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柴油發(fā)電機(jī)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器檢測方法 |
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(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，需要進(jìn)行一定的檢測，如果出現(xiàn)信號丟失，則柴油發(fā)電機(jī)會直接停止工作，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
霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的。如圖1所示，當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。該電勢差稱為霍爾電壓。
霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是，帶電粒子在外加磁場中運(yùn)動時，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，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(cè)建立起一個穩(wěn)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(jī)的霍爾傳感器 |
當(dāng)用于電噴柴油機(jī)時，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（TDC）位置信號?；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，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。在垂直磁場的方向提供電流，如果其中一個觸發(fā)輪的齒通過傳感器元件（半導(dǎo)體晶片），它改變了垂直于霍爾元件的磁場強(qiáng)度，這將使電壓下驅(qū)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(chǎn)生豪伏（mV）級電壓信號。信號電壓的幅值與觸發(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(dǎo)線與ECU相連，ECU提供的5V電源、信號線和回路線。當(dāng)信號盤齒隙通過傳感器的信號發(fā)生器時，磁路經(jīng)過導(dǎo)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(dāng)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(zhuǎn)速傳感器 |
圖4 輪齒對正轉(zhuǎn)速傳感器 |
2、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的優(yōu)點
（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(zhuǎn)速傳感器的測量頻率范圍寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁感應(yīng)式無源傳感器。
（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)速傳感器的測量結(jié)果精確穩(wěn)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(zhuǎn)速傳感器的工作溫度可以達(dá)到100℃。
（5）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的安裝簡單，使用方便，能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
二、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器檢測方法
1、轉(zhuǎn)速測量精度驗證方法
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是一種常用的轉(zhuǎn)速傳感器，通過檢測霍爾效應(yīng)來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的測量。以下是霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的檢測方法：
（1）校準(zhǔn)
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器需要經(jīng)過校準(zhǔn)才能準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)速。校準(zhǔn)方法一般為將傳感器固定在一個已知轉(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）測量輸出脈沖數(shù)
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器也輸出一個脈沖數(shù)，這個脈沖數(shù)與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成反比。可以通過測量輸出脈沖數(shù)來估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，從而估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。
（4）測量輸出電壓
霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器通常輸出一個霍爾電壓，這個電壓與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速成正比?？梢酝ㄟ^測量輸出電壓來估算柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。
2、傳感器失效檢測步驟
當(dāng)上述驗證方法證實傳感器數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(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(zhuǎn)速傳感器的輸出信號可以使用示波器或數(shù)字萬用表等工具來進(jìn)行測量。在測量時，需要讓被檢測的旋轉(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(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信號電壓。如果盤動過程中萬用表的讀數(shù)在0～5V間不斷轉(zhuǎn)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(yīng)接近0；如果移開工具，則測得的信號電壓應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速傳感器的工作原理是利用磁鐵產(chǎn)生的磁場來檢測旋轉(zhuǎn)物體的速度。因此，磁鐵的位置、磁場強(qiáng)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(qiáng)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(dǎo)致傳感器輸出信號不準(zhǔn)確或完全無法檢測到旋轉(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(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(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，以提高測量精度和穩(wěn)定性。
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