Понадобилось на работе контролировать обороты двигателя. Решили использовать датчик Холла. На муфту установленную на валу двигателя приклеили пару неодимовых магнитов. Для датчика Холла сделали схему на компараторе, чтобы фиксировать моменты прохождения магнита напротив датчика. Схема приведена на рис.1

Рис. 1 Принципиальная схема тахометра

Описание работы

Датчик Холла AHSS49 на каждый проход магнита, закрепленного на валу двигателя формирует импульс амплитудой около 1 вольта, со смещением относительно земляной шины на +2,5 В.

Полученный сигнал поступает на вход компаратора IC1 LM311, который формирует управляющие импульсы для выходной опто-развязки OC1 PC817, выход которой присоединяется ко входу контроллера, подтянутому через сопротивление 1-2 кОм к питанию контроллера. В промышленных контроллерах, такие резисторы предустановлены и требуется только конфигурирование входных цепей. Порог срабатывания компаратора IC1 настроен на напряжение 2,6 В. Настраивая компаратор на более высокое напряжение можно получить более узкие импульсы на выходе - это связано с тем, что импульсы на выходе датчика Холла имеют форму близкую к треугольной.

Конденсаторы С1, С2 предназначены для снижения импульсных помех и исключения ложных срабатываний компаратора.

Схема была смакетирована на самодельной монтажной плате см. рис.2 Для публикации была подготовлена разводка печатной платы см. Приложения к статье.

Рис.2 Макет схемы усиления сигнала датчика Холла

Установка датчика около муфты вала двигателя см.рис.3 Датчик Холла был установлен таким образом, чтоб при прохождении магнитов установленных на муфте они оказывались на расстоянии пимерно 5 мм напротив датчика Холла. При установке на валу двух магнитов результирующая частота на выходе платы удваивается. При установке 4 магнитов возрастает в 4 раза. Большее число магнитов устанавливается для подсчета частоты вращения низко-оборотных двигателей. Соответственно, при измерении частоты вращения двигателя результат делится на число магнитов установленных на валу двигателя.

Рис.3 Установка датчика на кронштейне вблизи муфты на валу двигателя

Выход тахометра может быть организован несколькими способами в зависимости от решаемых задач

Схема приведенная на рис. 1 при работе с промышленными контроллерами может не дать устойчивого срабатывания на каждый импульс поскольку 2 p-n перехода опто-развязки PC817 при полном открытии будут давать падение напряжения около 1 В. И, в этом случае, дискретные входы пром.контроллера выполненные на КМОП микросхемах будут срабатывать неустойчиво, в этом случае имеет смысл реализовать схему выхода на полевом N-канальном транзисторе. Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе приведен на рис.4 . Для управления полевым транзистором пришлось задействовать дополнительный вход контроллера (клемма Х1). В случае если входов контроллера для этого не хватает, можно использовать дополнительный источник питания + 5В, подключив его к клемме Х1. Рабочий вход (клемма Х2) замыкается полевым транзистором и сформированные импульсы поступают на вход контроллера Х2.

Рис.4 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе с дополнительной гальванической развязкой

Если дополнительная гальваническая развязка выхода не нужна, можно использовать схему рис.5

Рис.5 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе без дополнительной опторазвязки

Рис. 6 Осциллограмма выходного сигнала для варианта схемы см. рис. 4

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
VB1	Датчик Холла	AHSS49	1	В блокнот
IC1	Компаратор	LM311	1	В блокнот
OC1	Оптопара	PC817	1	В блокнот
R1, R3, R5	Резистор	1 кОм	3	В блокнот
R2, R4	Резистор

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра микро- и наноэлектроники

Отчет по лабораторной работе №2

«Датчики скорости вращения»

По дисциплине «Микроэлектронные датчики и сенсорные устройства»

Проверил: Выполнил:

доц. Родионов Ю. А.

Цель работы:

1.Изучение теоретических материалов по теме “Датчики скорости вращения”:

1.1) основные определения датчиков скорости вращения;

1.2) классификация датчиков скорости вращения;

1.3) основные конструктивно-технологические решения исполнения датчиков.

2. Изучение теоретических материалов по теме “Микроэлектронный магниторезистивный датчик скорости вращения”:

2.1) магниторезистивный эффект в датчиках;

2.2) материалы и вопросы технологии;

2.3) интегральная схема формирования сигнала датчика;

2.4) размещение датчика при измерении скорости вращения.

3. Изучение графических материалов по теме “Датчики скорости вращения”:

3.1) температурные зависимости;

3.2) расположение датчика;

3.3) другие зависимости.

1. Датчики скорости вращения

1.1. Основные определения датчиков скорости вращения

Датчики скорости вращения представляют собой, так называемые, частотные датчики. Их принцип действия состоит в преобразовании скорости вращения (углового перемещения) в частоту изменений потока энергии (электрического тока или напряжения). Скорость вращения в технике представляет собой число оборотов в единицу времени и носит название частоты вращения (измеряется в Гц).

Выходной сигнал датчика скорости вращения может быть представлен в виде синусоидального изменения величины (напряжения) или в виде последовательности коротких импульсов. Для использования в цифровых системах контроля последний вид сигнала более предподчителен.

Методы измерения угловых скоростей вращения:

1. абсолютный метод; основан на определении числа оборотов вала и измерении соответствующего промежутка времени;

2. метод сравнения числа оборотов; основан на сравнении при помощи измерительных средств числа оборотов испытываемого вала с известной частотой какого-либо независимого периодического процесса.

Прибор для измерения угловых скоростей в технике называется тахометром . Обычно при помощи тахометров измеряют среднюю скорость вращения, постоянную в заданном промежутке времени.

Тахометры представляют собой современные модули автоматики и могут применяться в системах управления автоматическими линиями, станками и т.д.

Принцип работы тахометров. С помощью кнопок на лицевой панели задается установка количества импульсов датчика на оборот вала, которая высвечивается на индикаторе, и запоминается в энергонезависимой памяти. Ввод установки аналогичен вводу у счетчиков. На вход тахометра поступают импульсы с датчика (индуктивного/оптического или другого выключателя), контролирующего одну или несколько меток на валу. По частоте следования импульсов производится вычисление частоты вращения вала (обороты в минуту) и выдача значения на индикатор.

1.2. Классификация датчиков скорости вращения

По способу воспроизведения показаний : приборы с непосредственным отсчетом и самопишущие.

По принципу конструктивного выполнения : механические и электрические.

Механические тахометры : центробежные, часовые, дифференциальные, вибрационные, фрикционные, гидравлические, пневматические, суммирующие и др.

Современные электрические методы измерения скоростей вращения можно разделить на две основные группы:

1. приборы, измеряющие напряжение датчика, пропорциональное измеряемым скоростям, U=f(n);

2. приборы измеряющие частоту переменного тока датчика, пропорциональную измеряемой угловой скорости вращения, F=f(n).

1.3. Конструктивно-технологические решения исполнения датчиков

1. Индукционные датчики скорости вращения преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции.

Принцип действия основан на использовании закона электромагнитной индукции.

Согласно закону Фарадея, индуцированное напряжение или электродвижущая сила (э.д.с.) в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока, сквозь поверхность ограниченную этим контуром, т.е.

Следовательно, магнитный поток, пересекающий контур, описывается функцией вида:

φ (x) = φ 0 F(x),

где x – переменная углового положения.

Отсюда видно, что относительное перемещение между источником потока и контуром наводит в последнем э.д.с., амплитуда которой пропорциональна скорости перемещения, вследствие чего на выходе датчика формируется сигнал:

e = - φ0(F(x)/dx)·(dx/dt)

В качестве датчиков скорости вращения обычно применяют тахогенераторы, выполненные в виде небольших генераторов постоянного или переменного тока с независимым возбуждением от постоянного магнита.

Устройство тахогенератора постоянного тока . Статор (индуктор), представляющий собой ферромагнитный каркас, несущий 2 (2p в общем случае) полюса, направляющих поле магнитной индукции, образуемое током через катушки или постоянными магнитами. Ротор, представляющий собой многослойный цилиндр из листового железа, вращающийся между полюсами статора, его ось совпадает с осью статора. По его периферии параллельно оси в углублениях располагается n = 2k медных проводников, называемых активными. Активные проводники соединены с пассивными, расположенными вдоль диаметра ротора. Коллектор – это цилиндр с осью, что и у ротора, но имеющей меньший диаметр, несущий изолированные между собой пластинки, каждая из которых связана с активным проводником. Щётки, которые закрепляются на двух диаметрально противоположных клеммах коллектора, располагаются перпендикулярно направлению индукции, служат для снятия максимальной величины э.д.с.

Принцип действия тахогенератора постоянного тока заключается в следующем: 2k проводников соединяются так, чтобы образовать два одинаковых комплекта по k последовательно соединённых проводников. В каждом из них возникает э.д.с., пропорциональная угловой скорости ω. Эта э.д.с. поступает во внешнюю цепь через две щётки, расположенных на коллекторе. Если ротор связан со внешним контуром, то э.д.с. вызывает в нём ток I, проходящий через активные проводники по разные стороны от нейтральной линии. Если проводники составлены попарно и симметрично относительно нейтральной линии, они создают поперечную индукцию, перпендикулярную линии полюсов и пропорциональную I (реакция ротора). Реакция ротора вызывает искривление силовых линий поля и приводит к смещению нейтральной линии в направлении движения. Величина э.д.с. ускоренно убывает с ростом тока I.

Достоинства: знак выходного сигнала изменяется одновременно с изменением направления вращения.

Недостатки: вследствие реакции ротора, выходное напряжение не является линейной функцией скорости вращения.

Тахогенератор переменного тока отличается тем, что в нём отсутствует коллектор и щётки.

Устройство тахометрического асинхронного генератора. Ротор состоит из тонкого немагнитного цилиндра, вращающегося со скоростью ω. Статор состоит из магнитного листового железа и несёт две обмотки: а) возбуждающую обмотку, к которой прикладывается напряжение, б) измерительную обмотку, в которой наводится э.д.с.

Принцип действия. Э.д.с., наводимая в измерительной обмотке, формирует периодический сигнал, амплитуда которого пропорциональна скорости вращения ω.

Достоинства: увеличение срока службы, отсутствие флуктуаций выходного напряжения, малый момент инерции.

Недостатки: более сложная схема включения.

2. Фотоэлектрические датчики скорости вращения регистрируют изменение светового потока, связанное с изменением положения в пространстве каких-либо движущихся частей механизмов и машин.

В качестве датчика скорости вращения применяется фотоэлектрический датчик с прерывателем.

Устройство фотоэлектрического датчика с прерывателем: фотосопротивление, диск с калиброванными отверстиями, который насаживается на вал измеряемого объекта. Фотосопротивление подключается последовательно с сопротивлением к источнику постоянного напряжения.

Принцип действия: Освещенность рабочей поверхности фотосопротивления прерывается диском с отверстиями. Если фотосопротивление не освещено, по нему течет темновой ток I T . В случае освещенности фотосопротивления, по нему течет световой ток I C .

Так как проводимость фотосопротивления при облучении его световым потоком F растет, то его световое сопротивление R C становится меньше темнового сопротивления R Т.

При вращении диска освещенность фотосопротивления модулируется, и в его цепи течет пульсирующий ток. Таким образом, ток, проходящий через фотосопротивление, является функцией светового потока F. Частота пульсаций тока определяется числом отверстий в диске и его скоростью вращения:

где n- скорость вращения диска, об/мин;

S- число отверстий в диске.

Достоинства: универсальность, простота конструкции, широкий рабочий диапазон измеряемой синхронной частоты, малая нагрузка на вал испытываемого объекта, возможность простого промежуточного преобразования частоты обычных серийных датчиков.

3. Емкостные датчики скорости вращения используются для преобразования механических перемещений в изменение емкости.

Устройство: конденсатор переменной емкости C с воздушным диэлектриком, маломощный трансформатор, со вторичной обмотки которого снимается сигнал, напряжение которого пропорционально скорости вращения. Емкостные датчики питаются переменным напряжением (обычно повышенной частоты - до десятков мегагерц). В качестве измерительных схем обычно применяют мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. В последнем случае, как правило, используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура, т.е. датчик имеет частотный выход.

Принцип действия датчиков этого типа основан на изменении зарядного тока конденсатора пропорционально скорости изменения его емкости.

Вращение вала может быть функционально связано с изменением диэлектрической проницаемости , площади обкладок или расстояния между обкладками .

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

где ε 0 - диэлектрическая постоянная; ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S - активная площадь обкладок; h - расстояние между обкладками конденсатора.

Для преобразования механических перемещений в изменение емкости используются зависимости C (S ) и C (h ).

Если емкость конденсатора изменяется пропорционально изменению площади его обкладок S с частотой , то

где m =  /.

Емкостное сопротивление конденсатора X C линейно зависит от расстояния между пластинами конденсатора:

X C = 1/C = /C

Достоинства : простота, высокая чувствительность и малая инерционность.

Недостатки: влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

4. Ультразвуковые датчики скорости вращения применяются для измерения скорости вращения деталей, установленных в труднодоступных местах или для измерения в агрессивных средах.

Устройство. Датчик состоит из генератора ультразвуковых колебаний, излучающей головки, вертушки, вращающейся в трубопроводе, принимающей головки и демодулятора.

Принцип действия основан на различном поглощении или отражении ультразвуковых колебаний разнородными средами. При вращении металлической вертушки за счет различной проводящей способности жидкости и металла несущая частота ультразвуковых колебаний модулируется частотой вращения вертушки. С приемной головки сигнал поступает на измерительную аппаратуру. После демодуляции сигнала получается напряжения с частотой, пропорциональной скорости вращения вертушки.

Достоинства: высокая точность измерения.

Недостатки: шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение.

5. Магниторезистивные датчики скорости вращения преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в изменение сопротивления ферромагнитных материалов.

Устройство. Датчик состоит из измерительной катушки, которая снабжается магнитным сердечником. Катушка помещена перед диском или перед вращающимся ферромагнитным телом.

Принцип действия основан на магниторезистивном эффекте. Этот эффект заключается в том, что некоторые ферромагнитные материалы изменяют свое электрическое сопротивление при воздействии магнитного поля. Степень этого изменения зависит от величины напряженности магнитного поля и угла между вектором напряженности и направлением тока. На магнитный сердечник катушки воздействует поток индукции постоянного магнита. Последовательность скачков магнитных свойств диска или вращающегося тела вызывает периодическое изменение магнитного сопротивления в магнитной цепи катушки, которое наводит в ней э.д.с. с частотой, пропорциональной скорости вращения.

Магнит, установленный на оси вращения, при каждом обороте проходит один раз мимо магниторезистивного датчика, вызывая изменение его сопротивления (см. рис.1).

Рис.1. Схема реализации магниторезистивного датчика вращения.

Изменение сопротивления с помощью схемы, показанной на рис. 2, преобразуется в изменение напряжения U а. Зависимость выходного напряжения сигнала от времени показана на рис. 3.

Рис.2. Схема изменения сопротивления.

Рис.3. Зависимость выходного напряжения сигнала от времени.

Достоинства: простота устройства, надёжность, дешевизна.

Благодаря своим достоинствам микроэлектронные магниторезистивные датчики скорости вращения нашли широкое применение в автомобильной и бытовой технике.

Современные транспортные средства уже давно не измеряют скорость устаревшим механическим методом - через вращающийся тросик. Сейчас используются специальные устройства, работа которых основывается на эффекте Холла. Датчик работает в паре с контроллером, принимающим от него электромагнитные импульсы, и мгновенно вычисляющим текущую скорость передвижения транспортного средства. Процесс вычисления происходит по такой схеме: каждый пройденный километр пути датчик посылает контроллеру строго определенное число электромагнитных импульсов - 6004.

Чем выше текущая скорость авто, тем с большей интенсивностью передаются импульсы на контроллер, что позволяет последнему точно определять с какой скоростью ТС движется в настоящий момент. Кроме определения скорости, этот датчик выполняет еще одну немаловажную функцию. Когда транспортное средство "катится" накатом, и его скорость не превышает, импульсный датчик скорости не блокирует поступление топлива, способствуя его экономии. Принцип работы датчика скорости достаточно прост, но, если возникают неисправности, это неизбежно сказывается на работе двигателя в целом.

Как влияет датчик скорости на работу двигателя

Исправный датчик скорости передает сигнал в контроллер, который в свою очередь отправляет данные о текущей скорости в электронный блок управления двигателем. На основании этих данных осуществляется расчет подачи топлива и, если водитель убирает ногу с педали газа, подача топлива резко уменьшается, что позволяет двигателю расходовать его достаточно рационально. Возникающие неисправности с датчиком приводят к тому, что блок управления не получает необходимой информации.

При этом, ЭБУ устанавливает текущие обороты на значение 1500/мин и деактивирует режим отсечки подачи топлива. Все это приводит к существенному перерасходу топлива, а также к неравномерной работе самого двигателя, который работает с рывками. Для справки - работающий режим отсечки подачи топлива помогает экономить до 2-х литров горючего при движении в городской черте. Кроме этого, датчик скорости влияет на корректное переключение передач автоматической коробкой. Если он неисправен, не будет работать круиз-контроль, а на некоторых моделях авто будут отмечаться и перебои в работе электроусилителя руля.

Совет! Если внезапно начались подергивания стрелки спидометра или тахометра, важно сразу же проверить состояние тросика, поскольку промедление может привести к необходимости замены самого устройства.

Основные причины неисправности ДС автомобиля

К наиболее распространенным проблемам с этим устройством, можно отнести обрыв электрической цепи, поэтому самостоятельную диагностику оптимально начинать с контроля электрических контактов и самих проводов. Они прозваниваются тестером и проверяются визуально. Часто можно наблюдать их облом сразу после пластикового разъема, а также в области выпускного коллектора.

Все контакты необходимо разъединить и проверить. Как правило, влага и соль способствуют быстрому окислению контактов, что приводит к прерыванию электрической цепи. При обнаружении такой ситуации контакты зачищаются и смазываются смазкой. Обязательно следует проверить трос спидометра - при длительной эксплуатации на нем появляются разрывы, препятствующие нормальной работе датчика. Чтобы избежать проблем с тросиком, его необходимо периодически смазывать моторным маслом. Чтобы самостоятельно заподозрить о неисправности датчика скорости, следует обратить внимание на следующие признаки:

отказ или некорректная работа спидометра;
отсутствие стабильности работы двигателя на холостом ходу;
внезапно увеличившийся расход топлива;
двигатель резко теряет мощность.

Часто о проблемах с датчиком может свидетельствовать самостоятельная остановка двигателя, работающего в режиме холостого хода при движении накатом, либо при нажатии педали сцепления для переключения передачи. Как правило, при обнаружении вышеперечисленных проблем требуется замена прибора.

Самостоятельное тестирование

Перед тем как проверить датчик скорости, следует выяснить поступает ли на контакты электрическое напряжение. Следует понимать, что поскольку функционирование датчика основывается на эффекте Холла, контакт, предназначенный для передачи импульсов, проверяется лишь при кручении, а в его отсутствии - напряжение на прибор подаваться не будет. Его нормальные значения при проверке мультиметром могут колебаться в пределах значений от 0,5 до 10 В. Способов самостоятельного тестирования датчика скорости три.

При таком способе диагностики потребуется предварительный демонтаж устройства. При помощи цифрового мультиметра следует отыскать среди контактов тот, через который ведется передача импульсов. Плюсовой щуп мультиметра замыкается на него, а минусовой - на корпус авто. После этого ось самого датчика необходимо начать вращать с малой скоростью - мультиметр покажет небольшое напряжение, которое должно возрастать параллельно с увеличением скорости вращения оси.

Внимание! Демонтаж датчика следует проводить только при выключенном зажигании, в противном случае в момент разъединения контактов устройство может просто перегореть.

При использовании второго и третьего способа имеет смысл проверить и привод устройства. Он отыскивается на ощупь, и при вращении колеса оценивается стабильность вращения привода.

Как самостоятельно заменить датчик скорости

Прежде чем начинать процедуру замены датчика скорости, следует выполнить вышеуказанные мероприятия по его диагностике, и лишь после этого целесообразно осуществлять замену. При этом, следует обратить внимание на качество вновь приобретаемого устройства - лучше использовать европейские или отечественные датчики, но никак не произведенные в Китае. Помимо качества самих материалов, в отечественных приборах все контакты, на которые могут воздействовать неблагоприятные факторы окружающей среды, залиты лаком, что существенно продлевает срок эксплуатации.

Кроме того, из всех вариантов следует предпочесть вариант устройства не с пластиковым хвостовиком, а с металлическим. Пластиковый хвостовик изнашивается гораздо быстрее, особенно, если водитель предпочитает агрессивный стиль вождения и высокую скорость. Для облегчения процесса замены, машину лучше загнать на яму или поднять подъемником. Узнать о том, где находится датчик скорости можно в руководстве по эксплуатации конкретного автомобиля.

После его обнаружения, следует очистить его от загрязнений, предварительно выключив зажигание или отсоединив клеммы с аккумуляторной батареи, и попытаться его открутить. Если с первого раза не получается, прилагать чрезмерные усилия не рекомендуется - лучше обработать соединение WD-40 и немного подождать. После успешного демонтажа, устанавливается новый прибор, соединяются разъемы датчика скорости и подключается питание на АКБ. О том, как выполнить самостоятельную замену рассказано на видео:

Совет! После установки нового датчика скорости следует вручную провести обнуление ошибки в электронном блоке управления двигателя, в противном случае индикатор неисправности будет продолжать гореть, а ЭБУ - считать, что датчик неисправен.

Можно ли продлить срок службы датчика скорости

Поскольку устройство датчика скорости не отличается особой сложностью, а процедура замены сложностью, многие автовладельцы не уделяют этому устройству какого-либо внимания, что в определенной степени способствует быстрому выходу его из строя. В особенности рискуют те водители, кто предпочитает езду на высоких скоростях, а установленный датчик имеет пластиковый хвостовик, который быстро разбивается тросиком.

Частой причиной неисправности может становиться и сам тросик. На него постоянно оказывает негативное воздействие такие факторы, как влага и реагенты, которыми обрабатываются дороги, в результате чего он теряет первоначальную эластичность и начинает расслаиваться. Оплетка тросика также теряет свою эластичность. Чтобы не допустить преждевременного перетирания тросика имеет смысл периодически обрабатывать его машинным маслом, которое закачивается под оплетку через шприц.

Отдельное внимание следует уделять хвостовику датчика скорости в том месте, где происходит соединение самого датчика и троса. Если хвостовик пластиковый -то плотности крепления, поскольку если оно разбалтывается в процессе эксплуатации автомобиля, посадочное место может быть разбито. Такая неприятность приведет к тому, что датчик перестанет работать, а ремонту его хвостовик не подлежит - придется менять все устройство.

Следует знать, что контакты датчика скорости также нуждаются в периодической очистке, поскольку на них постоянно воздействует влага и реагенты, приводя к их окислению. Помимо ухудшения проводимости электрического напряжения, это может приводит и к возникновению короткого замыкания, которое гарантированно выведет чувствительный прибор из строя.

26 . Датчики частоты вращения

Датчики частоты вращения служат для определения числа оборотов вала двигателя за единицу времени и применяются в регулируемых приводных системах.

Датчики частоты вращения используются в тахометрах - приборах, измеряющих частоту вращения или угловую скорость вращающихся деталей. Тахометры бывают магнитные, вибрационные, часовые интегрирующие, стробоскопические, электронные интегрирующие, магнитно-индукционные, магнитно-электрические, частотно-импульсные, ферродинамические и другие.

В промышленности в настоящее время широкое распространение получили магнитно-индукционные датчики частоты вращения (тахогенераторы), генерирующие электрические импульсы напряжения приблизительно синусоидальный формы. Частота этого сигнала пропорциональна частоте вращения вала двигателя, где установлен индуктор.

Конструкция и принцип действия бесконтактного магнитно-индукционного датчика частоты вращения

Пример конструкции датчика . Магнитно-индукционный датчик состоит из катушки индуктивности, внутри которой находится сердечник из мягкой стали, соединенный с постоянным магнитом. Стальной сердечник расположен через небольшой воздушный зазор прямо над кромкой ферромагнитного зубчатого кольца (зубчатки), находящегося в магнитном поле постоянного магнита. Если прямо напротив датчика попадает зуб кольца, то он концентрирует магнитное поле и усиливает поток магнитной индукции в катушке, а если напротив датчика становится выемка зубчатки, то магнитный поток ослабевает. Такие два состояния датчика постоянно чередуются при вращении импульсной зубчатки вместе с валом, частота вращения которого, собственно говоря, и является измеряемой характеристикой. В катушке наводятся импульсы напряжения переменного тока, частота которых свидетельствует о частоте вращения вала.

Назначение . Бесконтактные индуктивные датчики частоты вращения широко применяются для контроля и регистрации частоты вращения различных двигателей, в т.ч. на транспортных средствах.

Тахогенераторы

Типичный тахогенератор представляет собой электрическую машину малой мощности, которая преобразует механическое вращение в электрический сигнал. Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором. Подобно двигателю, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока (обмотка возбуждения), а другая - генераторная обмотка - служит для снятия выходного напряжения. Обмотки асинхронного генератора расположены под углом 90º друг к другу. Мощность выходного сигнала тахогенератора может достигать нескольких ватт. Помимо асинхронных, выпускаются синхронные тахогенераторы и тахогенераторы постоянного тока.

Пример тахогенератора

Тахогенератор GT 3 пр-ва компании Huebner, Германия

Основные технические характеристики

Выходное напряжение: 5 мВ/об/мин

Температурный коэффициент: -0,035 %/ºС

неравномерность характеристики: не более 1,2 %

Постоянная времени: 2 мкс

Мощность: 0,025 Вт

Диапазон рабочих температур: от -30 ºС до +130 ºС

Диаметр полого вала: 6 мм

Наибольшая частота вращения: 10000 об/мин

Момент инерции: 9 гсм2

Масса ротора: прибл. 20 г

Диаметр корпуса: 34 мм

Класс защиты: IP00; IP54

Тахогенератор постоянного тока - это машина постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением постоянными магнитами, работающая в генераторном режиме. По конструкции он почти не отличается от машин постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутизна выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характеристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) минимум пульсаций напряжения на коллекторе.

На. рис. 9.5 показаны принципиальные схемы тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением постоянными магнитами (б).

(1)

где rа - сопротивление обмотки якоря, Ом; Rн - внутреннее сопротивление прибора, подключенного к тахогенератору, Ом.

Из (1) следует, что чем больше сопротивление прибора Rн тем больше крутизна выходной характеристики Сu. Наибольшая крутизна у выходной характеристики, соответствующей режиму холостого хода тахогенератора, когда обмотка якоря разомкнута" (RH = ∞).

С ростом тока нагрузки (уменьшением RH) крутизна выходной характеристики уменьшается (рис. 9.6, а). У современных тахогенераторов постоянного тока Сu = (6÷260).10¯³В/(об/мин), что превышает крутизну асинхронных тахогенераторов.

Выходная характеристика тахогенератора постоянного тока - прямая линия. Однако опыт показывает, что выходная характеристика прямолинейна только в начальной части (при малых относительных частотах вращения), а с ростом частоты вращения она становится криволинейной (рис. 9.6, а). Криволинейность характеристики усиливается при уменьшении сопротивления нагрузки RH и увеличении частоты вращения n. Это объясняется размагничивающим действием реакции якоря в тахогенераторе. Для уменьшения криволинейности выходной характеристики не следует использовать тахогенератор на его предельных частотах вращения и применять в качестве нагрузки приборы с малым внутренним сопротивлением.

Когда у автолюбителей возникают те или иные проблемы с двигателем, они начинают интересоваться, какой датчик отвечает за обороты двигателя, поскольку первое подозрение зачастую падает на данные устройства.

Однако это не всегда так, ведь обороты могут «плавать» по различным причинам. Лучше всего для начала убедиться в том, что какие-либо другие поломки отсутствуют, а измерители проверять после. Так или иначе, если вы хотите обнаружить нужный датчик, вам необходимо знать, как он выглядит, и где его искать.

Основные понятия

Чтобы синхронизировать работу систем зажигания, а также впрыска, предусматривается датчик оборотов, или, как его называют, измеритель частоты вращения. Именно он передаёт в электроблок, управляющий мотором, необходимые данные о том, какие вращения поддерживает коленчатый вал в данный момент.

Этот измеритель силового агрегата – важнейший элемент автомобиля, без которого не обходится взаимодействие многих систем, ведь он помогает обеспечивать корректное функционирование всей машины в целом.

Электронный управляющий блок авто обрабатывает особые сигналы, которые посылает этот измеритель, чтобы выяснить:

количество впрыскиваемого топлива в данный момент;
момент впрыска;
время, требуемое для активации клапана адсорбера;
момент зажигания (у бензиновых моторов);
угол поворачивания распределительного вала во время работы системы по изменению фаз механизма газораспределения.

Чтобы определить работоспособность измерителя, необходимо узнать его местонахождение.

Место расположения

Датчик частоты вращения, или индукционный измеритель, обычно располагается над маркерным диском автомобиля.

Диск, в свою очередь, может находиться:

на маховике;
на коленвале внутри блока цилиндров – такое бывает у марок Ford, Opel и т.д.;
спереди моторного отсека на коленвале, вместе со шкивом привода допагрегатов (Jaguar, BMW, ВАЗ и т.д.).

Лучше всего, когда маркерные зубцы маховика предназначаются лишь для измерения оборотов мотора. Чуть хуже, если маркерными являются стартерные зубцы: эта особенность присутствует у автомашин марок Audi и Volvo.

Небольшая кривизна зубца маховика или маленький скол, присутствующий на нём, часто могут стать причиной в нарушении работы системы зажигания, из-за чего силовой агрегат не может функционировать на повышенных частотах вращения. В этом случае зачастую происходит хаотичное искрообразование, так как блок управления неправильно определяет количество зубцов.

Важные особенности

Следует обратить внимание, что на некоторых автомобилях датчик частоты вращения заменяет измеритель Холла: данное приспособление может передавать в главный блок управления не только сигнал о фазах механизма газораспределения, но и обороты двигателя. Если у вас именно такая ситуация, то найти прибор можно вблизи распределительного вала.

В случае, когда измеритель частоты вращения коленчатого вала выйдет из строя, вы не сможете завести свой автомобиль: после доскональной проверки системы зажигания и подачи топлива, в ходе которой не будет обнаружено существенных отклонений, рекомендуется обязательно проверить работоспособность датчика оборотов.

Заключение

«Плавающие» вращения двигателя не так редки: это состояние может возникнуть вследствие нескольких причин, поэтому необходимо тщательно проверить все варианты.