Бесконтактные датчики положения
Известно несколько типов бесконтактных датчиков: магнитоэлектрические, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэлектронные, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические.
Магнитоэлектрический датчик преобразует изменение угла поворота Да коленчатого вала в изменение магнитного потока АФ, которое в свою очередь преобразуется в напряжение U.
Наиболее распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим потоком (т.е. потоком, изменяющимся по своему значению, но постоянным по направлению). Схема датчика представлена на рис.3.14.
При вращении зубчатого ротора 4 изменяется магнитное сопротивление магнитной цепи, а следовательно, изменяется значение магнитного потока Ф (рис. 3.15). В обмотке индуцируется напряжение:
где k - коэффициент, зависящий от характеристик магнитной цепи; W - число витков обмотки; п - частота вращения зубчатого ротора; - изменение потока Ф при изменении угла поворота на dα.
Рис. 3.14. Схема магнитоэлектрического датчика с пульсирующим магнитным потоком
Рис. 3.15. Зависимости магнитного потока Ф и напряжения обмотки UB от угла поворота а распределителя потока
Из приведенной формулы видно, что выходное напряжение датчика зависит от частоты вращения. Одно и то же ненулевое напряжение при разных частотах вращения будет соответствовать разным углам поворота коленчатого вала (рис. 3.16). Частота вращения практически не влияет на выходное напряжение при его нулевом значении (точка 0 на рис. 3.16). Поэтому для получения момента зажигания выбирают допустимо низкое значение выходного напряжения между точками а и Ь. При этом должна обеспечиваться нечувствительность системы зажигания к помехам и надежное срабатывание системы в период пуска двигателя. Распределитель потока, или зубчатый ротор, устанавливается на распределительный валик распределителя зажигания. Число зубцов зависит от числа цилиндров двигателя.
Рассмотренный магнитоэлектрический датчик чувствителен к изменению зазора, происходящему из-за конструктивных допусков, вибраций. Это приводит к неправильному искрообразованию. На практике применяется симметричная магнитная система, где число ветвей магнитной цепи увеличено (рис.3.17). В такой системе уменьшение одного зазора из-за вибрации сопровождается увеличением другого зазора. Поэтому магнитный поток, а следовательно, и момент зажигания будут зависеть только от углового положения распределителя потока.
Рис. 3:16. Зависимости напряжения обмотки Uвых от угла поворота а распределителя потока при различной частоте его вращения п
Рис. 3.17. Схема магнитоэлектрического датчика с симметричной магнитной системой: 1 - магнитная цепь (статор с постоянным магнитом); 2 — обмотка; 3 - распределитель потока
Другой тип магнитоэлектрических датчиков - датчики с переменным (по направлению) потоком, или датчики с вращающимся магнитным потоком (рис. 3.18, а). В этих датчиках зубчатый ротор представляет собой постоянный магнит, зубцами которого являются чередующиеся северные и южные магнитные полюсы. Число пар полюсов равно числу цилиндров двигателя. Такие датчики называются датчиками с вращающимися магнитами. Выходное напряжение датчика (рис. 3.18, б) находится в сильной зависимости от частоты вращения магнита. В зоне низких частот вращения необходима корректировка момента зажигания.
Рис. 3.18. Магнитоэлектрический датчик с переменным потоком:
а - схема датчика: 1 — статор; 2 — обмотка; 3 - магнит;
б ~ зависимости магнитного потока и выходного напряжения
от угла поворота магнитного ротора
Датчик на эффекте Холла. Эффект Холла наблюдается в тонкой полупроводниковой пластине с четырьмя электродами (рис.3.19).
Рис. 3.19. Элемент Холла
Если через такую пластину проходит ток I и на нее одновременно действует магнитное поле с вектором магнитной индукции, перпендикулярным плоскости пластины, то на параллельных направлению тока гранях возникает ЭДС Холла:
где kx - постоянная Холла, зависящая от материала пластины; d - толщина пластины.
Так как ЭДС Холла очень мала, зависит от значения тока и температуры, то в датчик Холла, кроме элемента Холла, добавляется преобразовательная схема. В нее входят усилитель, пороговый элемент, выходной каскад (транзистор), стабилизатор напряжения. Для устранения влияния радиоэлектрических помех элемент Холла и преобразовательная схема выполняются в виде единой интегральной схемы, называемой магнитоуправляемой интегральной схемой. Эту схему конструктивно жестко соединяют с магнитной системой (магнитом). В результате получается микропереключатель на эффекте Холла (рис. 3.20). Данный переключатель устанавливается в традиционный распределитель.
Рис. 3.20. Схема микропереключателя на эффекте Холла: 1 - магнит; 2 - ротор; 3 — валик распределителя; 4 - экран;5 — корпус микропереключателя; 6 — магнитоуправляемая интегральная схема
Ротор 2 переключателя изготовлен из магнитопроводящего материала. Он имеет экраны, число которых равно числу цилиндров. При прохождении экранов через зазор между магнитоуправляемой интегральной схемой 6 и магнитом 1 происходит периодическое ослабление/усиление магнитного потока. На выходе датчика формируется напряжение прямоугольной формы, задающее момент зажигания.
Дата добавления: 2016-10-18; просмотров: 1789;