Датчик частоты вращения двигателя V6 ауди с4. Измерение частоты вращения электродвигателя с помощью датчика холла Основные определения датчиков скорости вращения

Недавно возникла острая необходимость определить приблизительную частоту вращения электродвигателя от старой стиральной машины. Собирать из-за одного измерения стробоскоп было неразумно. Немного подумав, в голову пришла довольно простая идея с использованием датчика Холла.

Суть идеи измерения частоты вращения электродвигателя

На шкив двигателя крепим постоянный магнит, напротив магнита помещаем датчик Холла, выход датчика Холла подключаем к линейному входу звуковой карты компьютера. Возникающий сигнал в датчике при попадании его в магнитное поле постоянного магнита записываем программой звуковой редактор (я использовал программу Nero Wave Editor из комплекта Nero6).

Затем из записанного фрагмента выбираем промежуток в одну секунду и подсчитываем количество импульсов, после чего умножаем на 60 и получаем количество оборотов двигателя в минуту.

В качестве был использован аналоговый SS495A. Магнит был прикреплен несколькими оборотами изоленты. Желательно чтобы расстояние между датчиком и магнитом было минимальным.

В рабочей практике происходит множество процессов, которые требуют подсчета частоты вращения или следования объектов. Например, это обязательный контроль частоты вала ленточного транспортера, привода крыльчатки бетономешалки, частоты следования ковшей нории, частоты вращения шестерни коробки передач.

От выполнения этих задач зависит производительность оборудования, поэтому Вы стараетесь выбирать надежные и долговечные инструменты для их решения:

• проверенные опытным путем
• с гарантией качества
• по выгодным, стабильным ценам
• и с возможностью срочной/бесплатной доставки.

В «ТЕКО» Вы получите полный спектр выгод и широкий выбор инструментов для подсчета частоты.

Индуктивные датчики для контроля частоты вращения приводного барабана конвейера

В случае провисания или обрыва конвейерной ленты, нарушается технологический процесс. Этого можно избежать, используя индуктивный датчик контроля минимальной скорости . После установки датчика на приводной барабан конвейера, Ваша система автоматически отслеживает частоту его оборотов, тем самым держит под контролем состояние ленты транспортера. В случае неисправности (снижении частоты ниже установленного минимума) на устройство управления будет подан сигнал о неполадках в работе системы.

С помощью подстроечного резистора на датчике устанавливается минимальное пороговое значение частоты вращения приводного барабана (скорости движения ленты). Для того, чтобы датчик не выдал ложный сигнал по причине инерции конвейера, в нем предусмотрена величина задержки срабатывания при первоначальном запуске двигателя для разгона. В типовых датчиках она достигает 9 секунд, при необходимости - регулируется. Диапазон регулируемых частот: 0,1...2,5 Гц; 2...50 Гц

Вариант успешного применения датчика контроля минимальной скорости: контроль исправности грохота. Датчик запрограммирован на определенную частоту прохождения грохота мимо чувствительного элемента. И в случае, если частота меняется, датчик сигнализирует о сбое в работе грохота (из-за обрыва троса, выхода из строя двигателя или другой возможной причины).

Гарантия - 24 месяца

Контроль частоты в специфических условиях, для индивидуальных обстоятельств

При необходимости, любые типы датчиков «ТЕКО» могут выступать в качестве датчиков минимальной скорости: индуктивные, емкостные, оптические и магниточувствительные. Для этого их достаточно подключить к блоку контроля частоты CF1 , который контролирует частоту импульсов входного сигнала и формирует сигнал на выходе при достижении частотой установленного порогового значения.

Применение блока позволяет контролировать частоту следования объектов во взрывоопасных средах : в соединении со взрывобезопасными датчиками и блоком сопряжения.

Для контроля объектов в «узких» местах конструкции, где крупногабаритный датчик разместить невозможно, возможно применение миниатюрных датчиков с блоком контроля частоты.

Гарантия - 12 месяцев

Для определения частоты вращения вала в коробках передач и подачи сигнала на тахометр и тахограф мы рекомендуем датчики частоты ВТИЮ.7019 и ВТИЮ.7030.

Контроль частоты вращения механизмов широко востребован для определения скорости движения автотранспорта, мониторинга работы автокрана и для отлаженной работы оборудования, в составе которого присутствуют вращающиеся приводные устройства (от сепаратора до грохота).

Измерение частоты вращения с помощью датчиков «ТЕКО» осуществляется бесконтактно и не влияет на срок службы оборудования.

Датчики частоты ВТИЮ.7019 и ВТИЮ.7030. успешно применяются на автомобилях производства КАМАЗ, МАЗ и других известных производителей.

Гарантия - 24 месяца

Исправность трансмиссии всегда под контролем индуктивных датчиков

Регулярная оценка рабочего состояния трансмиссии позволяет Вам избежать аварий, простоев и непредвиденных ремонтных работ. Специально для наблюдения за частотой вращения элементов трансмиссии предназначен датчик ВТИЮ. 7040. Частота вращения контролируемых элементов может составлять от 0 до 6000 Гц. При необходимости мы разрабатываем датчики под индивидуальные габариты.

Датчик готовится к выпуску.

Контролируйте частоту с помощью фотоэлектрических преобразователей

Определяйте частоту вращающегося объекта с помощью фотоэлектрического преобразователя «ТЕКО» OT NK21A-311P-11-L-F .

Принцип его работы в том, чтобы контролируемый объект или его деталь прерывала световой поток, излучаемый датчиком. Прерывание преобразуется в импульс на выходе датчика, который вы можете использовать для контроля частоты вращающегося диска или любой другой детали, совершающей обороты. Одному пересечению луча соответствует один выходной импульс, формируемый по окончанию прохождения затеняющего предмета.

Гарантия - 24 месяца

Мониторинг аварийных ситуаций с помощью тахометра

Для подсчёта и индикации количества действий в единицу времени, а также для выдачи управляющего сигнала при достижении заданной установки частоты предлагаем использовать .

Помимо постоянного мониторинга аварийных ситуаций (в системах контроля частоты вращения механизмов) Вы получаете:

• Универсальность/взаимозаменяемость входных портов;
• Функция «Слежение», управляющая выходным реле;
• Непрерывная и динамичная индикация;
• Программируемый коэффициент деления частоты входного сигнала;
• Детектирование направления вращения при использовании двух сигналов;
• Встроенный источник питания.

Гарантия на прибор - 24 месяца

Контроль частоты вращения зубчатого колеса обычным индуктивным датчиком

Задачу контроля частоты вращения зубчатого колеса можно решить с помощью обычного индуктивного датчика. Для этого нужно знать максимальную рабочую частоту оперирования датчика, частоту вращения зубчатого колеса и число его зубьев.
Для правильного определения рабочей частоты датчика необходимо определить частоту воздействия на него зубчатого колеса.

Решение возможно с помощью простой формулы:
m x n / 60= ƒ (Гц)
где m - число зубьев, а n - частота вращения об/мин.

Для синхронизации работы систем зажигания и впрыска предусмотрен датчик оборотов двигателя или, как он еще называется, датчик частоты вращения коленвала. Он передает в электронный блок управления мотором данные о том, на каких оборотах функционирует коленчатый вал в текущий момент времени.

Назначение

Датчик оборотов силового агрегата является очень важным элементом, без которого трудно представить взаимодействие всех систем, обеспечивающих исправное функционирование автомобиля.

ЭБУ использует сигналы, поступающие от этого датчика, для того, чтобы установить:

• количество впрыскиваемого топлива;
• момент впрыска топлива;
• момент зажигания (характерно для двигателей бензинового типа);
• время активации клапана адсорбера;
• угол поворота распредвала в процессе работы так называемой системы изменения фаз газораспределительного механизма.

Расположение

Требуется знать, где находится датчик оборотов двигателя или, что одно и то же, индукционный датчик, чтобы проверить его работоспособность. Он находится над маркерным диском, который в свою очередь может располагаться:

• на маховике;
• внутри блока цилиндров на коленчатом валу (Форд, Опель и другие);
• на коленчатом валу в передней части моторного отсека, совместно со шкивом привода дополнительных агрегатов (Ягуар, БМВ, ВАЗ и другие).

Лучше, если маркерные зубья маховика предназначены только для использования датчиком оборотов мотора. Несколько хуже, когда в качестве маркерных выступают стартерные зубья. Такая конструктивная особенность характерна для автомобилей марки Вольво и Ауди.

Искривление зуба маховика или даже малейший скол на нем зачастую становится причиной сбоев в системе зажигания, в связи с чем силовой агрегат отказывается работать на повышенных оборотах. Происходит хаотичное искрообразование, потому что блок управления двигателем ошибочно определяет количество зубьев.

В устройстве многих автомобилей в качестве датчика оборотов выступает датчик Холла. Этот элемент одновременно передает в ЭБУ сигналы о фазах газораспределительного механизма и обороты двигателя. В этом случае найти его можно в непосредственной близости от распределительного вала.

Если датчик частоты вращения коленвала вышел из строя, то ваш автомобиль не сможет завестись. Проверив подачу бензина и систему зажигания и не обнаружив никаких отклонений, не забудьте проверить датчик оборотов двигателя.

Видео

Подробнее об устройстве, конструкции и принципе работы датчика коленвала:

.
Радиолюбительский зуд не давал покоя - захотелось иметь на станочке показометр оборотов. Вариант с оптическим энкодером показался слишком сложным. Датчика холла, который применяется во всех автомобилях, не было под рукой. И тут на одном форуме подкинули идейку - попробовать ИК сенсор. Как раз без дела лежал ИК датчик препятствий, который не знал куда применить. Решил его попробовать - результат под катом.

Данный модуль применяется в основном в ардуинщиками в роботостроительстве как ИК датчик препятствия. Представляет маленькую очень бюджетную платку (особенно если покупать партиями штук по 10)

Схема у этого сенсора очень простая


В основе лежит ИК пара диод-транзистор. Что вроде L-53P3C/L-53F3C работающие в диапазоне 940нм
Компаратор LM393 сравнивает уровень фоторанзистора с уровнем, выставляемым подстроечным резистором.
Подцепил к валу шпинделя кусочек фольги, поднес сенсор к валу, покрутил подстроечник - модуль стал моргать светодиодом в так вращения.


Поковырявшись в своей барахолке нашел и
Максимальная скорость вращения у мотора 12000RPM и лучше было бы применить 5-разрядный индикатор, но будем работать с чем имеем
Накидал такую схему


Порядок подключения выводов индикатора к микроконтроллеру значения не имеет (так как настраивается в программе) и обусловлен исключительно из удобства проектирования печатной платы


«Квадратный» дизайн платы потому что на данном этапе я осваивал изготовление печатных плат на станке ЧПУ
Закругленные полигоны сложнее, а главное, дольше выбирать гравировкой.
Основным достоинством изготовления плат на станке является то, что весь процесс происходит не отрывая зада от кресла. С покупкой ламинатора я отказался от этого метода, оставив для станка сверление отверстий и обрезку плат.
Итак гравируем, сверлим, режем






И вот можно отлаживать готовую плату

Сразу делаю корпус из обрезков ПВХ пластика

Для работы индикатора применяется , позволяющая подключать индикатор к каким угодно выводам МК, применять индикаторы как с общим катодом, так и анодом да еще и яркостью управлять.
Для измерения частоты попробовал . МК с ней отлично мерит сигнал с генератора от 10 до 200Гц (а больше мне и не нужно)

А вот когда на вход контроллера подал с сигнал с сенсора, результат получился плачевным.
Частота прыгала как ненормальная. Виной этому оказался «дребезг» сигнала с оптического датчика. Фольга давала массу помех. Попытка настроить сигнал подстроечником или заменить кусочек фольки на другой не дали ощутимого результата.
Тогда я решил давить «дребезг» программно. Осциллограф показал, что помехами являются импульсы в 0.3 - 1 мкс, тогда как сигнал - это импульсы 5мс (При частоте 12000RPM) и больше.

В результате родилась такая программка с подавлением помех длительностью менее 2мкс

// Библиотека работы с 7-сегментным индикатором // https://github.com/sparkfun/SevSeg #include SevSeg myDisplay; byte displayType = COMMON_CATHODE; //Your display is either common cathode or common anode byte digit1 = 18; byte digit2 = 19; byte digit3 = 8; byte digit4 = 10; byte segA = 17; byte segB = 9; byte segC = 12; byte segD = 14; byte segE = 15; byte segF = 16; byte segG = 13; byte segDP = 11; byte numberOfDigits = 4; int dot = 0; uint32_t ms, ms1 = 0, ms0 = 0, ms2 = 9; uint32_t rps = 0; uint32_t count = 0; char buf; void setup(){ // Инициализация индикатора myDisplay.Begin(displayType, numberOfDigits, digit1, digit2, digit3, digit4, segA, segB, segC, segD, segE, segF, segG, segDP); myDisplay.SetBrightness(100); myDisplay.DisplayString("----", 0); // Инициализация входа для счета импульсов attachInterrupt(0, pulseCount, RISING); } void loop(){ ms = millis(); char s; uint16_t rpm = 0; // Перевыдача дисплея myDisplay.DisplayString(buf, dot); // Каждую секунду перевыдаем значение скорости if(ms2 == 0 || ms2 > ms || (ms - ms2)>1000){ ms2 = ms; // Переводим в коичество оборотов в минуту rpm = rps*60; // Отображение 10=тичной точки, сли число больше 4-х разрядов if(rpm > 9999){ dot = 2; sprintf(buf,"%4d",rpm/10); } else{ dot = 0; sprintf(buf,"%4d",rpm); } rps = 0; } } /** * Счетчик импульсов */ void pulseCount(){ uint32_t ms = micros(); // Убираем импулься менее 2 мс (дребезг) if(ms - ms0 > 2000)count++; ms0 = ms; // 0.5 сек цикл подсчета импульсов if(ms - ms1 > 500000){ ms1 = ms; rps = count*2; count = 0; } }

Программа показала 100% результат с тестового генератора. При включенном моторе с сенсора показывались стабильные обороты, которые хорошо коррелировали с режимом работы мотора. На том и остановимчя

Еще одна проблема нартсовалась при выборе места установки счетчика на станок.
В длинных проводах наводились сильные помехи от мотора и БП и индикатор, отлично работавший «на коленках» никак не хотел работать на станке. В результате смонтировал контроллер в непосредственной близости от сенсора и запитал его через импульсный DC-DC преобразователь от 24В. (Напряжения для шаговиков, подсветки, вентиляторов охлаждения).

Так мой новый станочек обзавелся счетчиком оборотов шпинделя. индикаторы К слову, данный измеритель должен практически без изменения схемы и программы заработать и с «кошерным» датчиком холла и магнитиком на валу.

Пока собирал станок, приехали 5-ти разрядные индикаторы. Хотел переделать измеритель скорости вращения на них с более компактным Atmega8 в TQFP32. Но потом решил, что лучшее - враг хорошего.

Датчики частоты вращения двигателя используются в системах управления двигателем для:

• измерения числа оборотов двигателя
• определения положения коленчатого вала (положение поршня двигателя)

Число оборотов рассчитывается по интервалу между сигналами датчика скорости вращения.

Индуктивные датчики скорости вращения

Рис. Индуктивный датчик скорости вращения (конструкция):

1. Постоянный магнит
2. Корпус датчика
3. Корпус двигателя
4. Полюсный контактный штифт
5. Обмотка
6. Воздушный зазор
7. Зубчатое колесо с точкой отсчета

Конструкция и принцип действия Датчик монтируется прямо напротив ферромагнитного зубчатого колеса (поз. 7) с определенным воздушным зазором. Он имеет сердечник из магнитомягкой стали (полюсный контактный штифт, поз. 4) с обмоткой (5). Полюсный контактный штифт соединен с постоянным магнитом (1). Магнитное поле распространяется через полюсный контактный штифт, проходя в зубчатое колесо. Магнитный поток, проходящий через катушку, зависит от того, попадает ли расположение датчика напротив впадины или зуба колеса. Зубец соединяет в пучок магнитный поток рассеяния, исходящий от магнита. Через катушку происходит усиление сетевого потока. Впадина, наоборот, ослабляет магнитный поток. Эти изменения магнитного потока при вращении зубчатого колеса индуцируют в катушке синусоидальное выходное напряжение, пропорциональное скорости изменения и числу оборотов двигателя. Амплитуда переменного напряжения интенсивно возрастает с увеличением числа оборотов (несколько мВ… > 100 В). Достаточная амплитуда присутствует, начиная с минимального числа оборотов от 30 в минуту.

Рис. Сигнал индуктивного датчика скорости вращения двигателя:

1. Впадина
2. Опорный сигнал

Активные датчики скорости вращения

Активные датчики скорости вращения работают по магнитостатическому принципу. Амплитуда выходного сигнала не зависит от числа оборотов. Благодаря этому можно измерять скорость вращения и при очень низком числе оборотов (квазистатическое определение числа оборотов).

Дифференциальный датчик Холла

На проводящей ток пластинке, по которой вертикально проходит магнитная индукция В, поперечно к направлению тока можно снимать напряжение UH (напряжение Холла), пропорциональное направлению тока.

Рис. Принцип работы дифференциального датчика Холла:

• а Расположение датчика
• b Сигнал датчика Холла
• большая амплитуда при маленьком воздушном зазоре
• маленькая амплитуда при большом воздушном зазоре
• с Выходной сигнал

1. Магнит
2. Датчик Холла 1
3. Датчик Холла 2
4. Зубчатое колесо

В дифференциальном датчике Холла магнитное поле вырабатывается постоянным магнитом (поз. 1). Между магнитом и импульсным кольцом (4) находятся два сенсорных элемента Холла (2 и 3). Магнитный поток, который проходит сквозь них, зависит от того, находится ли датчик скорости вращения напротив зубца или паза. Благодаря созданию разности сигналов от обоих датчиков достигается снижение магнитных сигналов возмущения и улучшенное соотношение сигнала/ шума. Боковые поверхности сигнала датчика могут обрабатываться без оцифровывания непосредственно в блоке управления.

Вместо ферромагнитного зубчатого колеса используются также многополюсные колеса. Здесь на немагнитном металлическом носителе установлен намагничивающийся пластик, который попеременно намагничивается. Эти северные и южные полюсы принимают на себя функцию зубцов колеса.

AMR-датчики

Рис. Принцип определения числа оборотов с помощью датчика AMP:

• а Размещение
• в различные моменты времени
• b Сигнал датчика AMP
• с Выходной сигнал

1. Импульсное (активное) колесо
2. Сенсорный элемент
3. Магнит

Электрическое сопротивление магнито-резистивного материала (AMP, анизотропный магниторезистивный) является анизотропным. Это означает, что оно зависит от направления магнитного поля, которое на него воздействует. Это свойство используется в AMP-датчике. Датчик находится между магнитом и импульсным кольцом. Линии поля изменяют свое направление, когда вращается импульсное (активное) колесо. В результате формируется синусоидальное напряжение, которое усиливается в схеме обработки данных и преобразуется в сигнал прямоугольной формы.

GMR-датчики

Усовершенствование активных датчиков скорости вращения отражено в использовании технологии GMR (ГМР) (Giant Magneto-Resistance). По причине высокой чувствительности по сравнению с датчиками AMP здесь возможны большие воздушные зазоры, за счет чего предполагаются использования в трудных сферах применения. Более высокая чувствительность производит меньше шумов фронта сигнала.

В ГМР-датчиках возможны также все двухпроводные порты, используемые ранее в датчиках скорости вращения Холла.