Электроника автомобиля

Датчик положения распределительного вала

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 20:04:29 GMT

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. Изменение магнитного поля происходит при замыкании магнитного зазора репером (металлическим зубом). Репер располагается на зубчатом колесе распределительного вала или на специальном задающем диске, закрепленном на валу.

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. Двигатель продолжает работать и даже может повторно запускаться после остановки.

Датчики ускорения

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 20:03:21 GMT

Датчики ускорения ( Акселерометр )

Немецкая компания Micro-Sensor, известная в сфере нанотехнологий, в кооперации с компанией BG electric предлагает решения для высокоточного измерения ускорения движущегося объекта. Измерение проводится по одной, двум или трём осям. Фирма производит современные сенсоры на основе чипов собственной разработки.

Название	Число осей	Выход	Ускорение	Наклон	Вибрация	Примечание
BG2166 ±2g	1	U = 0,5...4,5 В	±2 g	0...180°	0...50 Гц
BG2166 ±50g	1	U = 0,5...4,5 В	±50 g	---	0...100 Гц
BG2168.2-1X	1	U=0,5...4,5В или I=4...20мА	±2 g	0...180°	0...100 (2000) Гц
BG2168.2-2X	2	U=0,5...4,5В или I=4...20мА	±2 g	0...360°	0...100 (2000) Гц
BG2168.2-1XIT1	1	U=0,5...4,5В или I=4...20мА	±2 g	0...180°	---	Встроенный фильтр низких частот
BG2168.2-2XIT1	2	U=0,5...4,5В или I=4...20мА	±2 g	0...360°	---	Встроенный фильтр низких частот
BG2180	3	CANopen	±2 g / ±15 g	0...360° + 0...180°	0...25 Гц
LG2166	1	U = 0,5...4,5 В	---	0...180°	---

Основные сферы применения датчиков ускорения

Применение данных устройств основано на их способности преобразования статического и динамического ускорения в электрическую величину (емкость, сопротивление, напряжение и др.) для дальнейшего использования в различных устройствах, фиксирующих те или иные механические явления.

Применение датчиков ускорения

	Применение	Ускорение
Наклон	Инклинометры, электронные игры, прокрутка теста/интерфейс пользователя, поворот изображения, LCD-проекция, физиотерапия, стабилизация видео- и фотоизображения	1-2g
Движение	Навигация движения объекта, обратная связь с GPS/ГЛОНАСС, приборы защиты от хищения, карты маршрута, защита при свободном падении, защита жесткого диска, отслеживание падений, регистрация падений, управление движением, счисление пути, инерциальные измерительные устройства (Inertial Measurement Unit, IMU)	1-2g
Вибрация	Отслеживание сейсмической активности	ig
Вибрация	Интеллектуальный электропривод, балансировка и отслеживание вибраций, акустическое оборудование	8-10g
Удар	Шагомеры, ударные выключатели, удары при транспортировке	8-10g, 20-30g
Удар	Воздушные подушки, регистрация падения, черные ящики/регистраторы событий	40-250g

принцип работы и классификация
Датчики ускорения ( Акселерометры ) преобразуют приложенное к датчику статическое или динамическое ускорение как входную величину. В зависимости от типа прибора в качестве выходной величины используется либо электрический сигнал, либо электрический параметр (С, R).

Датчик ускорения состоит из чувствительного элемента (ЧЭ) и подсоединенного к нему преобразователя механического смещения. ЧЭ представляет собой инерциаль-ную массу, закрепленную на упругом подвесе на корпусе датчика.

При воздействии ускорения на датчик чувствительный элемент смещается за счет инерции. Если акселерометр механический, то смещение чувствительного элемента преобразуется в смещение стрелки прибора. Если в качестве выходной величины используется электрический сигнал, то на выходе преобразователя смещения генерируется электрический сигнал, который далее преобразуется для использования в различных системах автоматического управления.

Основные характеристики
Основной характеристикой, определяющей применение акселерометров в различных устройствах, является диапазон измеряемого ускорения.

Помимо диапазона измеряемого ускорения среди основных характеристик, определяющих рабочий диапазон датчиков ускорения, можно отметить диапазоны напряжения питания, потребляемых токов и рабочих температур.

Выходным сигналом аналоговых датчиков ускорения является напряжение, пропорциональное ускорению, приложенному к датчику. В цифровых датчиках ускорения выходной сигнал характеризуется численным значением кода, соответствующим определенной величине приложенного ускорения.

Кроме основных характеристик, датчики ускорения характеризуются параметрами, которые определяют качество их работы.

Смещение при нулевом ускорении
Как правило, смещение является обычной характеристикой при измерении как отрицательных, так и положительных величин ускорений. В датчиках с аналоговым выходом эта величина численно равна напряжению смещения, а в датчиках с цифровым выходом — значению кода при нулевом ускорении.

Чувствительность
Чувствительность датчика ускорения определяется как выходной сигнал, соответствующий ускорению в один g. Соответственно, для датчиков ускорения с аналоговым выходом это будет напряжение (В/g), а для датчиков с цифровым выходом — это значение кода (LSB/g).

Поперечная чувствительность
Помимо основной чувствительности, имеется еще и величина поперечной чувствительности, которая определяется выходным сигналом при подаче входного ускорения по направлениям, перпендикулярным основной оси. Она задается в процентах от полного диапазона выходного сигнала (%FS, где FS — Full Scale, полный диапазон).

Температурные характеристики
С изменением температуры изменяется и сигнал датчика. К этому можно отнести как изменение смещения при нулевом ускорении, так и изменение величины чувствительности. Первая ошибка указывается в эквивалентном смещении на один градус Цельсия, а вторая — в процентах от максимального входного сигнала на один градус Цельсия.

Нелинейность
Отклонение характеристики от линейной. Измеряется в процентах от полного диапазона выходного сигнала.

Резонансная частота чувствительного элемента
При входных сигналах с такой частотой колебания чувствительного элемента могут усиливаться за счет резонанса, что надо учитывать в разработке.

Шумовые характеристики
Шум, содержащийся в выходном сигнале акселерометра, определяет разрешающую способность устройства, важную при определении малых ускорений. Предельное разрешение в основном определяется уровнем шума измерения, который включает внешний фоновый шум и шум собственно датчика. Уровень шума непосредственно связан с шириной полосы пропускания датчика. Уменьшение полосы пропускания путем включения ФНЧ на выходе датчика приводит к снижению уровня шума. Это улучшает отношение сигнал/шум и увеличивает разрешающую способность

Основной динамической характеристикой акселерометров является полоса пропускания по уровню –3 дБ.

Датчик положения дроссельной заслонки

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 20:00:20 GMT

Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) — устройство, предназначенное для преобразования углового положения дроссельной заслонки в напряжение постоянного тока.

Роль в процессе управления двигателем
Корротировка количества впрыскиваемого топлива
Степень обогащения смеси

Датчик положения дроссельной заслонки имеет три вывода: на один подается напряжение, другой соединен с массой, а с третьего снимается сигнал блоком управления двигателем.

Датчик детонации

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:55:49 GMT

Датчик детонации — устройство, предназначенное для определения момента возникновения детонации в ДВС. Является одним из датчиков электронных систем управления двигателем автомобиля с впрыском топлива.

Принцип действия

Принцип действия датчика основан на пьезоэффекте. Датчик крепится на блок цилиндров двигателя, при возникновении детонации происходит вибрация двигателя, приводящая к сжатию пьезоэлектрической пластины датчика, в результате чего на её концах возникает разность потенциалов

Роль в процессе двигателя

Корретировка угла опрежения зажигания

Датчик скорости автомобиля

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:50:11 GMT

Датчик скорости автомобиля (ДСА) сконструирован по принципу эффекта Холла и выдает на контроллер частотноимпульсный сигнал. Частота сигнала прямопропорциональна скорости движения автомобиля. Контроллер использует этот сигнал для управления работой двигателя на холостом ходу и посредством регулятора холостого хода, управляет подачей воздуха в обход дроссельной заслонки. ДСА выдает примерно 6004 импульса на каждый километр пройденного автомобилем пути. По временному интервалу между импульсами контроллер определяет скорость движения автомобиля. Кроме того, данный сигнал может использоваться спидометром установленным на панели приборов. Внешний вид датчика скорости движения автомобиля показан на ДСА устанавливается на коробке переключения передач на механизме привода спидометра. Демонтаж его производят после (при выключенном зажигании) отключения контактного разъема и тросика привода спидометра (если он установлен) отвернув датчик с привода спидометра. Монтаж ДСА производят в обратной демонтажу последовательности. При неисправностях цепи соединения ДСА, контроллер заносит в ОЗУ код "24" и зажигает лампу "CHECK ENGINE", таким образом, указывая о необходимости диагностики. Одним из ярко выраженных симптомов неисправности датчика скорости служит остановка работы двигателя на Х.Х. при движении автомобиля накатом. Однако не следует забывать, что аналогичная ситуация может произойти при временных неисправностях датчика массового расхода воздуха (ДМРВ), но лампа "CHECK ENGINE", в этом случае, загорается не всегда. По этому признаку можно предварительно судить о том какой именно датчик вышел из строя. Проверку работоспособности ДСА следует начинать с наличия заземления на контакте "3" и напряжения питания (+12В.) на контакте "1". Проверку импульсного сигнала на контакте "2" следует проводить при вращении ведущих колес со скоростью не менее 5км/час. Производить измерения я рекомендую цифровым мультиметром или осциллографом. Для проверки "1" и "3" контактов ДСА допускается применение прозвонки. К типичным симптомам неисправности датчика скорости или его эл.цепи можно отнести остановку двигателя при переключении передачи и в движении накатом, ошибки показаний спидометра. Чаще всего выход из строя ДСА связан с работой тросика спидометра. Если данный тросик имеет на своей поверхности какие-либо заусенцы, разрывы или просто затруднено его вращение в защитной оплетке, это может привести к выходу из строя датчика скорости. Кроме того, часто из-за этой причины датчик скорости выходит из строя именно на высокой скорости движения. Для исключения подобной ситуации, пока тросик спидометра исправен, его следует смазать моторным маслом.

Датчики

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:32:08 GMT

Датчики

ДАТЧИКИ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ

Датчики регистрируют рабочие параметры (частоту вращения коленча-того вала) и задаваемые величины (положение педали газа). Они превращают физические (давление) или химические (концентрация ОГ) величины в электрические сигналы.

Базирование на МЭС

Датчики и исполнительные механизмы обеспечивают взаимодействие и обмен информацией между различными системами автомобиля (двигатель,трансмиссия, ходовая часть) и электронными блоками, объединяя их в единую систему обработки данных и управления. Как правило, датчик выдает сигналы, которые воспринимаются блоком управления.

Область мехатроники, в которой механические и электронные связи, а также компоненты обработки данных, тесно связаны друг с другом, играет все большую роль и в разработке новых конструкций датчиков. Последние часто внедряются в различные детали (например, узел манжетного уплотнения коленчатого вала с датчиком частоты вращения).

Датчики становятся все меньше по размерам, при этом их точность и быстродействие возрастает, так как выходные сигналы оказывают непосредственное влияние на мощность и крутящий момент двигателя, уровень эмиссии ОГ, ходовые качества и безопасность автомобиля. Все это стало возможным благодаря мехатронике.

Такие функции, как подготовка сигнала, аналого-цифровое преобразование, самокалибровка, могут быть заложены в датчик в зависимости от совершенства его конструкции . Это дает следующие преимущества:

– блоку управления не требуется большая вычислительная мощность;

– унификация подачи сигналов с подключением к базе данных для любых датчиков

– непосредственное многократное использование датчика через базу данных;

– чувствительность к самым небольшим погрешностям измерения;

– простота создания линейной характеристики датчика.

В будущем возможно размещение в датчике собственного микрокомпьютера для лучшей обработки сигнала.

Датчик кислорода

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:31:24 GMT

Датчик кислорода(Лямбда-зонд)

С помощью широкополосного лямбда-зонда (λ – зонд) можно в широ-ком диапазоне определять концентрацию кислорода в ОГ, что позволяет делать заключение о составе топливовоздушной смеси в камере сгорания. Коэффициент λ избытка воздуха оценивает этот состав смеси. Широкополосный лямбда-зонд может точно производить измерения не только в «стехиометрической» точке при λ=1, но также в бедной (λ>1) и богатой (λ<1)областях. В области 0,7<λ<∞ (∞=воздух с 21% О₂) этот датчик выдает однозначный, непрерывный электрический сигнал .

Широкополосный лямбда-зонд применяется не только в системах управления работой дизеля при двухпозиционном регулировании λ=1, но и в системах с бедными и богатыми топливовоздушными смесями. Такой датчик подходит для регулирования состава смеси для бензиновых, дизельных и газовых двигателей, а также для работы в системе газового отопления (отсюда и название LSU, что расшифровывается как «универсальный лямбда-зонд»).

Лямбда-зонд устанавливается в выпускном тракте и потому оценивает поток ОГ всех цилиндров.

Широкополосный лямбда-зонд модели LSU4 представляет собой двухэлементный зонд граничного тока с планарной структурой.

Его измерительный элемент состоит из кристалла диоксида циркония (Zr0₂) и представляет собой комбинацию элемента концентрации Нернста (элемент датчика с функцией двухпозиционного лямбда-зонда) и кислородного насосного элемента, который транспортирует ионы кислорода.

Принцип действия

ОГ проникают через маленькое входное газовое отверстие в насосном элементе в собственно измерительное пространство (диффузионную щель) элемента концентрации Нернста. Благодаря этому можно измерить коэффициент избытка воздуха λ в диффузионной щели и сравнить с помощью концентрационного элемента Нернста газ в диффузионной щели с окружающим воздухом из канала опорного воздуха.Весь процесс протекает следующим образом.При подаче насосного напряжения U_Pна платиновые электроды насосного элемента можно закачивать кислород из ОГ сквозь диффузионный барьер внутрь диффузионной щели или откачивать его. Блок управления регулирует напряжение U_P с помощью концентрационного элемента Нернста таким образом, что состав газа в диффузионной щели остается постоянным при λ=1.При бедных ОГ насосный элемент откачивает кислород наружу (положительное направление насосного тока). При богатых ОГ, напротив, кислород

(получаемый каталитическим разложением С02 и Н20 на электроде ОГ) из окружающих ОГ закачивается в диффузионную щель (отрицательное направление насосного тока). При λ=1 кислород не должен перемещаться, а сила насосного тока равна нулю. Сила насосного тока пропорциональна концентрации кислорода в ОГ и, таким образом, является величиной, соответствующей (нелинейно) коэффициенту избытка воздуха λ

Датчик массового расхода воздуха модели

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:30:08 GMT

Термопленочный датчик массового расхода воздуха модели HFM5

Технические характеристики

Для обеспечения оптимального сгорания топливовоздушной смеси,удовлетворяющего действующим стандартам по предельному содержанию вредных составляющих в ОГ, необходимо очень точно контролировать расход воздуха.

Этот контроль способен обеспечить термопленочный датчик массового расхода воздуха, очень точно измеряющий частичную массу воздуха, фактически поступающую через воздушный фильтр или измерительную трубу. Он учитывает также пульсации и обратные течения, вызванные открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов. Изменение температуры подаваемого воздуха не оказывает влияния на точность измерения.

Термопленочный датчик массового расхода воздуха модели HFM5 установлен своим корпусом 5 в измерительную трубу 2, которая,в зависимости от необходимого для двигателя массового расхода воздуха(370...970 кг/ч), может иметь различные диаметры. Измерительная труба устанавливается во впускном тракте за воздушным фильтром. Имеются также сменные датчики, которые устанавливаются в воздушный фильтр.

Главными частями датчика являются измерительный элемент 4, обтекаемый измеряемым потоком 8 части воздуха на впуске, и электронный чип 3

1 - электрические контакты; 2 - измерительная труба или стенка корпуса воздушного фильтра; 3 - электронный чип; 4-измерительный элемент датчика; 5 - корпус датчика; 6 - измерительный канал частичного потока; 7 - отверстие выхода измеряемого частичного потока Ом; 8 - частичный поток воздуха на впуске Ом.

Рисунок 3.30 – Термопленочный датчик массового расхода воздуха модели HFM5.

Измерительный элемент напылен на полупроводниковую подложку, а электронный чип имеет керамическую подложку. В результате получается весьма компактная конструкция. Электронный чип связан через электрические контакты 1 с блоком управления. Измерительный канал 6 частичного потока сформирован таким образом, что воздух протекает без завихрения по измерительному элементу и возвращается через отверстие 7 выхода измеряемого потока в измерительную трубу. Это способствует улучшению характеристик датчика в сильно пульсирующих потоках, и наряду с прямыми потоками распознаются также обратные течения

Принцип действия

Термопленочный датчик массового расхода воздуха является «тепловым датчиком» и работает по следующему принципу.

На измерительном элементе 3 датчика (рисунок 3.30) расположенный в центре резистор подогревает микромеханическую мембрану 5 датчика и поддерживает постоянной ее температуру. Вне этой регулируемой зоны 4 подогрева температура на обеих ее сторонах снижается.

Два термосопротивления, расположенных на мембране симметрично справа и слева от резистора подогрева (точки измерения М₁, и М₂), регистрируют распределение температуры на мембране. Без прохождения потока воздуха профиль температуры 1 на обеих сторонах резистора одинаков (T₁=T₂)

Когда воздух обтекает измерительный элемент датчика, прямолинейность графика температуры на мембране нарушается. На стороне впуска изменение температуры резкое, так как проходящий воздух охлаждает эту область. На противоположной стороне, обращенной к двигателю, измерительный элемент датчика сначала остывает, а затем вновь постепенно нагревается от воздуха, проходящего через зону 4 подогрева мембраны. Изменение распределения температуры ведет к различию температуры (Л Т) между измерительными точками М₁ и М₂.

Отданное в воздух тепло и соответствующее изменение температуры измерительного элемента датчика зависят от расхода воздуха. Разница температуры соответствует (независимо от абсолютной температуры проходящего воздуха) величине расхода воздуха; кроме того, она зависит от направления движения потока, так что измеритель расхода воздуха может регистрировать как величину, так и направление потока воздуха.Благодаря очень тонкой микромеханической мембране датчик реагирует на изменения температуры очень быстро (<15 мс). Это особенно важно для замеров в сильно пульсирующих воздушных потоках.Разница сопротивления в измерительных точках М₁, и М₂ преобразуетcя встроенным в датчик электронным чипом в пригодный для блока управления аналоговый сигнал напряжением 0...5 В. С помощью введенной в блок управления характеристики датчика напряжение пересчитывается в величину массового расхода воздуха, измеряемую в кг/ч.

Характеристика датчика создана таким образом, что встроенная схема диагностики способна даже распознавать некоторые неисправности, например, обрывы проводников. В термопленочный датчик массового расхода воздуха модели HFM5 для дополнительных измерений может быть встроен датчик температуры. Он находится на измерительном элементе датчика перед зоной подогрева. Для определения расхода воздуха он не требуется.

Датчик положения педали газа

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:26:22 GMT

Датчик положения педали газа

Технические характеристики

При обычном управлении движением автомобиля и, соответственно,работой двигателя, водитель влияет на рабочий режим изменением положения педали газа, которая через механический привод воздействует на положение установочного рычага ТНВД дизеля.

В электронных системах управления работой двигателя датчик положения педали газа принимает на себя функцию механической связи. Он регистрирует перемещение педали или изменение угла ее положения и передает соответствующий сигнал в блок управления работой дизеля.

Альтернативой отдельному датчику является также педальный модуль — единое устройство, состоящее из педали газа и датчика ее перемещения. Для таких модулей не требуются работы по юстировке.

Устройство и принцип действия

Потенциометрический датчик педали газа

Существенная составная часть датчика — потенциометр, с которого снимается напряжение, зависящее от положения педали газа. С помощью загруженной в блок управления характеристики датчика это напряжение преобразуется в относительное перемещение или величину угла положения педали.

С целью облегчения диагностики и на случай повреждения основного датчика существует резервный (дублирующий) датчик — составная часть системы контроля. Имеющийся второй потенциометр выдает на всех рабочих режимах половину напряжения первого, чтобы можно было получить два независимых сигнала для выявления возможной неисправности .

Существует конструкция, где вместо второго потенциометра устанавливается выключатель отпущенной педали, который сигнализирует блоку управления о нахождении педали газа в положении холостого хода. На автомобилях с автоматической коробкой передач еще один выключатель может давать электрический сигнал в режиме включения пониженной передачи при резком нажатии на педаль газа (kick-down).

Угловой датчик Холла модели ARSl (Angle of Rotation Sensor) работает по принципу «подвижного магнита» и имеет диапазон измерения около 90°.Магнитные силовые линии, возникающие при вращении ротора 1 , выполненного в форме полукруглого постоянного магнита, возвращаются на ротор через полюсный наконечник 2, два магнитопровода 3 и слабо намагниченную ось 6. При этом, в зависимости от углового положения ротора, магнитный поток большей или меньшей интенсивности движется через оба магнитопровода, в магнитной цепи которых находится датчик 5 Холла. Благодаря этому в диапазоне измерения можно получить абсолютно линейную характеристику.

Модель ARS2 имеет упрощенную конструкцию без магнитопроводов.Здесь магнит движется по дуге около датчика Холла. Так как соответствующий этому синусоидальный ход характеристики дает хорошую линейность только на относительно коротком участке, датчик Холла располагают со смещением относительно центра дуги. Поэтому характеристика по форме отличается от синусоидальной и имеет более длинную линейную часть, соответствующую дуге длиной свыше 180°.

Такой датчик хорошо встраивается в педальный модуль

Фазовые датчики Холла

1ex4 — Wed, 23 Jan 2013 19:25:05 GMT

Фазовые датчики Холла

Применение

Распределительный вал связан с коленчатым валом передачей с отношением 1:2. Его положение показывает, совершает ли двигающийся к ВМТ поршень такт сжатия или выпуска. Фазовый датчик на распределительном валу передает эту информацию блоку управления

I – ток, идущий через пластину; I_H – ток, идущий через датчик Холла; I_V

– ток питания; U_H – напряжение Холла; U_R – продольное напряжение; В –

магнитная индукция; – угол отклонения электронов магнитным полем.

Рисунок 3.18 – Элемент датчика Холла (барьер Холла).

а – положение датчика и односледо-

вого импульсного колеса: 1 – Штекер элек-

трического подсоединения; 2 – Корпус дат-

чика; 3 – Картер двигателя; 4 – Уплотни-

тельное кольцо; 5 – Постоянный магнит; 6

– Интегральная схема Холла; 7 – Импульс-

ный диск с зубьями/сегментом (Z) и про-

пуском (L).

b – график выходного сигнала и_д: –воздушный зазор; – угол поворота; _S –

ширина сигнала; U_A – выходное напряже-

ние.

Рисунок 3.19 – Стержневой датчик Холла (устройство).

Устройство и принцип действия

Стержневые датчики Холла

Стержневые датчики Холла (рисунок 3.19a) используют эффект Холла:

ротор 7 (импульсный диск с зубьями, секторами или отверстиями) из ферромагнитного материала вращается вместе с распределительным валом. Интегральная схема b Холла находится между ротором и постоянным магнитом 5,который создает магнитное поле. При прохождении магнитного поля поперек плоскости элемента Холла, через который проходит электрический ток,на краях элемента возникает ЭДС.

Когда зуб (Z) проходит под элементом датчика Холла, он экранирует магнитное поле. Эффект Холла возникает при прохождении под элементом Холла сегмента (L). Электроны, которые движутся под действием приложенного к элементу продольного напряжения, отклоняются на угол (рисунок3.18).

Из-за этого возникает сигнал (напряжение Холла) в милливольтовом диапазоне, который не зависит от относительной скорости между датчиком и импульсной шайбой. Встроенный в датчик электронный чип генерирует и отправляет сигнал, имеющий на графике прямоугольную форму (рисунок3.19b).

Дифференциальный стержневой датчик Холла

Стержневые датчики, работающие по дифференциальному принципу,имеют пространственно расположенные радиальные или аксиальные элемен-ты Холла S1 и S2 (рисунок 3). Они генерируют выходные сигналы низкого и высокого уровней, поступающие от обоих элементов Холла (рисунок 3.21)Для этого необходимы двухдорожечный обтюратор с отверстиями (рисунок3.20а) или двухдорожечная импульсная шайба (рисунок З.20b). Эти датчики применяют при высоких требованиях к точности. Другими их преимуществами являются сравнительно большой диапазон воздушных зазоров и хорошая температурная компенсация.

а - аксиальное расположение (двухдорожечный обтюратор с отверстиями);b - радиальное расположение (двухдорожечная импульсная шайба);1 - штекер электрического подсоединения; 2 - корпус датчика; 3 - картер двигателя; 4 - уплотнительное кольцо; 5 - постоянный магнит; 6 - дифференциальная схема с элементами Холла S1 и S2; 7 - двухдорожечный обтюратор с отверстиями; 8 - двухдорожечная импульсная шайба; I - дорожка 1 II- дорожка 2.

Рисунок 3.20 - Дифференциальный стержневой датчик Холла.

Полудифференциальный датчик с короткозамкнутым кольцо

Технические характеристики

Полудифференциальный датчик с короткозамкнутым кольцом является позиционным датчиком перемещения или угла. Такое весьма точное и надежное устройство применяют как:

датчик перемещения — для определения величины хода рейки рядных ТНВД;

датчик угла — в механизме регулирования величины подачи распределительных ТНВД

Со сдвигом измерительного кольца изменяется магнитный поток и со-

ответственно напряжение на катушке, так как блок управления поддерживает ток постоянным.

Процессор блока управления определяет отношение выходного напряжения U_A к опорному U_Ref (рисунок 3.20). Это отношение пропорционально смещению измерительного кольца. Подъем этой характеристики определяется деформацией короткозамкнутого опорного кольца, а нулевая точка может быть отрегулирована в исходном положении измерительного кольца.

1 - Измерительная катушка; 2 - измерительное короткозамкнутое кольцо; 3 - сердечник из мягкого железа; 4 - вал-распределитель ТНВД; 5 - опорная катушка; 6 - опорное короткозамкнутое кольцо.

Рисунок 3.22 – Устройство полудифференциального датчика с короткозамкнутыми кольцами для распределительных ТНВД.

Устройство и принцип действия Датчик (рисунок 3.22 и 3.23) имеет пластинчатый сердечник из мягкомагнитного железа. Измерительная и опорная катушки укреплены на стержне этого сердечника.

Когда задаваемый блоком управления электрический ток движется по катушкам, в них возникает переменное магнитное поле. Короткозамкнутые медные кольца, окружающие сердечник из мягкого железа, экранируют это поле. Опорные короткозамкнутые кольца фиксированы, в то время как измерительное кольцо укрепляется на рейке ТНВД или на валу регулятора (соответственно, измеряется ход рейки 5 или угол поворота исполнительного механизма