Датчики частоти обертання двигуна

Застосування

Датчики частоти обертання двигуна використовуються в системах керування двигуном для:

  • вимірювання числа обертів двигуна
  • визначення положення колінчастого валу (становище поршня двигуна)

Число оборотів розраховується за інтервалом між сигналами датчика швидкості обертання.

Індуктивні датчики швидкості обертання

швидкості

Мал. Індуктивний датчик швидкості обертання (конструкція):

  1. Постійний магніт
  2. Корпус датчика
  3. Корпус двигуна
  4. Полюсний контактний штифт
  5. Обмотка
  6. Повітряний зазор
  7. Зубчасте колесо з точкою відліку

Конструкція та принцип дії Датчик монтується прямо навпроти феромагнітного зубчастого колеса (поз. 7) з певним повітряним зазором. Він має осердя з магнітом'якої сталі (полюсний контактний штифт, поз. 4) з обмоткою (5). Полюсний контактний штифт з'єднаний із постійним магнітом (1). Магнітне поле поширюється через контактний полюсний штифт, проходячи в зубчасте колесо. Магнітний потік, що проходить через котушку, залежить від того, чи потрапляє розташування датчика навпроти западини або зуба колеса. Зубець з'єднує в пучок магнітний потік розсіювання, що походить від магніту. Через котушку відбувається посилення мережного потоку. Впадина, навпаки, послаблює магнітний потік. Ці зміни магнітного потоку при обертанні зубчастого колеса індукують в котушці синусоїдальну вихідну напругу, пропорційну швидкості зміни і кількості обертів двигуна. Амплітуда змінної напруги інтенсивно зростає зі збільшенням числа оборотів (кілька мВ ... 100 В). Достатня амплітуда присутня, починаючи з мінімальної кількості обертів від 30 за хвилину.

частоти

Мал. Сигнал індуктивногодатчика швидкості обертання двигуна:

Активні датчики швидкості обертання

Активні датчики швидкості обертання працюють за магнітостатичним принципом. Амплітуда вихідного сигналу залежить від кількості оборотів. Завдяки цьому можна вимірювати швидкість обертання і за дуже низької кількості обертів (квазістатичне визначення числа обертів).

Диференціальний датчик Холла

На провідній струм пластинці, по якій вертикально проходить магнітна індукція, поперечно до напрямку струму можна знімати напругу UH (напруга Холла), пропорційне напрямку струму.

датчики

Мал. Принцип роботи диференціального датчика Холла:

  • а Розташування датчика
  • b Сигнал датчика Холла
  • велика амплітуда при невеликому повітряному зазорі
  • маленька амплітуда при великому повітряному зазорі
  • з Вихідний сигнал
  1. Магніт
  2. Датчик Холла 1
  3. Датчик Холла 2
  4. Зубчасте колесо

У диференціальному датчику Холла магнітне поле виробляється постійним магнітом (поз. 1). Між магнітом та імпульсним кільцем (4) знаходяться два сенсорні елементи Холла (2 та 3). Магнітний потік, який проходить крізь них, залежить від того, чи датчик швидкості обертання навпроти зубця або паза. Завдяки створенню різниці сигналів від обох датчиків досягається зниження магнітних сигналів обурення та покращене співвідношення сигналу/шуму. Бічні поверхні сигналу датчика можуть оброблятися без оцифрування безпосередньо в блоці керування.

Замість феромагнітного зубчастого колеса використовуються також багатополюсні колеса. Тут на немагнітному металевому носії встановлений пластик, що намагнічується, який поперемінно намагнічується. Ці північні та південні полюси приймаютьна себе функцію зубців колеса.

AMR-датчики

швидкості

Мал. Принцип визначення числа обертів за допомогою датчика AMP:

  • а Розміщення
  • у різні моменти часу
  • b Сигнал датчика AMP
  • з Вихідний сигнал
  1. Імпульсне (активне) колесо
  2. Сенсорний елемент
  3. Магніт

Електричний опір магніто-резистивного матеріалу (AMP, анізотропний) є анізотропним. Це означає, що воно залежить від напрямку магнітного поля, що на нього впливає. Ця властивість використовується в AMP-датчику. Датчик знаходиться між магнітом та імпульсним кільцем. Лінії поля змінюють свій напрямок, коли обертається імпульсне (активне) колесо. В результаті формується синусоїдальна напруга, яка посилюється в схемі обробки даних і перетворюється на сигнал прямокутної форми.

GMR-датчики

Удосконалення активних датчиків швидкості обертання відображено у використанні технології GMR (ГМР) (Giant Magneto-Resistance). Через високу чутливість у порівнянні з датчиками AMP тут можливі великі повітряні зазори, за рахунок чого передбачаються використання у важких сферах застосування. Вища чутливість виробляє менше шумів фронту сигналу.

У ГМР-датчиках можливі також усі двопровідні порти, які раніше використовували в датчиках швидкості обертання Холла.