Датчик положения распределительного вала, датчик Холла
Главная » Электрооборудование » Система управления двигателем » Датчик положения распределительного вала
Датчик положения распределительного вала предназначен для определения углового положения газораспределительного механизма в соответствии с положением коленчатого вала двигателя. Информация, поступающая от датчика положения распределительного вала, используется системой управления двигателем для управления впрыском и зажиганием. Функционально датчик связан с датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя.
На двигатели устанавливается датчик положения распределительного вала, работа которого построена на эффекте Холла, поэтому другое название датчика – датчик Холла.
Принцип действия датчика Холла основан на изменении направления движения носителей заряда (изменении напряжения) в полупроводнике при изменении пересекающего его магнитного поля.
Магнитное поле создается постоянным магнитом, расположенным в датчике.
При прохождении репера мимо датчика в нем возникает импульс напряжения, передаваемый в электронный блок управления. В зависимости от частоты вращения распределительного вала сигнал от датчика Холла поступает в разные промежутки времени. На основании этих сигналов блок управления двигателем распознает положение поршня первого цилиндра в верхней мертвой точке такта сжатия, обеспечивает впрыск бензина и зажигание топливно-воздушной смеси.
На двигателях, оборудованных системой изменения фаз газораспределения, датчик положения распределительного вала используется для управления данной системой. Датчики устанавливаются на распределительных валах впускных и выпускных клапанов.
Несколько иначе датчик Холла работает в системе управления дизельным двигателем.
Здесь сигналы датчика используются для установления положения поршня каждого цилиндра двигателя в верхней мертвой точке такта сжатия. За счет этого достигается точное определение положения распределительного вала относительно коленчатого вала, соответственно быстрый пуск дизеля и устойчивая его работа на всех режимах.
Для реализации данных функций внесены конструктивные изменения в задающий диск, на котором установлены реперы для каждого цилиндра двигателя. Это могут быть сегменты разной угловой ширины или набор зубьев, расположенных на разном расстоянии друг от друга. Так, в четырехцилиндровом дизеле на задающем диске устанавливается 7 зубьев: четыре основных – по одному на каждый цилиндр под углом 90° и три дополнительных – для распознавания конкретного цилиндра. Дополнительные зубья расположены на разных расстояниях от основных зубьев, чем достигается установление положения поршня в ВМТ такта сжатия для конкретного цилиндра.
При возникновении неисправности датчика Холла (отсутствии сигнала) система управления двигателем в своей работе использует информацию от датчика частоты вращения коленчатого вала.
37. Принцип работы датчика холла.
Датчик Холла – это магнитоэлектрический механизм. Основу работы принципа такого датчика открыл физик по фамилии Холл, в честь него датчик и получил своё название. Ниже описано, что такое датчик Холла, принцип его работы, где применяется, а также какие существуют виды датчика.
Принцип работы датчика Холла
В основе работы датчика Холла лежит так званный элемент Холла, который связан с схемой электрики. Датчик Холла сам по себе является микросхемой, которая на выходе создает нужный информационный сигнал. Фиксируемое магнитное поле – основа принципа работы механизма. Дляизмерение скорости перемещения на неподвижных элементах конструкции закрепляют датчик Холла и прикрепляют магниты к движущейся части.
Существует и более простой
способ: движущиеся контакты и элементы
попросту намагничивают. При этом не
вносится в конструкцию никаких изменений.
Чтобы измерить скорость вращения,
используют несколько постоянных магнитов
и непосредственно сам датчик Холла.
Принцип работы в этом случае достаточно
прост, пластинка в свободном состоянии
перемещается между этими двумя полюсами
и экранирует магнитное поле. При каждом
обороте происходит импульс электрики
в электронный тахометр. Чтобы точность
была как можно выше, нужно просто
увеличить количество магнитов.
Виды датчика Холла
Датчик Холла представляет из себя датчик магнитного поля. На данный момент бывают цифровые и аналоговые датчики Холла.
Аналоговые датчики переделывают индукцию поля в напряжение. Величина, которую может показать датчик завит от силы и полярности поля. Но также следует учитывать дистанцию, на которой он установлен.
Цифровые датчики определяют
отсутствие либо наличие поля. Принцип
работы довольно прост, датчик выдает
логическую единицу, если индукция
доходит до определённого порога, и
выдаёт логический ноль, в случае если
порог не достигнут.
Цифровые датчики Холла делятся на: униполярные и биполярные.
Биполярные – реагируют на изменение полярности поля, соответственно одна полярность отключает датчик, а другая – включает.
Униполярные – включаются при присутствии поля некой полярности и выключается при уменьшении индукции поля.
Проверка датчика Холла на работоспособность
В том случае, если у Вас возникла потребность проверить датчик Холла, то это можно сделать несколькими способами. Самый простой способ проверить датчик на работоспособность – это поставить другой заведомо исправный. В случае если проблема была решена после замены – то результат очевиден.
Можно также сделать нетрудное
устройство, которое будет имитировать
работу датчика Холла, его лучше всего
делать, когда нет рабочего датчика.
Тестирования датчика можно также выполнить при помощи обычного тестера. В том случае, если тестер показывает менее 0.4 В, то это однозначно означает, что датчик неисправен. Еще можно проверить присутствие искры вовремя включение зажигания. Чтобы это сделать, необходимо подключить концы провода к соответствующим выходам коммутатора.
Признаки неисправности датчика Холла Определить неисправности датчика Холла бывает непросто. Правда, специалисты советуют проверить его при появлении следующих проблем. Двигатель не заводится или запускается с перебоями. Автомобиль начинает дергаться при работе двигателя на повышенных оборотах. Перебои в работе мотора на холостом ходу. Остановка работы силового агрегата во время движения.
Что представляет собой датчик Холла и для чего он нужен в автомобиле.
Данный датчик единственный
в автомобиле, который имеет собственное
имя.
Он назван в честь известного
американского физика Эдвина Холла,
который открыл особенности поведения
полупроводника в магнитном поле. В
техническом плане датчик Холла
представляет собой простейшее
магнитоэлектрическое устройство.
Фактически это датчик, который фиксирует
наличие магнитного поля. Принцип его
действия достаточно прост, и в нем вполне
можно разобраться.
Конструктивно, работает это следующим образом. Плоский проводник под напряжением помещается в магнитное поле. Под действием магнитного поля, ток смещается в одному краю проводника, таким образом возникает разница потенциалов.
В автомобиле, датчик Холла работает как обычный ключ (размыкатель и замыкатель). Магнит вращается в трамблере машины, и влияет на датчик, закрепленный стационарно. Когда датчик «чувствует» магнитное поле трамблера, он подает импульс, который вызывает искру зажигания.
Собственно, данный датчик
– один из основных элементов системы
зажигания автомобили. Он присутствует
в любой машине вне зависимости от ее
стоимости.
Также стоит отметить тот факт, что датчик Холла очень надежен. Сам по себе он может работать долгие годы, и чаще всего, поломка происходит из-за физического воздействия или чрезмерного загрязнения датчика. Достаточно часто, датчик Холла специально устанавливают таким образом, чтобы его можно было быстро снять и заметить. Исключение составляют лишь устройства, которые контролируют работу сложных систем автомобиля.
Как работают датчики Холла?
Опубликовано
Датчики Холла — это магнитные датчики, которые выдают электрический сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля вокруг них. Затем электрический сигнал обрабатывается специальной схемой для получения требуемого выходного сигнала. Это бесконтактные датчики, что означает, что им не нужно вступать в контакт с каким-либо физическим элементом для генерации выходного сигнала, поскольку они зависят от магнитных полей.
Это бесконтактное обнаружение дает им большое преимущество перед другими обычными типами датчиков физического контакта, такими как концевые выключатели. Прежде чем понять внутреннюю работу этих датчиков, нам нужно понять Эффект Холла , основной принцип работы этих датчиков.
Эффект Холла
Если у вас есть базовые представления о магнетизме и о том, как он работает, вы знаете, что протекание тока по проводу создает вокруг него магнитное поле. Чтобы лучше понять, если вы обхватите рукой провод с током так, чтобы ваш большой палец указывал в направлении тока, направления остальных ваших пальцев покажут направление магнитного поля. Это известно как закон Эрстеда.
Теперь, когда мы знаем об этой важной концепции магнетизма, мы можем двигаться дальше, чтобы понять, что именно представляет собой эффект Холла. Возьмем проводящую пластину и приложим к ней напряжение. Как и в любом другом проводнике, ток начнет течь от одного конца батареи к другому через проводящую пластину.
Носители заряда будут течь почти по прямой линии от одного конца пластины к другому концу, генерируя ток в противоположном направлении согласно обычному течению. И, как объяснялось выше с помощью закона Эрстеда, мы знаем, что этот поток тока будет индуцировать магнитное поле вокруг нашей проводящей пластины. Направление создаваемого здесь магнитного поля показано стрелками.
Но что, если я поднесу магнит к этой пластине? Это интересная часть! Это внешнее магнитное поле будет взаимодействовать с существующим магнитным полем вокруг пластины. Это вызовет нарушение прямолинейного потока носителей заряда, отклоняя отрицательно заряженные электроны на одну сторону пластины и отклоняя положительно заряженные дырки на другую сторону проводящей пластины в зависимости от полярности внешнего магнитного поля. Сила, толкающая носители заряда к сторонам пластины, возникает из-за взаимодействия двух магнитных полей и известна как сила Лоренца.
Если мы измерим напряжение на сторонах, где отклонились носители заряда, мы заметим, что на ней присутствует чрезвычайно малая разность потенциалов. Генерация этого измеряемого напряжения на пластине известна как эффект Холла и представлена буквой VH на изображении выше.
Работа датчиков Холла
Рисунок 4: Схема датчика Холла На рис. 4 показаны основные компоненты внутри датчика Холла. Во-первых, есть регулятор напряжения, который доводит напряжение питания до допустимого уровня для схемы. Затем это регулируемое напряжение подается на тонкую прямоугольную полупроводниковую пластину p-типа, обычно состоящую из арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs). Эта полупроводниковая пластина известна как элемент Холла . Привлечение внешнего магнитного поля к датчику создает небольшую разность потенциалов на других концах элемента Холла, известную как Напряжение Холла .
Это напряжение чрезвычайно мало, и его трудно обнаружить, обычно в микровольтах (мкВ), даже при воздействии сильных магнитных полей. Чтобы решить эту проблему, датчики на эффекте Холла состоят из дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления. Сгенерированное напряжение Холла затем подается на вход усилителя, который выдает усиленное напряжение, которое изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля. Иногда в цепи присутствует триггер Шмитта, в зависимости от типа датчика Холла.
Классификация датчиков Холла
Датчики Холла классифицируются на основе их аналогового или цифрового выхода. Выходные сигналы для аналоговых или линейных датчиков Холла снимаются непосредственно с выхода операционного усилителя. Выход в этом случае прямо пропорционален магнитному полю, проходящему через датчик. На рисунке ниже показано, как происходит увеличение выходного напряжения усилителя с увеличением магнитного поля, пока оно не достигнет пределов насыщения, наложенных на него из-за источника питания.
Датчик Холла с аналоговым выходом можно преобразовать в датчик с цифровым выходом, добавив схему триггера Шмитта на выходе усилителя. Триггер Шмитта сравнивает выходной сигнал усилителя с двумя предустановленными или пороговыми значениями. Если вход выше верхнего порогового значения, он выдает высокий логический уровень. Если вход ниже нижнего порогового значения, он выдает сигнал низкого логического уровня. Когда вход находится между двумя пороговыми значениями, выход сохраняет свое текущее значение. Эта характеристика триггера Шмитта позволяет получать цифровые сигналы на выходе датчика Холла, логические 0 или 1.
Применение
Прочная конструкция датчиков Холла без движущихся частей делает их не требующими технического обслуживания, поскольку они не изнашиваются. Они также невосприимчивы к вибрации, пыли и воде. Это делает их отличным выбором для различных приложений, таких как:
- Бесщеточные двигатели постоянного тока для определения положения постоянных магнитов и соответствующего переключения токов.
- Датчики вращения и вала для расчета числа оборотов в минуту и определения направления движения.
- Измерение тока токоизмерительными клещами.
- Датчик углового положения коленчатого вала для зажигания свечей зажигания в транспортных средствах.
- Обнаружение любой поверхности без контакта с ней.
Электромагнетизм — Как работает датчик скорости вращения колеса на эффекте Холла?
\$\начало группы\$
Я изучал, как работает датчик скорости вращения колеса или коленчатого вала в транспортных средствах, и мне трудно найти суровую правду.
Я думаю, что я понимаю, как это работает просто. Что датчик обнаруживает изменение магнитного поля и, таким образом, создает напряжение Холла. Изображение ниже имеет смысл. Но что происходит внутри?
Я видел другие изображения, на которых виден магнит внутри датчика, который создает магнитное поле. Итак, когда металлический ротор или кривошип приближается к датчику, магнитное поле ослабевает или изменяется в достаточной степени, чтобы вызвать срабатывание датчика? Следовательно, создаст ли магнитное поле на конце датчика сигнал?
С YouTube-канала How To Mechatronics.
В конечном счете, какое магнитное поле вокруг сенсора вызывает срабатывание сенсора?
- электромагнетизм
- магнетизм
- скорость
- эффект холла
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Но мне было любопытно, как магнит и ротор взаимодействуют, чтобы изменить поле для создания сигнала.
Этот тип датчика известен как «датчик переменного магнитного сопротивления».
Магнитные поля образуют петли, и путь, по которому движется поле, можно представить как «магнитную цепь». Схема включает в себя постоянный магнит (эквивалент батареи) и материалы с разным сопротивлением (эквивалентно сопротивлению). У стали низкое сопротивление, а у воздуха очень высокое сопротивление. Напряженность поля эквивалентна току.
В этом случае цепь включает магнит, шестерню и другие стальные конструкции, удерживающие их друг относительно друга.
При вращении зубчатого колеса периодически увеличивается и уменьшается воздушный зазор в магнитопроводе, что непосредственно уменьшает и соответственно увеличивает напряженность поля, проходящего через датчик Холла.
\$\конечная группа\$
0
\$\начало группы\$
Магнитное поле слегка меняется каждый раз, когда проходит зубец на шестерне.
Это вызывает незначительное изменение напряжения на датчике Холла.
Небольшое изменение напряжения усиливается, а затем проходит через компаратор, который выдает сигнал с прямыми краями каждый раз, когда обнаруживает зуб.
Вам действительно стоит взглянуть, как работают датчики Холла.
То, как это работает, впечатляет, а чрезвычайно малый размер эффекта (и то, что нужно для создания простого, надежного, удобного в использовании датчика) должен заставить вас оценить изобретательность тех незамеченных инженеров, которые заставляют его «просто работать».
.»
По сути, у вас есть физическая лаборатория, полная точных инструментов, упакованных в один маленький чип.
Основной эффект вызван тем, что магнит отклоняет электроны, движущиеся в одном направлении по проводнику. Магнитное поле заставляет их идти по слегка изогнутой траектории, в результате чего больше электронов течет сбоку. Результатом является напряжение на проводнике, перпендикулярное потоку тока. (Перефразировано из Википедии.)
Почти любое (относительно) внезапное изменение магнитного поля вызовет импульс на выходе.
Если вы подключите такой датчик, чтобы он мог работать, вы можете наблюдать за выходным сигналом с помощью осциллографа.
Проведение кончиком отвертки по поверхности датчика вызовет появление импульсов.
Насколько далеко от датчика может находиться отвертка (или другой магнитный предмет), зависит от силы магнита и чувствительности датчика Холла, что связано с тем, насколько тонкий внутренний проводник датчика.
