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新聞主題 |
柴油發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，也就是當轉動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到柴油發電機的轉速值。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，需要進行一定的檢測，如果出現信號丟失，則柴油發電機會直接停止工作，為避免出現這一故障，康明斯發電機廠家將在下文主要介紹霍爾式轉速傳感器的工作原理、特點及檢測方法，方便使用者進一步了解。
一、霍爾傳感器的原理和優點
霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是美國物理學家霍爾于1879年發現的。如圖1所示，當電流垂直于外磁場通過導體時，導體垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象便是霍爾效應。該電勢差稱為霍爾電壓。
霍爾效應的本質是，帶電粒子在外加磁場中運動時，受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移，并在材料兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力平衡，從而在兩側建立起一個穩定的電勢差（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，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（TDC）位置信號。霍爾轉速傳感器使用霍爾效應原理，觸發輪隨凸輪軸一起轉動，觸發輪在霍爾效應的集成電路和永久磁鐵之間，永久磁鐵產生垂直于霍爾元件的磁場。在垂直磁場的方向提供電流，如果其中一個觸發輪的齒通過傳感器元件（半導體晶片），它改變了垂直于霍爾元件的磁場強度，這將使電壓下驅動的電子向垂直于電流的方向偏離，從而在與電流、磁場均垂直的方向產生豪伏（mV）級電壓信號。信號電壓的幅值與觸發輪的轉速有關。與傳感器霍爾集成電路制成一體的計算電路對信號進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根導線與ECU相連，ECU提供的5V電源、信號線和回路線。當信號盤齒隙通過傳感器的信號發生器時，磁路經過導磁片，磁力線不穿過霍爾元件，無霍爾電壓和霍爾傳感器輸出高電位（5V）；當信號盤輪齒通過傳感器時，磁路穿越霍爾元件和信號盤，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點
（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，不易因環境的因素而產生誤差。
（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單，使用方便，能實現遠距離傳輸。
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，通過檢測霍爾效應來實現對轉速的測量。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過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已知轉速的柴油機上，觀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行校準。
（2）測量輸出脈沖數
霍爾式轉速傳感器也輸出一個脈沖數，這個脈沖數與柴油機轉速成反比。可以通過測量輸出脈沖數來估算柴油機轉速。
（3）使用比較器
可以使用比較器來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霍爾電壓，這個電壓與柴油機轉速成正比。可以通過測量輸出電壓來估算柴油機轉速。
2、傳感器失效檢測步驟
當上述驗證方法證實傳感器數據不匹配時，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（結構如圖5所示），安裝是否到位，傳感器磁頭及信號盤是否臟污，必要時重新安裝或進行清理。
（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、接地等線路需要正確連接，否則會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用表等工具來進行測量。在測量時，需要讓被檢測的旋轉物體以一定的速度旋轉，并觀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，然后盤轉柴油發柴油機，使用直流電壓檔檢測信號電壓。如果盤動過程中萬用表的讀數在0～5V間不斷轉換，則說明傳感器正常；如果恒為固定值，則說明傳感器有故障。也可以拆下傳感器，將一個金屬工具置于傳感器磁頭處，此時測得的信號電壓應接近0；如果移開工具，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，則說明傳感器及線路正常。
（3）檢查磁鐵
霍爾式轉速傳感器的工作原理是利用磁鐵產生的磁場來檢測旋轉物體的速度。因此，磁鐵的位置、磁場強度等因素都會影響傳感器的工作效果。在檢測傳感器時，需要檢查磁鐵的位置是否正確，磁場強度是否足夠。
（4）檢查傳感器安裝
傳感器的安裝位置也會影響其工作效果。在安裝傳感器時，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，會導致傳感器輸出信號不準確或完全無法檢測到旋轉物體的速度。
（5）檢查環境因素
最后還需要考慮環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影響傳感器的工作效果。在使用傳感器時，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境因素等方面。只有在對傳感器進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，同時也受到機械損耗和電流誤差等因素的影響，因此需要進行校準和不斷優化，以提高測量精度和穩定性。
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