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柴油發(fā)電機(jī)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)方法 |
導(dǎo)讀：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)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(shì)的變化，通過(guò)對(duì)電勢(shì)的測(cè)量就可以得到柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速傳感器時(shí)，需要進(jìn)行一定的檢測(cè)，如果出現(xiàn)信號(hào)丟失，則柴油發(fā)電機(jī)會(huì)直接停止工作，為避免出現(xiàn)這一故障，康明斯發(fā)電機(jī)廠家將在下文主要介紹霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理、特點(diǎn)及檢測(cè)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(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的。如圖1所示，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)差稱為霍爾電壓。
霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是，帶電粒子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)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(cè)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(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)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(jī)的霍爾傳感器 |
當(dāng)用于電噴柴油機(jī)時(shí)，其原理是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器提供給ECU指定活塞的壓縮上止點(diǎn)（TDC）位置信號(hào)?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器使用霍爾效應(yīng)原理，觸發(fā)輪隨凸輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，觸發(fā)輪在霍爾效應(yīng)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(dǎo)體晶片），它改變了垂直于霍爾元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度，這將使電壓下驅(qū)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(jí)電壓信號(hào)。信號(hào)電壓的幅值與觸發(fā)輪的轉(zhuǎn)速有關(guān)。與傳感器霍爾集成電路制成一體的計(jì)算電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并以方波信號(hào)輸出給ECU。
如圖3、圖4所示，霍爾傳感器共有3根導(dǎo)線與ECU相連，ECU提供的5V電源、信號(hào)線和回路線。當(dāng)信號(hào)盤齒隙通過(guò)傳感器的信號(hào)發(fā)生器時(shí)，磁路經(jīng)過(guò)導(dǎo)磁片，磁力線不穿過(guò)霍爾元件，無(wú)霍爾電壓和霍爾傳感器輸出高電位（5V）；當(dāng)信號(hào)盤輪齒通過(guò)傳感器時(shí)，磁路穿越霍爾元件和信號(hào)盤，有霍爾電壓，傳感器輸出低電位（OV）。
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圖3 齒隙對(duì)正轉(zhuǎn)速傳感器 |
圖4 輪齒對(duì)正轉(zhuǎn)速傳感器 |
2、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的優(yōu)點(diǎn)
（1）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的穩(wěn)定性好，抗外界干擾能力強(qiáng)，如抗錯(cuò)誤的干擾信號(hào)等，因此，不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差。
（2）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量頻率范圍寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁感應(yīng)式無(wú)源傳感器。
（3）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在防護(hù)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(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量結(jié)果精確穩(wěn)定，輸出信號(hào)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(zhuǎn)速傳感器的工作溫度可以達(dá)到100℃。
（5）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的安裝簡(jiǎn)單，使用方便，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
二、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)方法
1、轉(zhuǎn)速測(cè)量精度驗(yàn)證方法
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是一種常用的轉(zhuǎn)速傳感器，通過(guò)檢測(cè)霍爾效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。以下是霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的檢測(cè)方法：
（1）校準(zhǔn)
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)才能準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)速。校準(zhǔn)方法一般為將傳感器固定在一個(gè)已知轉(zhuǎn)速的柴油機(jī)上，觀察傳感器輸出的脈沖數(shù)或電壓值是否與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配，如果不匹配則需要進(jìn)行校準(zhǔn)。
（2）測(cè)量輸出脈沖數(shù)
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器也輸出一個(gè)脈沖數(shù)，這個(gè)脈沖數(shù)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成反比。可以通過(guò)測(cè)量輸出脈沖數(shù)來(lái)估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，從而估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。
（4）測(cè)量輸出電壓
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器通常輸出一個(gè)霍爾電壓，這個(gè)電壓與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成正比?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量輸出電壓來(lái)估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。
2、傳感器失效檢測(cè)步驟
當(dāng)上述驗(yàn)證方法證實(shí)傳感器數(shù)據(jù)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是否損壞（結(jié)構(gòu)如圖5所示），安裝是否到位，傳感器磁頭及信號(hào)盤是否臟污，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(zhuǎn)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(hào)線、接地等線路需要正確連接，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(cè)量輸出信號(hào)
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)可以使用示波器或數(shù)字萬(wàn)用表等工具來(lái)進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，需要讓被檢測(cè)的旋轉(zhuǎn)物體以一定的速度旋轉(zhuǎn)，并觀察傳感器的輸出信號(hào)是否正常。步驟如下：
① 拆下傳感器插接器，將專用于測(cè)試的抽頭電纜跨接于轉(zhuǎn)速傳感器與傳感器插接器之間，然后盤轉(zhuǎn)柴油發(fā)柴油機(jī)，使用直流電壓檔檢測(cè)信號(hào)電壓。如果盤動(dòng)過(guò)程中萬(wàn)用表的讀數(shù)在0～5V間不斷轉(zhuǎn)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(cè)得的信號(hào)電壓應(yīng)接近0；如果移開(kāi)工具，則測(cè)得的信號(hào)電壓應(yīng)為如果為恒定值，則一定有故障。如果輸出信號(hào)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(zhuǎn)速傳感器與傳感器插頭之間。然后用示波器檢測(cè)信號(hào)波形，如果能檢測(cè)到矩形方波，則說(shuō)明傳感器及線路正常。
（3）檢查磁鐵
霍爾式轉(zhuǎn)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(cè)旋轉(zhuǎn)物體的速度。因此，磁鐵的位置、磁場(chǎng)強(qiáng)度等因素都會(huì)影響傳感器的工作效果。在檢測(cè)傳感器時(shí)，需要檢查磁鐵的位置是否正確，磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)致傳感器輸出信號(hào)不準(zhǔn)確或完全無(wú)法檢測(cè)到旋轉(zhuǎn)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(duì)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(yīng)的措施，以確保傳感器正常工作。
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圖5 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 |
圖6 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器電路示意圖 |
總結(jié)：
霍爾傳感器的檢測(cè)方法包括檢查電路連接、測(cè)量輸出信號(hào)、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(duì)傳感器進(jìn)行全面的檢測(cè)和調(diào)試之后，才能確保其正常工作，并為柴油機(jī)產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。需要注意的是，霍爾式轉(zhuǎn)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(jī)械損耗和電流誤差等因素的影響，因此需要進(jìn)行校準(zhǔn)和不斷優(yōu)化，以提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
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