Автомобильные датчики

Предлагаемый датчик отличается от ряда
уже существующих вариантов применением
ферромагнитного концентратора (магнито
провода) специальной формы совместно
с программируемым датчиком Холла. За счет
применения концентратора, других функциональных и конструктивных особенностей
(см. рис. 6в–е) устройство отличается увели
ченной чувствительностью и надежностью.
Это означает, при прочих стандартных воз
можностях в конструкции можно использо
вать большие воздушные зазоры, применять
более слабые (по величине остаточной намаг
ниченности) и меньшие по размеру магниты.

Бесконтактный датчик положения (рис. 6в)
состоит из неподвижного корпуса 1, роторно
го узла 2 с диаметрально намагниченным по
стоянным магнитом 3, интегрального датчика
Холла 4, печатной платы 5, контактов разъема
6, пружины 7, ферромагнитного концентрато
ра 8 (магнитопровода) и крышки 9. Ротор 2, со
стоящий из двух частей5 (позиция 2 указывает
на верхнюю втулку), механически связан с вра
щающимся валом детектируемого объекта
(цели) и имеет возможность поворота в осно
вании корпуса 1. С обратной стороны ротора 2
(рис. 6г) в нижней втулке 10 имеется паз для ус
тановки устройства на вал с заданной началь
ной ориентацией, определяемой внутренними
ребрами паза. Корпус 1 жестко крепится двумя
винтами 11 к неподвижной части объекта.

Для механического ограничения осевых пе
ремещений роторного узла в корпусе 1 выпол
нено двойное днище. Верхнее днище 12 (рис. 6д)
фиксируется поверх роторного узла 2 на оп
лавляемых штырях и приклеивается к днищу
корпуса 1. Механический угол φ ограничива
ется упорами 14 в основании корпуса и высту
пами 15 втулки 10 ротора 2.

Постоянный магнит 3 жестко устанавливает
ся (запрессовывается и вклеивается) в верхней
втулке ротора 2 поверх пружины кручения 7,
расположенной вне рабочей зоны бесконтакт
ного взаимодействия магнита 3 и датчика 4.
Осевое перемещение верхней втулки ротора 2
механически ограничивается кольцевым вы
ступом на внутренней стороне верхней крыш
ки 9 датчика.

В конструкции особенно важным является
начальное размещение магнита 3: в нулевом по
ложении должны быть совмещены механичес
кая плоскость симметрии датчика 4 и магнит
ная плоскость симметрии магнита 3 с нулевым
значением магнитной индукции поля (или сред
ним из магнитного диапазона датчика). Это по
ложение показано на рис. 6а, е и соответствует среднеквадратическому напряжению выходной
характеристики (см. рис. 1 и 6б). Начальная ори
ентация магнита 3 относительно датчика 4 обес
печивается в процессе сборки: непосредствен
но перед его жесткой установкой определяется
по результатам измерений магнитного поля, на
пример, тесламетром, гауссметром, калибро
ванной линейной ИС Холла или с помощью
специальных аппаратно-программных средств.

Повышение чувствительности датчика до
стигается только за счет использования фер
ромагнитного концентратора 8, но при оп
тимальном подборе других параметров маг
нитной системы. Следует отметить, что
в системах на эффекте Холла с постоянным
магнитом из обычного материала типа NdFeB
(в промышленности обычно выпускаются
магниты с намагниченностью 1000–1200 мТл)
можно использовать рабочие зазоры поряд
ка 5–8 мм и нет смысла максимально прибли
жать датчик к магниту. Оптимальный наклон
выходной характеристики под углом поряд
ка 45° (чувствительность) рассчитывается с ис
пользованием средств программирования дат
чика.

Дальнейшее увеличение линейного участ
ка, показателя линейности, повышение точ
ности, повторямости и надежности реализу
ется через схемотехнику датчика. Развитие
адаптационных признаков к конкретным ус
ловиям работы, упрощение конструкции, тех
нологии сборки и монтажа обеспечиваются
с применением современной элементной ба
зы программируемых ИС Холла, текущее со
стояние рынка которой отражено в одной
из статей автора [14], а особенности примене
ния будут рассмотрены во второй части статьи.

Заключение

Растущий спрос на надежные и точные эле
ктронные системы управления в последние
годы приводит к увеличению числа бескон
тактных датчиков положения, используемых
в автомобильных системах. Производители
автомобильного оборудования исследуют все
новые пути для разработки надежных, ком
пактных, недорогих и более точных электрон
ных датчиков, а также обрабатывающих бло
ков управления с целевым интерфейсом.

Рассмотренные датчики широко использу
ются в настоящее время, но благодаря устой
чивым темпам научных исследований и кон
структорских разработок в недалеком будущем будут вытеснены множеством новых ус
тройств, наследующих их лучшие признаки
и разрабатываемых уже сегодня.

19 Июнь 2013

Ваш отзыв