1-48 / 26. Датчики частоты вращения. Датчик оборота двигателя

26. Датчики частоты вращения

Датчики частоты вращения служат для определения числа оборотов вала двигателя за единицу времени и применяются в регулируемых приводных системах.

Датчики частоты вращения используются в тахометрах - приборах, измеряющих частоту вращения или угловую скорость вращающихся деталей. Тахометры бывают магнитные, вибрационные, часовые интегрирующие, стробоскопические, электронные интегрирующие, магнитно-индукционные, магнитно-электрические, частотно-импульсные, ферродинамические и другие.

В промышленности в настоящее время широкое распространение получили магнитно-индукционные датчики частоты вращения (тахогенераторы), генерирующие электрические импульсы напряжения приблизительно синусоидальный формы. Частота этого сигнала пропорциональна частоте вращения вала двигателя, где установлен индуктор.

Конструкция и принцип действия бесконтактного магнитно-индукционного датчика частоты вращения

Пример конструкции датчика. Магнитно-индукционный датчик состоит из катушки индуктивности, внутри которой находится сердечник из мягкой стали, соединенный с постоянным магнитом. Стальной сердечник расположен через небольшой воздушный зазор прямо над кромкой ферромагнитного зубчатого кольца (зубчатки), находящегося в магнитном поле постоянного магнита. Если прямо напротив датчика попадает зуб кольца, то он концентрирует магнитное поле и усиливает поток магнитной индукции в катушке, а если напротив датчика становится выемка зубчатки, то магнитный поток ослабевает. Такие два состояния датчика постоянно чередуются при вращении импульсной зубчатки вместе с валом, частота вращения которого, собственно говоря, и является измеряемой характеристикой. В катушке наводятся импульсы напряжения переменного тока, частота которых свидетельствует о частоте вращения вала.

Назначение. Бесконтактные индуктивные датчики частоты вращения широко применяются для контроля и регистрации частоты вращения различных двигателей, в т.ч. на транспортных средствах.

Тахогенераторы

Типичный тахогенератор представляет собой электрическую машину малой мощности, которая преобразует механическое вращение в электрический сигнал. Конструкция асинхронного тахогенератора ничем не отличается от асинхронного двигателя с полым немагнитным ротором. Подобно двигателю, одна из обмоток статора подключается к сети переменного тока (обмотка возбуждения), а другая - генераторная обмотка - служит для снятия выходного напряжения. Обмотки асинхронного генератора расположены под углом 90º друг к другу. Мощность выходного сигнала тахогенератора может достигать нескольких ватт. Помимо асинхронных, выпускаются синхронные тахогенераторы и тахогенераторы постоянного тока.

Пример тахогенератора

Тахогенератор GT 3 пр-ва компании Huebner, Германия

Основные технические характеристики

Выходное напряжение: 5 мВ/об/мин

Температурный коэффициент: -0,035 %/ºС

неравномерность характеристики: не более 1,2 %

Постоянная времени: 2 мкс

Мощность: 0,025 Вт

Диапазон рабочих температур: от -30 ºС до +130 ºС

Диаметр полого вала: 6 мм

Наибольшая частота вращения: 10000 об/мин

Момент инерции: 9 гсм2

Масса ротора: прибл. 20 г

Диаметр корпуса: 34 мм

Класс защиты: IP00; IP54

Тахогенератор постоянного тока - это машина постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением постоянными магнитами, работающая в генераторном режиме. По конструкции он почти не отличается от машин постоянного тока.

Тахогенераторы постоянного тока служат для измерения частоты вращения по значению выходного напряжения, а также для получения электрических сигналов, пропорциональных частоте вращения вала в схемах автоматического регулирования.

Основными требованиями, предъявляемыми к тахогенераторам, являются: а) линейность выходной характеристики; б) большая крутизна выходной характеристики; в) малое влияние на выходную характеристику изменения температуры окружающей среды и нагрузки; г) минимум пульсаций напряжения на коллекторе.

На. рис. 9.5 показаны принципиальные схемы тахогенераторов постоянного тока с электромагнитным возбуждением (а) и возбуждением постоянными магнитами (б).

(1)

где rа - сопротивление обмотки якоря, Ом; Rн - внутреннее сопротивление прибора, подключенного к тахогенератору, Ом.

Из (1) следует, что чем больше сопротивление прибора Rн тем больше крутизна выходной характеристики Сu. Наибольшая крутизна у выходной характеристики, соответствующей режиму холостого хода тахогенератора, когда обмотка якоря разомкнута" (RH = ∞).

С ростом тока нагрузки (уменьшением RH) крутизна выходной характеристики уменьшается (рис. 9.6, а). У современных тахогенераторов постоянного тока Сu = (6÷260).10¯³В/(об/мин), что превышает крутизну асинхронных тахогенераторов.

Выходная характеристика тахогенератора постоянного тока - прямая линия. Однако опыт показывает, что выходная характеристика прямолинейна только в начальной части (при малых относительных частотах вращения), а с ростом частоты вращения она становится криволинейной (рис. 9.6, а). Криволинейность характеристики усиливается при уменьшении сопротивления нагрузки RH и увеличении частоты вращения n. Это объясняется размагничивающим действием реакции якоря в тахогенераторе. Для уменьшения криволинейности выходной характеристики не следует использовать тахогенератор на его предельных частотах вращения и применять в качестве нагрузки приборы с малым внутренним сопротивлением.

studfiles.net

Ремонт датчика оборотов двигателей тойота с электронным управлением - Дизелист

Датчиков оборотов на дизельных двигателях с электронным управлением два. Один установлен на блоке двигателя (речь идет о двигателях фирмы «Toyota») в районе третьего цилиндра и срабатывает от выступа на противовесе коленчатого вала. На старых двигателях этот датчик установлен на фланце ТНВД и «считает» обороты зубчатого колеса ТНВД (двигатель в этом случае называется 2L-ТНЕ). Сигнал с этого датчика идет на электронный блок управления, и при его исчезновении (обрыве датчика) двигатель не глохнет, хотя и начинает работать более жестко, т.е. имеет место более ранний впрыск топлива. (РИС.25)

Рис. 25. Датчик положения коленчатого вала расположен между третьим и четвертым цилиндрами. Когда устанавливается блок от обычного 2L-Т, для этого датчика приходится сверлить отверстие. К счастью, там есть для этого прилив. Но когда по какой-то причине его нет, можно к кромке блока шкивов приварить кусочек железа, а рядом закрепить датчик оборотов. Естественно, придется удлинить провода, но данная конструкция, уже проверено на двух машинах, работает.

На щитке приборов в этом случае загорается аварийная лампочка «check» с кодом «14» и двигатель снижает свою мощность. Следует отметить, что снижение мощности происходит не из-за того, что впрыск слишком ранний, а из-за того, что блок управления (компьютер) «увидел» «неправильный» сигнал (отсутствие сигнала) и включил обходную программу управления. Обходная же программа чего-чего, а достижения максимальной мощности уж точно не предусматривает. Таким образом, датчик оборотов коленчатого вала нужен, для управления опережением впрыска и на способность двигателя заводиться не влияет.

Второй датчик оборотов установлен внутри ТНВД и считывает обороты специальной шестерни на валу насоса.

Рис. 24. Если необходимо сместить какую-то регулировку, например, повернуть ТНВД, чтобы скомпенсировать износ его деталей, а заводом это не предусмотрено, можно сделать фигурную шпонку. В углу показаны разрезы обычной (А) и фигурной (Б) шпонок. При установке фигурной шпонки поворот вала уже будет другой. Этот способ нами неоднократно применялся на автомобилях, у которых нет трамблера, а угол опережения зажигания нужно сделать более ранним. Изготовили новую шпонку под шестерню коленчатого вала – проблема тут же исчезала.

При обрыве этого датчика перестает работать тахометр и двигатель глохнет. В память блока управления в этом случае заносится код неисправности «6» или «24», в зависимости от года разработки системы управления. Датчик, как уже говорилось, расположен внутри ТНВД, а провода от него выведены через крышку насоса. Там находится разъем на два провода.

Как уже отмечалось выше, одна из самых распространенных неисправностей, из-за которой не заводится двигатель – это неисправность именно этого датчика оборотов, поэтому необходимо измерить его сопротивление. Если обнаружится обрыв, датчик нужно заменить. Или перемотать. Делается это следующим образом (речь идет о двигателях начала и середины 90-годов; у более «свежих» ТНВД этот датчик в «квадратном» корпусе и неразборный).

Снять заливную крышку топливного бака.
Разъединить разъем на крышке ТНВД.

Ключом открутить гайку разъема датчика.
Пальцами вдавить разъем датчика внутрь ТНВД (этому препятствует уплотняющее резиновое кольцо внутри).
Отвинтить четыре болта и снять крышку ТНВД.
При помощи резиновой груши или пластиковой бутылки с трубкой удалить топливо из ТНВД.
Плоской отверткой отогнуть концы стопорной пластинки винтов крепления датчика.
Вывинтить два болта крепления датчика и снять стопорную пластинку. Для отвинчивания нужен спецключ «внутренняя звездочка» (torx).
Снять пластину фиксации датчика, вынуть датчик.
Отпаять датчик от разъема, не обращая внимания на цвет проводов. Если впоследствии вы перепутаете полярность (что достаточно просто сделать, вы же можете ошибиться в направлении намотки), поменять провода на разъеме не сложно, даже уже собрав насос. Двигатель заведется в любом случае, но если вы перепутаете провода датчика, момент впрыска топлива будет более поздним, что легко определить по характеру работы двигателя.
С кончика датчика снять пружинную магнитокорректирующую шайбу. Заточенной под долото часовой отверткой удалить всю резиноподобную мастику, отпаять провода от выводов датчика.

Маленьким бородком (гвоздем) выровнять фиксирующую вмятинку (хватит и одной) и при помощи той же часовой отвертки удалить магнитопроводную Т-образную пластинку.
Вынуть магнит и удалить остатки мастики.
Сильным пламенем газовой горелки в течение 5-8 сек нагреть корпус датчика.
Затем быстро надавить отверткой на стержень датчика или на выступающую часть каркаса катушки и выдавить этот каркас наружу.
Вынуть стержень датчика, снова удалить остатки мастики и смотать обмотку (провод диаметром 0,08-0,10). Очистить каркас и при помощи электродрели намотать новую обмотку. Если каркас поврежден, нужно изготовить новый из картона или оргстекла. (РИС.26)

Рис. 26. Эскиз каркаса для круглого датчика оборотов у ТНВД первой половины 90-х годов. У более новых машин датчик оборотов не круглый, а квадратный.

Заготовку каркаса, изображенную на рисунке, доработайте напильником до формы оригинала. Нужно еще оформить выводы обмотки, для этого еще до намотки провода ножовочным полотном делаем пропилы в каркасе и эпоксидным клеем фиксируем в них две проволочки. После этого концы обмоток припаиваем к этим проволочкам (желательно сверху, чтобы при подпайке гибких выводов не произошло обрыва обмотки), на всякий случай обматываем тонкой пластиковой изолентой и помещаем в корпус датчика. В качестве проволочек мы используем выводы обычных сопротивлений МЛТ, которые есть у каждого радиолюбителя.

Установить сердечник в каркас и проверить его ориентацию (кончик его должен быть параллелен зубьям шестерни, над которой стоит датчик), установить магнит и Т-образную пластинку. Легким молотком и бородком нужно восстановить фиксирующую выемку (чтобы Т-образная пластина была зажата). В заключение проверяем сопротивление обмотки (оно должно быть около 200 Ом) и убеждаемся в отсутствии замыканий на корпус.

К выводам датчика подпаиваем два гибких провода и, еще раз проверив целостность обмотки, заполняем свободное пространство корпуса датчика маслостойким герметиком. Учтите, что при эксплуатации этот герметик немного разбухнет, поэтому слишком много его не должно быть. Только вровень с корпусом датчика или даже чуть меньше. Использовать в качестве герметика эпоксидные (и им подобные) клеи не рекомендуем, поскольку при полимеризации возникнут механические напряжения, которые могут вызвать обрыв обмотки датчика. Не стоит использовать капрон, поскольку он может просто расплавиться (температура внутри ТНВД около 100 0С). Время высыхания герметика до установки датчика около суток.

Припаять провода датчика к разъему. Установить датчик на место. Вставить разъем в крышку ТНВД и установить ее на место. С помощью ручного подкачивающего насоса заполнить ТНВД дизельным топливом. Проверить сопротивление датчика. Подсоединить разъем датчика и запустить двигатель. Если он не запустится, или запустится, но будет работать неправильно, поменять местами контакты в разъеме (в «маме»).

Сергей Корниенко

dizelist.ru

Простой датчик скорости для двигателей постоянного тока

DCmotor speed sensor Простой безэнкодерный датчик скорости на одном транзисторе для маломощных двигателей постоянного тока с ТТЛ выходом, который может быть подключен к микроконтроллеру для контроля скорости вращения мотора.

Теория

Маломощные двигатели постоянного тока имею медный коллектор, который коммутирует обмотки (обычно 2) во время вращения ротора.

Когда щетки переключаются между контактами коллектора, в питающем мотор токе возникают импульсы, частота которых пропорциональна скорости вращения мотора, с определенным количеством импульсов за оборот.

Этот оффект можно наблюдать на осциллографе. Импульсы более выражены, когда мотор работает под нагрузкой. Добавление перед двигателем резистора сопротивлением 1 - 10 ом еще более усиливает этот эффект.

DCmotor speed sensor Как это работает

Схема довольно проста:

Подстроечным резистором настраивается рабочая точка, когда транзистор только-только закрылся

Коллектор двигателя генерирует импульсы напряжения

Каждый импульс кратковременно открывает транзистор

На выходе транзистора формируется сигнал ТТЛ-уровней.

Ограничения

Так как двигатель иногда может генерировать слишком много импульсов или пропускать импульсы, эта простая схема не предназначена для систем точного позиционирования или для измерения количества оборотов двигателя. Схема не может служить заменой оптическому или электромагнитному энкодеру.

Но эта схема подходит для измерения скорости вращения маломощных двигателей постоянного тока под умеренной нагрузкой.

Она подходит для иправления и контроля:

Вентиляторов

12-вольтовых насосов (также можно обрануживать сухой ход без воды)

Маломощные ручные инструменты .

Детали схемы

импульсы напряжения должны быть размахом в идеале от 50mV до 100mV .

R1 ( около 1 ом) требуется только когда разма импульсов меньше 50mV при нормальной работе мотора. Увеличение R1 дает большие импульсы и увеличивает чувствительность датчика, но уменьшает полезную мощность двигателя, рассеивая тепло.

D1 (1N4148 или 1N914 (стекло)) нужен для мощных моторов (с током больше 2 А).

C1 (около 1 мкФ) передает импульсы на базу транзистора.

C2 ( от 0.1 мкФ до 1 мкФ) сглаживает импульсы, уменьшая шум и слишком большие всплески импульсов. Уменьшение C2 увеличивает чувствительность, но также увеличивает шумность схемыа. C1 и C2 под конкретный двигатель.

Q1 - любой транзистор NPN-типа.

Советы по использованию

Подстроечным резистором настраивается точка наибольшей чувствительности.

при больших расстояниях до двигателя сигнальный кабель к конденсатору C1 должен быть экранированным. Общий провод не требует особых подключений, но при использовании экранированного кабеля оплетка кабеля заземляется только со стороны датчика.

Для настройки используйте осциллограф, размах импульсов на централльном выводе подстроечника в идеале должен быть 50mV .

Еще лучше подключать выход датчика ко входу микроконтроллера, который имеет триггер Шмидта. Это даст дополнительное улучшение фронтов импульсов. .

Важно! Коллектор двигателя не гененрирует равномерные хорошо сформированные импульсы с постоянной частотой, а формирует пачку импульсов за оборот вала. Скорость вращения лучше измерять усреднением количества импульсов за определенный период времени, а не измерять время между двумя импульсами! Усреднение по 50 импульсам за определенный промежуток времени будет достаточным.