論磁電式轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用

彭溢潤(rùn) （航空工業(yè)蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司，江蘇 蘇州 215151）

摘 要：在現(xiàn)當(dāng)代的社會(huì)當(dāng)中，汽車(chē)已經(jīng)是人們必不可少的一個(gè)重要交通工具，在汽車(chē)中關(guān)于轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)這方面我們進(jìn)行分析，汽車(chē)用轉(zhuǎn)速傳感器是去檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的，轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用的是磁感應(yīng)原理，在檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中并不需要接觸，使用的過(guò)程當(dāng)中，轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出正玄信號(hào)箱發(fā)動(dòng)機(jī)，從而去判斷汽車(chē)當(dāng)前的曲軸位置和轉(zhuǎn)速，在檢測(cè)的過(guò)程當(dāng)中，主要是通過(guò)信號(hào)輪去旋轉(zhuǎn)切到磁力線(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，芯片會(huì)感受到周?chē)艌?chǎng)的變化，從而能夠反映出信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的調(diào)節(jié)所輸出來(lái)的是方波形式的信號(hào)，這種信號(hào)發(fā)出的精確度是非常高的，滿(mǎn)足于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的精確度需求，使得可燃?xì)怏w能夠更充分的燃燒，從而達(dá)到尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)，能夠更好地發(fā)展。 

關(guān)鍵詞：磁感應(yīng)；轉(zhuǎn)速；磁力線(xiàn)

在目前的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，關(guān)于磁電式轉(zhuǎn)速傳感器已經(jīng)很好地應(yīng) 用到汽車(chē)的裝備中，而我們目前需要研究的就是是否這種傳感器能 夠讓汽車(chē)更好的運(yùn)行，本篇文章將分析其中的相關(guān)參數(shù)，確定它是 否符合汽車(chē)的發(fā)展，為汽車(chē)的發(fā)展做出良好的奠基作用，滿(mǎn)足汽車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)需求，才能夠在未來(lái)發(fā)展的更好，對(duì)于目前來(lái)說(shuō)，汽 車(chē)已經(jīng)是人類(lèi)必不可少的一項(xiàng)重要交通工具，所以我們必須要對(duì)它 的各項(xiàng)性能進(jìn)行更好的了解，保證他的安全運(yùn)行，對(duì)于本篇文章來(lái) 說(shuō)，我們要需說(shuō)的是關(guān)于磁電式轉(zhuǎn)速傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用。

1 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) 

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，它的組成結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)在它的內(nèi)部放一 個(gè)永磁體，在這個(gè)部位的上下方分別放一根導(dǎo)，分別和南極和北極 連接，在一側(cè)的外面放有感應(yīng)的線(xiàn)圈，線(xiàn)圈兩端有輸出的端子，這 個(gè)傳感器工作的特點(diǎn)是將它固定在一個(gè)速度轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樗锩嫜b置 著永磁體，其中包含著導(dǎo)磁鐵心，他的外面會(huì)有一定數(shù)量的線(xiàn)圈， 其中速度齒輪是由鐵磁這種材料做成的，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，傳感 器通過(guò)自己的探頭對(duì)應(yīng)出來(lái)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是連續(xù)不斷變化的，出現(xiàn)這 種情況的原因是由于傳感器內(nèi)部中存在著一定的磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)會(huì) 經(jīng)過(guò)探頭的表面向周?chē)l(fā)出去，傳感器的探頭靠近齒輪的時(shí)候， 就會(huì)在這個(gè)過(guò)程中形成一個(gè)磁路，當(dāng)它們之間通過(guò)磁通量的時(shí)候， 并且達(dá)到了一定的數(shù)量，就會(huì)由于其中的間隙不同使得他們之間的 詞組發(fā)生相應(yīng)的變化，所以在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程當(dāng)中，它的磁通量也是變 化著的，傳感器周?chē)怯删€(xiàn)圈圍繞的變化的過(guò)程中，相應(yīng)的就會(huì)出 現(xiàn)感應(yīng)電壓，在計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，我們會(huì)根據(jù)公式去計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析。 

2 傳感器的相關(guān)參數(shù)分析 

2.1 輸出電壓 

根據(jù)結(jié)論公式，我們可以得出傳感器電壓和線(xiàn)圈扎數(shù)是成正比 的，和磁通量的變化率成正比，我們可以仔細(xì)去觀察電磁出現(xiàn)的整 個(gè)過(guò)程，傳感器在沒(méi)有安裝齒輪之前，他的旁邊是沒(méi)有關(guān)于鐵磁等 材料的，它的磁場(chǎng)分布是非常有規(guī)律的，分別是通過(guò) s 級(jí)和導(dǎo)磁柱 相連，N 極和探頭相連形成一個(gè)整體的磁場(chǎng)，他們之間會(huì)形成一個(gè) 閉合的磁路，通過(guò)磁路的變化進(jìn)行輸出的齒輪前，且空氣隙較小 （0.2~ 1.8mm）時(shí)，傳感器的磁路發(fā)生變化，探頭一側(cè)經(jīng)氣隙一部 份磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)齒輪，再經(jīng)過(guò)齒輪返到導(dǎo)磁柱一邊的 S 極，這也意味著 通過(guò)導(dǎo)磁探頭一側(cè)外繞圈的磁通量與不安裝時(shí)的不同，而且同樣的 原理，在齒尖和齒根對(duì)著傳感器探頭時(shí)整個(gè)由傳感器及齒輪構(gòu)成的 磁路也不一樣，對(duì)著齒尖時(shí)，氣隙小磁阻小，氣隙通過(guò)的磁通量較 大，而對(duì)著齒根時(shí)，氣隙通過(guò)的磁通量較小。由于在以永磁體為磁 場(chǎng)源的整個(gè)磁路中，S 極的導(dǎo)磁柱及 N 極的導(dǎo)磁探頭除與永磁體接 觸的面之外，每一個(gè)部位表面都在向外發(fā)散著磁場(chǎng)。那么就探頭一 側(cè)而言，也是一樣的，除與永磁體 N 極接觸面之外的其它部位都在 向空中發(fā)散磁通，這樣在整個(gè)探頭內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度（或磁通密度）分 布，就形成了從永磁體接觸面開(kāi)始向探頭端面逐步減小的一個(gè)趨勢(shì)， 也就是說(shuō)對(duì)于外部的線(xiàn)圈而言，不同位置線(xiàn)圈每：一匝所鉸鏈的磁 通量是不同的，越靠近永磁體一側(cè)鉸鏈的越多。當(dāng)傳感器端面探頭 與速度齒輪之間的氣空變化時(shí)，氣隙較大時(shí)，由探頭端傳導(dǎo)向齒輪 的磁通量較小，由導(dǎo)磁探頭發(fā)散的磁通較多，線(xiàn)圈總體鉸鏈的磁通 量較小，當(dāng)傳感器探頭對(duì)著齒尖時(shí)，通過(guò)氣隙傳導(dǎo)到齒輪。上的磁 通量較大，線(xiàn)圈鉸鏈的磁通量較多。當(dāng)齒輪以一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在 傳感器線(xiàn)圈中的磁通量就隨著齒尖和齒根位置的變化而變化，因此 線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，電勢(shì)的大小與齒輪轉(zhuǎn)速成正比。速度越高，感應(yīng)電勢(shì)越高，在實(shí)際應(yīng)用與測(cè)量時(shí)這個(gè)值關(guān)不完全是線(xiàn)性上升的， 其原因是線(xiàn)圈有一定電阻，傳感器的輸出要求帶一定負(fù)載，雖然傳 感器能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，但其能量非常有限，帶載能力較弱，當(dāng)速度由 低向高時(shí)，輸出電壓隨之升高，負(fù)載電阻沒(méi)變，這時(shí)向負(fù)載注人的 能量上升，內(nèi)阻的消耗增大。所以電壓上升受到阻礙。因此傳感器 電壓上升隨速度變化不是理想線(xiàn)性的。 

2.2 電阻和電感 

分析完輸出電壓之后，我們接著分析另外兩個(gè)相關(guān)的參數(shù)，分別是電阻和電感，首先我們了解一下電阻，我們可以把傳感器當(dāng)作 是一個(gè)電源，或者是發(fā)電機(jī)，他是具有內(nèi)阻的，這個(gè)因素會(huì)影響很多， 這個(gè)時(shí)候我們就要觀察負(fù)載的大小，也就是說(shuō)是要確定匹配的問(wèn)題。 現(xiàn)如今的傳感器和傳統(tǒng)的傳感器差異很大的，因?yàn)楝F(xiàn)在的傳感器電 阻會(huì)達(dá)到幾百甚至 1000 歐左右，這是很小的了，因此他消耗的能 量只有負(fù)載消耗能量的一小部分。

其次，我們要說(shuō)一下線(xiàn)圈的電感是如何形成的，這個(gè)電感又具 有什么樣的意義？單位電流產(chǎn)生的總磁通鏈為線(xiàn)圈的電感。在測(cè)線(xiàn) 圈的電感時(shí)是給線(xiàn)圈加一個(gè)一定幅值的交流電壓，由測(cè)其對(duì)這個(gè)交 流電壓的阻抗來(lái)分析計(jì)算出線(xiàn)圈的電感。在傳感器中線(xiàn)圈電感的影 響因素是永磁體磁場(chǎng)強(qiáng)度，兩邊導(dǎo)磁體的尺寸及線(xiàn)圈匝數(shù)。當(dāng)永磁 體磁場(chǎng)強(qiáng)度相同，匝數(shù)也相同的情況下，永磁體 N 極側(cè)的導(dǎo)磁探頭 尺寸是影響的主要因素。其影響機(jī)理為：因永磁體的作用，探頭磁 化，鐵磁探頭中有一定磁通量，并且飽和達(dá)到一定水平。探頭的直 徑不同，載面積也不同，根據(jù)磁路磁導(dǎo)的關(guān)系，截面積大，磁阻小 電感大，截面積小，磁阻大電感小。根據(jù)前面的分析在線(xiàn)圈中產(chǎn)生 感應(yīng)電壓的因素是齒輪與傳感器形成的磁路中，探頭與齒輪氣隙變 化導(dǎo)致線(xiàn)圈中鉸鏈的磁通量發(fā)生著變化造成的。而與電感 L 無(wú)直接 關(guān)系，那么這個(gè)電感 L 在這里有什么意義呢 ? 一旦傳感器結(jié)構(gòu)、使 用材料參數(shù)及線(xiàn)圈匝數(shù)等確定下來(lái)，裝配后電感值也確定了，這個(gè) L 就是表征傳感器電氣參數(shù)的特征量，通過(guò)它可以判斷傳感器的電 參數(shù)是否正常。如果永磁體的參數(shù)不符、導(dǎo)磁材料（柱和探頭）不符、 裝配不到位或線(xiàn)圈匝數(shù)變化都會(huì)影響電感參數(shù) L。在生產(chǎn)過(guò)程中通 過(guò)對(duì)電感值 L 檢測(cè)可以監(jiān)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。 

3 總結(jié) 

本篇文章所說(shuō)的就是對(duì)于汽車(chē)中傳感器的相關(guān)工作原理分析， 主要闡述了關(guān)于磁電式速度傳感器，它會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)一系列的 物理過(guò)程產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)閭鞲衅髯陨硎蔷邆渲娮韬碗姼辛康碾娮柚岛托盘?hào)，處理單元接收的是相互匹配的，對(duì)于目前所研究 的磁電式傳感器來(lái)說(shuō)，它的線(xiàn)圈電阻都是比較小，不會(huì)影響匹配的 結(jié)果，如果傳感器的結(jié)構(gòu)確定之后，那么它的電感值也會(huì)確定，用 它作為之后傳感器生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中的一個(gè)重要參考數(shù)據(jù)。 

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作者簡(jiǎn)介： 彭溢潤(rùn)（1989.03—），男，漢族，江蘇省鎮(zhèn)江市，全日制碩士 研究生，工程師，研究方向：傳感器研發(fā)與運(yùn)用。