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新聞主題 |
柴油發(fā)電機的霍爾轉速傳感器檢測方法 |
導讀：霍爾轉速傳感器的主要工作原理是霍爾效應，也就是當轉動(dòng)的金屬部件通過(guò)霍爾傳感器的磁場(chǎng)時(shí)會(huì )引起電勢的變化，通過(guò)對電勢的測量就可以得到柴油發(fā)電機的轉速值。其主要是由齒圈、霍爾元件、永磁體和電子電路組成的。在使用霍爾式轉速傳感器時(shí)，需要進(jìn)行一定的檢測，如果出現信號丟失，則柴油發(fā)電機會(huì )直接停止工作，為避免出現這一故障，康明斯發(fā)電機廠(chǎng)家將在下文主要介紹霍爾式轉速傳感器的工作原理、特點(diǎn)及檢測方法，方便使用者進(jìn)一步了解。
一、霍爾傳感器的原理和優(yōu)點(diǎn)
霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是美國物理學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現的。如圖1所示，當電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導體時(shí)，導體垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì )出現電勢差，這一現象便是霍爾效應。該電勢差稱(chēng)為霍爾電壓。
霍爾效應的本質(zhì)是，帶電粒子在外加磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力平衡，從而在兩側建立起一個(gè)穩定的電勢差（即霍爾電壓）。
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圖1 霍爾傳感器電壓產(chǎn)生原理 |
圖2 康 明斯柴油機的霍爾傳感器 |
當用于電噴柴油機時(shí)，其原理是霍爾轉速傳感器提供給ECU指定活塞的壓縮上止點(diǎn)（TDC）位置信號?；魻栟D速傳感器使用霍爾效應原理，觸發(fā)輪隨凸輪軸一起轉動(dòng)，觸發(fā)輪在霍爾效應的集成電路和永久磁鐵之間，永久磁鐵產(chǎn)生垂直于霍爾元件的磁場(chǎng)。在垂直磁場(chǎng)的方向提供電流，如果其中一個(gè)觸發(fā)輪的齒通過(guò)傳感器元件（半導體晶片），它改變了垂直于霍爾元件的磁場(chǎng)強度，這將使電壓下驅動(dòng)的電子向垂直于電流的方向偏離，從而在與電流、磁場(chǎng)均垂直的方向產(chǎn)生豪伏（mV）級電壓信號。信號電壓的幅值與觸發(fā)輪的轉速有關(guān)。與傳感器霍爾集成電路制成一體的計算電路對信號進(jìn)行處理并以方波信號輸出給ECU。
如圖3、圖4所示，霍爾傳感器共有3根導線(xiàn)與ECU相連，ECU提供的5V電源、信號線(xiàn)和回路線(xiàn)。當信號盤(pán)齒隙通過(guò)傳感器的信號發(fā)生器時(shí)，磁路經(jīng)過(guò)導磁片，磁力線(xiàn)不穿過(guò)霍爾元件，無(wú)霍爾電壓和霍爾傳感器輸出高電位（5V）；當信號盤(pán)輪齒通過(guò)傳感器時(shí)，磁路穿越霍爾元件和信號盤(pán)，有霍爾電壓，傳感器輸出低電位（OV）。
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圖3 齒隙對正轉速傳感器 |
圖4 輪齒對正轉速傳感器 |
2、霍爾轉速傳感器的優(yōu)點(diǎn)
（1）霍爾轉速傳感器的穩定性好，抗外界干擾能力強，如抗錯誤的干擾信號等，因此，不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差。
（2）霍爾轉速傳感器的測量頻率范圍寬，遠遠高于電磁感應式無(wú)源傳感器。
（3）霍爾轉速傳感器在防護措施有效的情況下，可以不受電子、電氣環(huán)境影響。
（4）霍爾轉速傳感器的測量結果精確穩定，輸出信號可靠，可以防油、防潮，并且能在溫度較高的環(huán)境中工作，普通霍爾轉速傳感器的工作溫度可以達到100℃。
（5）霍爾轉速傳感器的安裝簡(jiǎn)單，使用方便，能實(shí)現遠距離傳輸。
二、霍爾式轉速傳感器檢測方法
1、轉速測量精度驗證方法
霍爾式轉速傳感器是一種常用的轉速傳感器，通過(guò)檢測霍爾效應來(lái)實(shí)現對轉速的測量。以下是霍爾式轉速傳感器的檢測方法：
（1）校準
霍爾式轉速傳感器需要經(jīng)過(guò)校準才能準確測量轉速。校準方法一般為將傳感器固定在一個(gè)已知轉速的柴油機上，觀(guān)察傳感器輸出的脈沖數或電壓值是否與柴油機轉速相匹配，如果不匹配則需要進(jìn)行校準。
（2）測量輸出脈沖數
霍爾式轉速傳感器也輸出一個(gè)脈沖數，這個(gè)脈沖數與柴油機轉速成反比?？梢酝ㄟ^(guò)測量輸出脈沖數來(lái)估算柴油機轉速。
（3）使用比較器
可以使用比較器來(lái)比較傳感器輸出脈沖數和柴油機轉速，從而估算柴油機轉速。
（4）測量輸出電壓
霍爾式轉速傳感器通常輸出一個(gè)霍爾電壓，這個(gè)電壓與柴油機轉速成正比?？梢酝ㄟ^(guò)測量輸出電壓來(lái)估算柴油機轉速。
2、傳感器失效檢測步驟
當上述驗證方法證實(shí)傳感器數據不匹配時(shí)，幾乎可以斷定其失效，因此，首先目視檢查傳感器外觀(guān)是否損壞（結構如圖5所示），安裝是否到位，傳感器磁頭及信號盤(pán)是否臟污，必要時(shí)重新安裝或進(jìn)行清理。
（1）檢查電路連接
首先需要檢查霍爾式轉速傳感器的電路連接是否正確，電路如圖6所示。傳感器的電源、信號線(xiàn)、接地等線(xiàn)路需要正確連接，否則會(huì )影響傳感器的工作效果。此外，還需要檢查電路中的電阻、電容等元器件是否正常。
（2）測量輸出信號
霍爾式轉速傳感器的輸出信號可以使用示波器或數字萬(wàn)用表等工具來(lái)進(jìn)行測量。在測量時(shí)，需要讓被檢測的旋轉物體以一定的速度旋轉，并觀(guān)察傳感器的輸出信號是否正常。步驟如下：
① 拆下傳感器插接器，將專(zhuān)用于測試的抽頭電纜跨接于轉速傳感器與傳感器插接器之間，然后盤(pán)轉柴油發(fā)柴油機，使用直流電壓檔檢測信號電壓。如果盤(pán)動(dòng)過(guò)程中萬(wàn)用表的讀數在0～5V間不斷轉換，則說(shuō)明傳感器正常；如果恒為固定值，則說(shuō)明傳感器有故障。也可以拆下傳感器，將一個(gè)金屬工具置于傳感器磁頭處，此時(shí)測得的信號電壓應接近0；如果移開(kāi)工具，則測得的信號電壓應為如果為恒定值，則一定有故障。如果輸出信號不正常，可以考慮更換傳感器或檢查電路連接是否正確。
② 拆下傳感器插接器，將抽頭電纜跨接于轉速傳感器與傳感器插頭之間。然后用示波器檢測信號波形，如果能檢測到矩形方波，則說(shuō)明傳感器及線(xiàn)路正常。
（3）檢查磁鐵
霍爾式轉速傳感器的工作原理是利用磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)檢測旋轉物體的速度。因此，磁鐵的位置、磁場(chǎng)強度等因素都會(huì )影響傳感器的工作效果。在檢測傳感器時(shí)，需要檢查磁鐵的位置是否正確，磁場(chǎng)強度是否足夠。
（4）檢查傳感器安裝
傳感器的安裝位置也會(huì )影響其工作效果。在安裝傳感器時(shí)，需要注意傳感器的位置、安裝角度等因素。如果傳感器安裝不正確，會(huì )導致傳感器輸出信號不準確或完全無(wú)法檢測到旋轉物體的速度。
（5）檢查環(huán)境因素
最后還需要考慮環(huán)境因素對傳感器的影響。例如，溫度、濕度、電磁干擾等因素都會(huì )影響傳感器的工作效果。在使用傳感器時(shí)，需要考慮這些因素，并采取相應的措施，以確保傳感器正常工作。
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圖5 霍爾轉速傳感器結構示意圖 |
圖6 霍爾轉速傳感器電路示意圖 |
總結：
霍爾傳感器的檢測方法包括檢查電路連接、測量輸出信號、檢查磁鐵、檢查傳感器安裝和檢查環(huán)境因素等方面。只有在對傳感器進(jìn)行全面的檢測和調試之后，才能確保其正常工作，并為柴油機產(chǎn)提供可靠的數據支持。需要注意的是，霍爾式轉速傳感器的輸出精度受到霍爾元件本身的影響，同時(shí)也受到機械損耗和電流誤差等因素的影響，因此需要進(jìn)行校準和不斷優(yōu)化，以提高測量精度和穩定性。
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