Электромагнитный датчик скорости

Датчики скорости

Датчики скорости широко применяются в разных отраслях промышленности, сегодня существует много моделей, действующих по разному принципу и способных работать в различных условиях.

Скорость движения может быть либо угловой, либо линейной. Она показывает, насколько быстро объект движется по прямой линии или насколько быстро он вращается. Измерение скорости зависит от размеров объекта и может выражаться, например, в мм/с или миль/час. В настоящее время разработана глобальная система навигации (GPS), позволяющая определять скорость и положение крупных объектов, таких как наземные и морские транспортные средства, при помощи радиосигналов от большого количества спутников, вращающихся вокруг Земли. Определение скорости и положения таких объектов вычисляется по временным задержкам между сигналами, полученными от разных спутников. Для меньших объектов и меньших расстояний спутниковые системы не подходят. Здесь, как правило, применяется метод сравнения с эталонными величинами. Принцип действия таких детекторов часто основан на измерении перемещений объекта относительно некоторого эталонного объекта, который часто входит в состав самого детектора. Поэтому чувствительный элемент, реагирующий на перемещение объекта, является одним из компонентов многих датчиков скорости и ускорения. Иногда таких элементов в составе датчиков скорости и акселерометров нет, поскольку они сами преобразуют свое движение в электрические сигналы.

Например, в соответствии с законом Фарадея, магнит, двигающийся в катушке индуктивности, приводит к возникновению в ней напряжения. Это напряжение пропорционально скорости движения магнита и силе. Линейные датчики скорости построены на этом принципе магнитной индукции. В их состав входит постоянный магнит и катушка индуктивности определенной формы. Выходное напряжение на катушке прямо пропорционально относительной скорости магнита в пределах рабочей зоны.

В датчиках скорости оба конца магнита находятся внутри катушки. При такой конструкции на выходе катушки будет всегда нулевое напряжение, поскольку напряжения, индуцируемые разными концами магнита, будут взаимно уничтожать друг друга. Чтобы этого не происходило, катушка делится на две части. Северный полюс магнита индуцирует ток в одной половине катушки, а южный — в другой (рис. 2). Обе катушки подключены последовательно друг с другом, но в противоположных направлениях. Выходной сигнал такого устройства пропорционален скорости движения магнита. Максимальное значение измеряемой скорости определяется в основном входными цепями интерфейсной электронной схемы, а минимальное — уровнем шума, особенно от расположенных рядом мощных устройств переменного тока. В таблице 1 приведены типовые характеристики электромагнитного датчика скорости. Сенсоры скорости являются пассивными, и в них движущимся элементом является сам постоянный магнит.

Рис. 2. Принцип действия электромагнитного датчика скорости.

Таблица 1 – Характеристики электромагнитного датчика скорости

Также используют ультразвуковой датчик скорости, излучающий ультразвуковой сигнал, который при отражении от частиц, движущихся с разной скоростью, дает широкополосный отраженный сигнал, который принимается датчиком. Анализ спектра этого сигнала позволяет рассчитать осредненную скорость потока с учетом неравномерного распределения скоростей по поперечному профилю сечения.

Датчик скорости автомобиля (ДСА) сконструирован по принципу эффекта Холла и предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, пропорциональных скорости движения автомобиля, или преобразования количества оборотов приводного вала в количество электрических импульсов, пропорциональных пройденному пути автомобиля, а также для систем управления впрыском топлива.

Бесконтактные магнитные датчики VSP-DD-3000M применяются как датчики скорости. Устройства реагируют на движущиеся тела из токопроводящих материалов. Применение этих датчиков особенно удобно для контроля транспортных механизмов (типа норий, транспортеров и т.п.), которые перемещают продукт диэлектрической природы. В этом случае можно исключить влияние продукта на срабатывание датчика. Достаточно большая рабочая зона датчика позволяет не изготавливать специальные крыльчатки и другие дополнительные приспособления для контроля скорости движущихся механизмов, а использовать уже имеющиеся в конструкциях механизмов движущиеся металлические детали (спицы колес, болты крепления на колесах, лентах и т.п.). Эти элементы конструкции, периодически проходя через зону чувствительности датчика, вызывают его срабатывание, что позволяет контролировать скорость этих механизмов при помощи устройств с функцией контроля скорости.

Автомобиль без датчиков далеко не уедет. Датчик скорости — не исключение. Он нужен не только для работы спидометра, но и управления подачей топливной смеси и работы систем активной безопасности. Если двигатель глохнет или плохо запускается, а при переключении передач и на холостом ходу «проваливаются» обороты, не торопитесь искать причину в основных узлах. Начните с датчика скорости.

На фото два одинаковых датчика скорости

Зачем нужен

Датчик скорости автомобиля (ДСА) нужен для измерения скорости. Такой ответ даст 80 % автолюбителей. Оставшиеся 20 %, которые дадут более развернутый ответ, скорее всего, уже сталкивались с неисправностью этого устройства и понимают, что неработающий спидометр — верхушка айсберга.

В системе управления мотором, во главе которой стоит электронный блок управления (ЭБУ), активно используется обратная связь. Другими словами, ЭБУ постоянно собирает данные с датчиков и оценивает работу мотора. Если параметры отклоняются от нормы, электронный мозг вмешивается в работу железного организма.

Принцип работы электронного спидометра

ЭБУ нужно знать скорость, чтобы управлять подачей топлива. В этой цепи работает не только ДСА, но и датчик абсолютного давления и датчик температуры поступающего воздуха. Компьютер получает значения и обращается к топливной карте. Это такая шпаргалка для блока управления. Из топливной карты он узнает длительность импульса, который надо выдать на форсунку. Происходит изменение состава топливной смеси. Отсюда и проблемы — плавающие обороты, повышенный расход топлива, ухудшение динамики автомобиля. Причем изменения в работе могут проявляться только при повышенной нагрузке, а в нормальных режимах ДВС будет тянуть, как обычно.

Контактный датчик скорости на Kia Rio первого поколения

На некоторых авто ЭБУ будет ограничивать обороты, глушить двигатель или чекать с кодом Р0500 — «Нет сигнала датчика скорости автомобиля» или Р0503 — «Датчик скорости – перемежающийся сигнал». На автомобилях с автоматической коробкой может быть по два датчика. Они стоят на первичном и вторичном валу коробки. По разнице скоростей вращения валов электроника принимает решение о переключении передач. Когда «мозги» не получают эти значения, переключение происходит с рывками, возникают провалы после включения повышенной передачи.

Бесконтактный датчик скорости Лада Гранта

Показания с ДСА используются не только для управления подачей топлива и работой АКПП. В разных автомобилях этот датчик участвует в работе нескольких систем:

Где находится и как устроен датчик скорости автомобиля

ДСА может стоять:

Датчик скорости ВАЗ 2115 на коробке передач

В некоторых автомобилях скорость рассчитывается с помощью одного из датчиков ABS. Они стоят на ступице колеса или наружном шрусе.

Датчик ABS, которые рассчитывает скорость

Большинство электронных датчиков скорости работает на эффекте Холла. Его суть в следующем — при появлении проводника, в магнитном поле возникает напряжение. Если датчик контактный, то выходной вал КПП приводит в движение зубчатый диск внутри корпуса. Почти вплотную к диску — с минимальным зазором, установлен чувствительный элемент. Когда зубья диска попадают в магнитное поле чувствительного элемента, возникает электрический импульс. Компьютер знает, какому количеству импульсов соответствует 1 км пути. Это значение зависит от места установки датчика. Чем дальше от КПП, тем меньше частота вращения, а значит, меньше импульсов приходится на километр.

Если говорить о бесконтактном датчике, то сигнал формируется благодаря ротору на валу КПП, редуктора или раздаточной коробки. А сам датчик не содержит вращающихся деталей.

Это тот же датчик положения коленвала. Только установлен в другом месте, а его импульсы преобразуются в другую величину — скорость. В датчике на магниторезистивном эффекте импульс появляется благодаря изменению сопротивления. Это происходит, когда вращающийся магнит попадает в поле чувствительного элемента. Оптоэлектронные датчики состоят из фотодиода и фототранзистора. Между ними вращается диск с прорезями, который прерывает световой поток. По этой последовательности импульсов рассчитывается скорость.

Неисправности

Контактный датчик имеет подвижные элементы. Вал, через который вращение поступает с КПП на датчик, выполнен из пластика. Часто его зубья стираются, и датчик приходит в негодность. ДСА, установленные в АКПП находятся в масле. В случае перегрева рабочей жидкости они страдают вместе коробкой.

Изношенный вал на датчике скорости

Как и любое электронное устройство, ДСА имеет контакты и проводку. Контакты находятся в фишке, которая иногда слетает с разъема. Незакрепленная проводка может оплавиться от касания с раскаленным выпускным коллектором или нагретой КПП.

Неисправный датчик скорости на Ладе Калине

Датчики, которые содержат магнит в чувствительном элементе, собирают на себя стружку. В результате возникает погрешность или полный отказ датчика.

Разъем датчика скорости

Заключение

Чаще всего, ремонт сводится к замене датчика. Большинство автолюбителей знает, что в вопросе электроники лучше отдать предпочтение оригиналу и не мудрить с аналогами — слишком чувствительны современные ЭБУ к искажению параметров. Однако есть один случай, когда можно провести несложный ремонт ДСА. Контактные датчики, как правило, разборные. В этом и плюс и минус конструкции. Иногда в корпус датчика попадает пыль вперемешку с маслами и вращение вала затрудняется. Тогда достаточно перебрать механизм и нанести новую смазку. Автор — Михаил Крупнов

Бесконтактные датчики скорости вращения для тяжёлых условий эксплуатации

Магнитные датчики скорости Lenord + Bauer выявляют вращательное и линейное движение измерительной шкалы, которая структурно отделена от датчика. Целевые колёса или измерительные стержни, изготовленные из ферромагнитного или электропроводящих материалов, служат соответствующими измерительными шкалами.

Измерительная система, не изнашиваемая и не требующая технического обслуживания

Основное преимущество магнитных датчиков положения – бесконтактное измерение и, следовательно, не изнашиваемый принцип зондирования, который особенно подходит для непрерывной работы в средствах производства длительного пользования.

Благодаря процессу инкапсуляции и особенно развитым методам производства датчики скорости Lenord + Bauer также защищены от экстремальных погодных условий, влажности, ударов и вибрации. Датчики частоты вращения соответствуют DIN EN 50155 и отвечают требованиям класса защиты от внешних воздействий до IP69K.

Типичные сферы применения в высокопроизводственной области

Типичные сферы применения датчиков скорости Lenord + Bauer – главным образом, автоматизация в промышленности – системы управления приводом, вращением вала, электродвигателя. А также рельсовый транспорт: тормозные системы и системы управления движением поездов (в т.ч. это датчики для определения скорости вращения двигателя, а также для применения в оборудовании антиюзовой и противопробуксовочной защиты).

Специальные конструкции датчиков скорости вращения

Датчики частоты вращения, производимые Lenord + Bauer – в значительной степени производятся по индивидуальным требованиям Заказчика.

При адаптации корпуса или производстве различных кабелей и штепселей возможно реализовать практически любое монтажное положение.

В зависимости от потребностей, датчики производят одно- или многоканальные прямоугольные сигналы как альтернатива сигналу напряжения или тока, варьирующиеся от 0 до 25 кГц. Может быть также осуществлён сигнал установки.

По просьбе Заказчиков возможно производство, например, ATEX-защищённых вариантов датчиков, специальных выходных сигналов для функционального тестирования и датчиков со встроенным разделением или умножением импульсов.

Мы также предлагаем следующие датчики для измерения скорости вращения производства компании Lenord Bauer: инкрементальные энкодеры, абсолютные энкодеры, энкодеры с резервированием.