, так как блок управления воспринимает любое изменение как изменение содержания кислорода в отработавших газах.

Схема поддержания стабильного напряжения датчика:

Изменяющееся напряжение аккумуляторной батареи проходит через цепь регулятора (A), при этом цепь регулятора поддерживает напряжение постоянным.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (C).

Для производства измерений осциллоскопом измеряется напряжение между точками X и Y указанными на принципиальной схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика

Иногда требуется вы]вить исправность нагревательного элемента кислородного датчика. Компьютерная диагностика при этом не всегда сможет определить этот параметр. Кроме выявления неисправности нагревателя лямбда-зонда эта диагностика даёт информацию о скорости нагрева датчика. Это необходимо чтобы понимать в какой момент датчик выходит на рабочую температуру.

Читайте также:  Пропорции крупы и воды для каши таблица Декупаж Ажиотаж

С помощью осциллографа исследуем характеристическую форму сигнала напряжения для датчика при быстром нагреве.

форма сигнала напряжения при быстром нагреве датчика кислорода

Характеристическая форма сигнала напряжения для датчика при медленном нагреве

форма сигнала напряжения при медленном нагреве датчика кислорода

Срок службы циркониевого датчика

Ожидаемый срок службы: (48000 – 80000 км (30000 – 50000 миль)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика циркониевого датчика

Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения осциллографом.

Для контроля напряжения пользуйтесь вольтметром. Проверьте на отсутствие угольных отложений на контактах.

  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

Срок службы титанового датчика

Ожидаемый срок службы: (48,000 – 80,000 km (30,000 – 50,000 miles)). По мере износа датчика возрастает время реакции.

Диагностика титанового датчика

  • Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения. Для контроля сопротивления пользуйтесь омметром.
  • Проверьте на наличие отсутствие отложений, мешающих качественной диагностике.
  • Проверьте работу цепи обогрева.
  • Проверьте питание датчика. Правильное значение: (5V).
  • Проверьте состояние соединений заземления.
  • Проверьте неразрывность электрического соединения.

На этом, пожалуй, прервусь. Если остались вопросы, то задавайте в комментариях, так как всё в одну статью не поместить. Кроме того, история полна частных случаев, и у каждого свои неповторимые симптомы не похожие на то, что было у других ранее. Благодарю за интерес проявленный к материалу.

Электромагнитные волны

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: свойства электромагнитных волн, различные виды электромагнитных излучений и их применение.

Важнейший результат электродинамики, вытекающий из уравнений Максвелла (мы уже не первый раз говорим об уравнениях Максвелла, а самих уравнений при этом не выписываем. Ничего не поделаешь — эти уравнения пока слишком сложны для вас. Вы познакомитесь с ними курсе на втором, когда будут освоены необходимые темы из высшей математики), состоит в том, что электромагнитные взаимодействия передаются из одной точки пространства в другую не мгновенно, а с конечной скоростью. В вакууме скорость распространения электромагнитных взаимодействий совпадает со скоростью света м/с.

Рассмотрим, например, два покоящихся заряда, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Сила их взаимодействия определяется законом Кулона. Шевельнём один из зарядов; согласно закону Кулона сила взаимодействия изменится мгновенно — второй заряд сразу «почувствует» изменение положения первого заряда. Так утверждала теория дальнодействия (теории дальнодействия и близкодействия обсуждались в листке «Напряжённость электрического поля»).

Однако в действительности дело обстоит иначе. При шевелении заряда электрическое поле вблизи него меняется и порождает магнитное поле. Это магнитное поле также является переменными, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле, которое опять порождает переменное магнитное поле и т.д. В пространстве начинает распространяться процесс колебаний напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля — электромагнитная волна. Спустя некоторое время эта электромагнитная волна достигнет второго заряда; лишь тогда — а не мгновенно! — он и «почувствует», что положение первого заряда изменилось.

Существование электромагнитных волн было предсказано Максвеллом и получило блестящее подтверждение в опыте Герца.

Опыт Герца: открытый колебательный контур

Электромагнитные волны должны быть достаточно интенсивными для того, чтобы можно было их наблюдать в эксперименте.

Нетрудно понять, что электромагнитные волны будут тем интенсивнее, чем быстрее меняется положение зарядов, излучающих эти волны. Действительно, в таком случае электрическое поле вблизи зарядов меняется с большей скоростью и порождает большее магнитное поле; оно, в свою очередь, меняется столь же быстро и порождает большее электрическое поле, и т.д.

В частности, интенсивные электромагнитные волны порождаются высокочастотными электромагнитными колебаниями.

Электромагнитные колебания создаются в хорошо знакомом нам колебательном контуре.

Частота колебаний заряда и тока в контуре равна:

С этой же частотой колеблются векторы и в заданной точке пространства. Таким образом, величина , вычисляемая по формуле (1) , будет также частотой электромагнитной волны.

Чтобы увеличить частоту колебаний в контуре, нужно уменьшать ёмкость конденсатора и индуктивность катушки.

Но эксперименты показали, что дело не ограничивается одной лишь высокой частотой колебаний. Для образования интенсивных электромагнитных волн существенным оказывается ещё один фактор: переменное электромагнитное поле, являющееся источником электромагнитных волн, должно занимать достаточно большую область пространства.

Между тем, в обычном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки, переменное электрическое поле почти целиком сосредоточено в малой области внутри конденсатора, а переменное магнитное поле — в малой области внутри катушки. Поэтому даже при достаточно высокой частоте колебаний такой колебательный контур оказался непригоден для излучения электромагнитных волн.

Как добиться увеличения области, занимаемой высокочастотным электромагнитным полем? Герц нашёл красивое и гениально простое решение — открытый колебательный контур.

Возьмём обычный колебательный контур (рис. 1 , слева). Начнём уменьшать число витков катушки — от этого её индуктивность будет уменьшаться. Одновременно уменьшаем площадь пластин конденсатора и раздвигаем их — это приводит к уменьшению ёмкости конденсатора и к увеличению пространственной области, занимаемой электрическим полем. Эта промежуточная ситуация изображена на рис. 1 в середине.

Рис. 1. Превращение обычного колебательного контура в открытый

К чему мы придём, продолжая этот процесс? Катушка ликвидируется вовсе, превращаясь в кусок проводника. Пластины конденсатора раздвигаются максимально далеко и оказываются на концах этого проводника (рис. 1 , справа). Остаётся уменьшить до предела размеры пластин — и получится самый обычный прямолинейный стержень! Это и есть открытый колебательный контур (рис. 2 ).

Рис. 2. Открытый колебательный контур

Как видим, идея Герца об открытом колебательном контуре позволила «убить двух зайцев»:

1) ёмкость и индуктивность стержня очень малы, поэтому в нём возбуждаются колебания весьма высокой частоты; 2) переменное электромагнитное поле занимает довольно большую область пространства вокруг стержня.
Поэтому такой стержень может служить источником достаточно интенсивных электромагнитных волн.

Но как возбудить в стержне электромагнитные колебания? Герц разрезал стержень посередине, раздвинул половинки на небольшое расстояние (создав так называемый разрядный промежуток) и подключил их к источнику высокого напряжения. Получился излучающий вибратор Герца (рис. 3 ; концы провода в разрядном промежутке снабжались небольшими шариками).

Рис. 3. Излучающий вибратор Герца

Когда напряжение между шариками превышало напряжение пробоя, в разрядном промежутке проскакивала искра. Во время существования искры цепь замыкалась, и в стержне возникали электромагнитные колебания — вибратор излучал электромагнитные волны.

Герц регистрировал эти волны с помощью приёмного вибратора — проводника с шариками на концах разрядного промежутка (рис. 4 ). Приёмный вибратор находился поодаль, на некотором расстоянии от излучающего вибратора.

Рис. 4. Приёмный вибратор Герца

Переменное электрическое поле электромагнитной волны возбуждало в приёмном вибраторе переменный ток. Если частота этого тока совпадала с собственной частотой приёмного вибратора, то возникал резонанс, и в разрядном промежутке проскакивала искра!

Наличие этой искры, появляющейся на концах совершенно изолированного проводника, явилось ярким свидетельством существования электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Читайте также:  Снять обшивку двери Лада Калина видео инструкция

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение).

Электромагнитные волны оказались поперечными — колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рассмотрим, например, излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой вдоль оси вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси . На рис. 5 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 5. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны направлена вдоль оси . Векторы и в каждой точке оси совершают синусоидальные колебания вдоль осей и соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора к вектору всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора .

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси значений модуля векторов и имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях и соответственно. Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками оси , в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 5 ).

Частота, с которой меняются значения и в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны; она совпадает с частотой колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны , её частота и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа.

Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны . Частота собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (2) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом!

5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения.

Плотность потока излучения

Электромагнитные волны переносят энергию из одних участков пространства в другие. Перенос энергии осуществляется вдоль лучей — воображаемых линий, указывающих направление распространения волны (мы не даём строгого определения понятия луча и надеемся на ваше интуитивное понимание, которого пока будет вполне достаточно).

Важнейшей энергетической характеристикой электромагнитных волн служит плотность потока излучения.

Представим себе площадку площадью , расположенную перпендикулярно лучам. Допустим, что за время волна переносит через эту площадку энергию . Тогда плотность потока излучения определяетcя формулой:

Иначе говоря, плотность потока излучения — это энергия, переносимая через единичную площадку (перпендикулярную лучам) в единицу времени; или, что то же самое — это мощность излучения, переносимая через единичную площадку. Единицей измерения плотности потока излучения служит Вт/м2.

Плотность потока излучения связана простым соотношением с плотностью энергии электромагнитного поля.

Фиксируем площадку , перпендикулярную лучам, и небольшой промежуток времени . Сквозь площадку пройдёт энергия:

Эта энергия будет сосредоточена в цилиндре с площадью основания и высотой (рис. 6 ), где — скорость электромагнитной волны.

Рис. 6. К выводу формулы (6)

Объём данного цилиндра равен: . Поэтому если — плотность энергии электромагнитного поля, то для энергии получим также:

Приравнивая правые части формул (4) и (5) и сокращая на , получим соотношение:

Плотность потока излучения характеризует, в частности, степень воздействия электромагнитного излучения на его приёмники; когда говорят об интенсивности электромагнитных волн, имеют в виду именно плотность потока излучения.

Интересным является вопрос о том, как интенсивность излучения зависит от его частоты.

Пусть электромагнитная волна излучается зарядом, совершающим гармонические колебания вдоль оси по закону . Циклическая частота колебаний заряда будет в то же время циклической частотой излучаемой электромагнитной волны.

Для скорости и ускорения заряда имеем : и . Как видим, . Напряжённость электрического поля и индукция магнитного поля в электромагнитной волне пропорциональны ускорению заряда: и . Стало быть, и .

Плотность энергии электромагнитного поля есть сумма плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля: . Плотность энергии электрического поля, как мы знаем, пропорциональна квадрату напряжённости поля: . Аналогично можно показать, что . Следовательно, и , так что .

Согласно формуле (6) плотность потока излучения пропорциональна плотности энергии: . Поэтому . Мы получили важный результат: интенсивность электромагнитного излучения пропорциональна четвёртой степени его частоты.

Другой важный результат заключается в том, что интенсивность излучения убывает с увеличением расстояния до источника. Это понятно: ведь источник излучает в разных направлениях, и по мере удаления от источника излучённая энергия распределяется по всё большей и большей площади.

Количественную зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника легко получить для так называемого точечного источника излучения.

Точечный источник излучения — это источник, размерами которого в условиях данной ситуации можно пренебречь. Кроме того, считается, что точечный источник одинаково излучает во всех направлениях.

Конечно, точечный источник является идеализацией, но в некоторых задачах эта идеализация отлично работает. Например, при исследовании излучения звёзд их вполне можно считать точечными источниками — ведь расстояния до звёзд настолько громадны, что их собственные размеры можно не принимать во внимание.

На расстоянии от источника излучённая энергия равномерно распределяется по поверхности сферы радиуса . Площадь сферы, напомним, . Если мощность излучения нашего источника равна , то за время через поверхность сферы проходит энергия . С помощью формулы (3) получаем тогда:

Таким образом, интенсивность излучения точечного источника обратно пропорциональна расстоянию до него.

Виды электромагнитных излучений

Спектр электромагнитных волн необычайно широк: длина волны может измеряться тысячами километров, а может быть меньше пикометра. Тем не менее, весь этот спектр можно разделить на несколько характерных диапазонов длин волн; внутри каждого диапазона электромагнитные волны обладают более-менее схожими свойствами и способами излучения.

Мы рассмотрим эти диапазоны в порядке убывания длины волны. Диапазоны плавно переходят друг в друга, чёткой границы между ними нет. Поэтому граничные значения длин волн порой весьма условны.

1. Радиоволны ( > 1 мм).

Источниками радиоволн служат колебания зарядов в проводах, антеннах, колебательных контурах. Радиоволны излучаются также во время гроз.

Сверхдлинные волны ( > 10 км). Хорошо распространяются в воде, поэтому используются для связи с подводными лодками.

Читайте также:  РЕШИТЬ! Является ли процесс опасен Бесплатное Antimalware

Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.

Что такое лямбда зонд

Лямбда зонд (в народе – кислородник) – это датчик, который определяет, сколько кислорода содержится в отработанных выхлопных газах, выделяемых двигателем. Название прибора произошло от греческой буквы лямбда (пишется «λ»). Именно с ее помощью выражают коэффициент содержания кислорода в выхлопах при его подсчете.

Зачем нужен подобный датчик? Он выполняет две функции.

  • Контроль эффективности работы мотора. Если в отработанных газах избыток кислорода, значит, реакция окисления бензина (то есть горение) протекает со слабой интенсивностью. Сгорает не весь бензин, его окисляет не весь кислород. Поэтому подачу топлива надо уменьшить. В обратной ситуации, когда кислорода в выхлопах слишком мало, подача горючего увеличивается.
  • Обеспечение максимально безвредных выхлопов. В последнее время существенно возросли требования к экологичности отработанных газов. По установленным в большинстве сран мира стандартам нельзя, чтобы в атмосферу попали несгоревшие частицы топлива. Лямбда зонд обеспечивает их полное сгорание.

Таким образом, лямбда зонд осуществляет регулирование состава топливной смеси и тем самым стабилизирует работу мотора.

Принцип работы кислородного датчика

Итак, каков принцип работы датчика? Когда на лямбда-зонд попадают ионы кислорода, он начинает производить слабый электрический ток. Этот ток попадает в электронный блок управления транспортного средства. Он обрабатывает сигнал и в зависимости от полученной в ходе обработки информации меняет состав топливной смеси, которая поступает в цилиндровый блок. Чем выше напряжение датчика, тем меньше впрыск горючего, и наоборот – чем оно выше, тем больше топлива поступает в цилиндровую группу.

Стоит отметить, что без попадания на его поверхность кислорода прибор не может работать совсем. Соответственно, реакция на них должна иметь место и до пуска двигателя. Проблему решают следующим образом:

  • датчик размещают таким образом, чтобы до старта мотора он контактировал с атмосферным воздухом;
  • в прошивку электронного блока управления вносят программу, которая позволяет устройству в первые секунды работы двигателя не учитывать показания устройства.

Устройство лямбда зонда

Лямбда зонд состоит из следующих конструктивных элементов.

Похожие статьи

  • Масляный автомобильный насос: устройство, принцип работы и виды
  • Сцепление автомобиля — принцип работы и устройство
  • Автомобильные цепи противоскольжения: история, установка, применение
  • Клапан EGR — что это такое и для чего он нужен
  • Корпус. Металлический или пластиковый кожух, в котором размещены все компоненты прибора.
  • Керамический конус. Представляет собой легированный оксидом иттрия конус из керамики с нанесенными на него ионами платины. Керамика в данном случае выполняет роль изолятора, а иттрий и платина – проводника. Именно эта часть прибора омывается отработанными газами. Часть конуса, которая не соприкасается с выхлопами, контактирует с атмосферным воздухом.
  • Защитный кожух. Кожух из пластика, который защищает керамический конус от механических повреждений.
  • Нагревательный элемент. Необходим для нагрева легирования из иттрия, так как его корректная работа возможна при температуре от 300 градусов цельсия, а быстро достичь ее одними лишь выхлопными газами бывает трудно.
  • Выходные контакты. Контакты, к которым подключают провода, ведущие к электронному блоку управления. Именно с их помощью передаются показания прибора.

На всех моделях машин используется одна из двух наиболее распространенных схем подключения лямбда зонда:

  • его размещают в районе выпускного коллектора авто перед катализатором;
  • устройство монтируют непосредственно в катализаторе.

Так что проблем с определением места, где он находится, не возникнет.

Виды лямбда-зондов

Лямбда зонды подразделяют на несколько типов в зависимости от различных факторов.

Так, по диапазону измерения кислородный датчик может быть:

  • узкополосный;
  • широкополосный.

Отличия устройств заключаются в том, что последнее имеет более широкий диапазон измерения. Это позволяет ему более плавно менять состав топливной смеси, что обеспечивает более стабильную и эффективную работу двигателя.

В зависимости от скорости разогрева зонды делят на:

  • стандартные;
  • быстро разогреваемые (FLO);
  • особо быстро разогреваемые (UFLO).

Последние два типа разогреваются гораздо быстрее стандартных устройств, что обеспечивает своевременную передачу полученных данных на электронный блок управления.

В зависимости от наличия дополнительного подогрева лямбда зонд может быть:

  • без нагревательного элемента;
  • с нагревательным элементом.

Первый тип разогревается исключительно за счет выхлопных газов. Второй подогревает нагревательный элемент. Это помогает быстрее достичь рабочей температуры и стабилизировать функционирование двигателя.

Как проверить лямбда-зонд

Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:

  • появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
  • спад мощности мотора;
  • замедленная реакция на нажатие акселератора;
  • увеличение расхода горючего;
  • частый перегрев мотора;
  • хлопки при работе двигателя;
  • дерганье во время езды.

Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.

Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:

  • включить зажигание, не производя пуск двигателя;
  • отсоединить контакты датчика;
  • вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.

Напряжение не должно отличаться от бортового.

Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.

Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.

Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:

  • подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
  • завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.

При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.

Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.

Возможные неисправности датчика

Чаще всего у датчика возникают следующие неисправности:

  • замыкание каких-либо компонентов прибора;
  • механические повреждения напыления на керамическом конусе;
  • оплавление одного из элементов устройства.

Нужно учитывать, что срок службы зонда ограничен, поэтому выход из строя может произойти просто потому, что датчик уже отработал свое. В среднем продолжительность работы зонда составляет от 40 до 80 тысяч километров.

При замене можно использовать не только прибор конкретной модели, но и универсальные варианты, которые можно установить на разные автомобили.

Подведем итог

Лямбда зонд – устройство, которое измеряет уровень кислорода в выхлопах машины. Благодаря подаче сигнала на блок управления оно помогает изменить состав топливной смеси и тем самым оптимизировать работу мотора, а также уменьшить вредные выбросы в атмосферу. При поломке прибора падает мощность, увеличивается расход топлива, появляются рывки, хлопки. Проверить и заменить механизм можно и самостоятельно.

Ссылка на основную публикацию
Что такое клапан адсорбера, признаки неисправности клапана абсорбера
Что такое адсорбер в автомобиле, сколько служит, признаки неисправности, как заменить Вопрос экологии давно стоит ребром перед крупнейшими производителями автомобилей...
Что означают цифры на шинах автомобилей – полная расшифровка маркировок автомобильных покрышек ( Вид
Расшифровка маркировок шин для легковых автомобилей и кроссоверов Расшифровка индексов и других обозначений (маркировки) на автомобильных шинах (для легковых авто...
Что означают цифры, буквы и слова на АКПП Описание режимов ЧТО ОЗНАЧАЕТ
Обозначения букв на коробке автомат; АКПП- Значение маркировок на; АКПП Автоматическая коробка передач отличается от привычной многим классической «механики» не...
Что такое климат-контроль в автомобиле
Что такое климат контроль, как работает, неполадки, ошибки Одно из удобств современных транспортных средств — это наличие климат-контроля, кондиционера. Многие...
Adblock detector