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霍爾效應在汽車傳感器中的應用探討

2017-10-16 09:33:00 來源網站:免費論文網創業好點子 本文移動端:霍爾效應在汽車傳感器中的應用探討
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霍爾效應在汽車傳感器中的應用探討 本文簡介:作為汽車電子控制系統的重要組成構件,傳感器工作性能的優化,有利于提高汽車運行時各系統信息采集效率,確保汽車能夠處于穩定、高效的運行狀態。結合霍爾效應的實際作用,汽車生產制造中加強霍爾傳感器的合理使用,有利于降低汽車功耗,減少各種污染源的影響,最大限度地滿足汽車行業的各類需求。因此,需要擴大霍爾效應在
霍爾效應在汽車傳感器中的應用探討 本文內容:

  作為汽車電子控制系統的重要組成構件,傳感器工作性能的優化,有利于提高汽車運行時各系統信息采集效率,確保汽車能夠處于穩定、高效的運行狀態。結合霍爾效應的實際作用,汽車生產制造中加強霍爾傳感器的合理使用,有利于降低汽車功耗,減少各種污染源的影響,最大限度地滿足汽車行業的各類需求。因此,需要擴大霍爾效應在汽車傳感器中的實際應用范圍。


  1霍爾效應的相關內容

  所謂的霍爾效應,是指垂直于外磁場的電流通過導體時,磁場、電流方向分別與導體垂直的斷面將會形成電勢差的現象。這種電勢差也稱為霍爾電壓[1]。霍爾原理圖如圖1所示。


  結合圖1所示的內容,可以對霍爾電壓進行計算。具體的計算公式如下:

  式(1)中,霍爾電壓用Vn表示,單位為伏特;穿過導體的電流用I表示,單位為A;垂直于導體的磁感應強度用B表示,單位為T;長方形導體高度用d表示,單位為m,電子電荷量用q表示,單位為C,載流子密度用n表示,單位為個/m2。


  2霍爾效應在汽車傳感器方面的應用分析

  2.1汽車轉速傳感器方面的應用

  結合霍爾傳感器的功能特性,可知其輸出電壓與被測量物體的轉速之間各自保持獨立性,不存在任何關系。實際工作中通過轉換機制的使用可獲得脈沖信號。滿足實際測量作業的具體要求。間接地擴大了其在汽車轉速器方面的實際應用范圍。


  汽車轉速傳感器測量轉速過程中被測轉子將會在傳感器的作用下引起磁場變化。具體表現在:當被測轉子穿過霍爾元件周圍的磁場線較為稀疏時,磁場弱;當被測轉子穿過磁力線較為集中的區域時,磁場相對較強。結合這種磁力線分布不同而引起磁場變化的原理,可制成性能可靠的霍爾式轉速傳感器,實現對汽車轉速變化的有效測量。霍爾式轉速傳感器處于正常的工作狀態時,其中的磁力線密度將會發生變化,傳感器感應元件在這些變化磁力線的作用下將會產生一定大小的霍爾電壓,并經過轉換得到交變電信號,并在內置電路的作用下逐漸放大信號,最終得到矩形脈沖信號[2]。


  霍爾式轉速器測量依賴于磁場變化。使用中若遇到非鐵磁材質設備時,需要在被測元件指定的位置處安裝磁鐵物質,逐漸改變傳感器使用時周圍磁場,促使物質的運動狀態能夠被霍爾轉速傳感器及時地捕捉到,實現對汽車轉速的有效測量。相比光電式轉速傳感器,霍爾式轉速傳感器具有這些方面的優勢:①轉速變化不會影響輸出電壓;②可以檢測到1000km/h汽車發出的信號頻率,使用中的頻率響應相對較高;③具有良好的抗干擾性能,測量精度高,不會受到各種環境因素的明顯干擾。


  2.2汽車點火系統方面的應用

  結合汽車點火系統的工作原理,可知其正常運行依賴于霍爾信號發生器。由于其設計過程中主要采用了霍爾原理,則也將這種點火系統稱為霍爾式電子點火系統。

  霍爾信號發生器的工作原理是:當霍爾發生器同時受到直流電流與磁場的作用時,才會使發生器中產生電壓信號。在這種信號的作用下汽車系統將會產生點火信號,進而觸發點火系統。


  霍爾發生器的工作原理圖如圖2所示。轉子葉片在永久磁鐵與霍爾發生器之間發生動作時,由于此時的磁力線將會被葉片遮擋,致使霍爾元件周圍的磁感應強度基本可以忽略不計,不會產生電壓;隨著轉子葉片轉動,當其在霍爾發生器與永久磁鐵之間發生動作時,此時的磁力線將會在霍爾元件周圍發生作用,促使霍爾元件周圍的磁感應強度逐漸加大,最終輸出了霍爾電壓,為汽車點火控制系統的構建提供了參考依據:汽車發動機正常工作時,通過轉子葉片的不斷轉動,將會產生變化的電壓信號,并在內部集成電路的作用下得到一定的方波信號。此時的方波信號將作用于點火控制系統,促使系統能夠正常地運行[ 畢業論文:http://www.dblkec.live/ ]。


  2.3汽車位置傳感器方面的應用

  這種傳感器包含的內容豐富,像凸輪軸位置傳感器、加速踏板位置傳感器等,隸屬于汽車位置傳感器的范疇。現階段霍爾位置傳感器的實際應用范圍正在擴大,在汽車位置測量方面取得了良好的作用效果。


  汽車中霍爾型節氣門位置傳感器主要是由磁體與霍爾元件組成的。該傳感器正常工作時與節氣門軸相連,隨著節氣門的轉動而轉動。若節氣門打開時,其附著的磁體將會處于轉動的工作狀態,致使霍爾元件周圍的磁通量發生變化,進而產生了變化的電壓信號。在可靠的設計方案支持下,可以使霍爾元件磁鐵變化中霍爾電壓以線性方式逐漸地變化,最終實現了節氣門開度測量。霍爾式節氣門位置傳感器正常工作時主要采用的是無接觸方式,成本低,長期使用中性能狀況良好、測量精度高、故障發生率低、具有可靠的系統輸出信號,客觀地決定了其在汽車生產制造中的廣泛使用。


  3結束語

  綜上所述,霍爾效應在汽車傳感器應用中取得了良好的作用效果,有利于延長傳感器的使用壽命,推動傳感器技術的快速發展。同時,結合未來汽車行業的實際發展要求,應注重強抗干擾性、結構簡單等優點的霍爾傳感器的有效使用,實現汽車各系統組成結構工作性能的不斷優化,保持汽車正常使用的高效性,增強傳感器長期工作中的性能可靠性。


  參考文獻

  [1]印友軍.基于霍爾原理的非接觸式位置傳感器的研究與應用[D].上海:上海交通大學,2012:3-5.

  [2]李閃,周軍.霍爾傳感器在汽車電子中的應用[J].湖南農機,2011,(03):64-65.


  來源:科學與信息化 2016年29期

  作者:王利鋒


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