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基于霍爾傳感器的機(jī)油壓力檢測裝置
摘 要 利用霍爾傳感器工作頻帶寬、響應(yīng)速度快、測量精度高的特性，設(shè)計(jì)出了一種精度高、穩(wěn)定性好，帶低壓自動報(bào)警功能的的油壓檢測裝置。
關(guān)鍵詞 霍爾效應(yīng) 油壓 檢測 傳感器
發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的機(jī)油壓力是一個(gè)關(guān)鍵性參量，對發(fā)動機(jī)運(yùn)行具有重要意義。檢測油壓的裝置有多種多樣，其性能好壞主要取決于傳感器類型，電阻式傳感器線性差、精度低、響應(yīng)慢，而利用霍爾傳感器則可有效提高檢測裝置的性能。
1、霍爾傳感器的基本原理
霍爾傳感器工作的理論基礎(chǔ)是建立在帶電粒子在磁場中運(yùn)動所產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)基礎(chǔ)上的，霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動電荷受磁場力、電場力作用的結(jié)果。霍爾器件是由半導(dǎo)體材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場B，在沿平面方向兩端加外電場，則使電子在磁場中運(yùn)動，結(jié)果在器件的兩個(gè)側(cè)面之間產(chǎn)生霍爾電勢。其大小取決于外磁場的強(qiáng)度及電流的大小成，實(shí)驗(yàn)和理論證明，在磁場不太強(qiáng)時(shí)，霍爾電勢與電流大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。
U*K.I.B
式中，U為霍爾電勢;
I為載流體中的激勵電流(控制電流);
B為磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度;
K為霍爾器件的靈敏度系數(shù)。
利用霍爾電勢正比于控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的關(guān)系，可分別使其中一個(gè)量保持不變，另一個(gè)作為變量;或者兩者都作為變量。霍爾器件具有對磁場敏感，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，頻帶響應(yīng)寬，動態(tài)特性好，輸出電勢變化范圍大，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此在測試技術(shù)、自動化技術(shù)和信息處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。
2、檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)油壓力檢測裝置由傳感器、指示器和連接導(dǎo)線組成。
傳感器的進(jìn)油口連接一條專用油管，油管的另一端與發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的接口相連接。油壓傳感器主要由兩個(gè)彈簧管、霍爾器件、電路板、外殼和電線插座組成。兩個(gè)彈簧管按上下位置平行安裝，下面彈簧管的一端固定在底座上，其管口與底座上的進(jìn)油口相通，另一端懸空，并且封死。上面彈簧管的一端也固定在底座上，另一端懸空但不封口。在下面彈簧管懸空的一端安裝一個(gè)永久磁鋼，上面彈簧管懸空的一端安裝一個(gè)霍爾器件。霍爾器件與永久磁鋼之間的間隙約1毫米，電路板上有集成電路、電容器、電阻等。
油壓指示器主要由十字線圈組件、電路板組件、發(fā)光刻度盤組件、指針組件、外殼和電線插座等組成。電路板上裝有集成電路、穩(wěn)壓器和超限報(bào)警發(fā)光管十字線圈組件外部是交叉安裝的兩組線圈，線圈中間位置有帶軸的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子為一圓形永久磁鋼，指針安裝在轉(zhuǎn)子軸的頂端。
3、檢測裝置的工作原理
3.1油壓測量原理
當(dāng)發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的機(jī)油在一定壓力下進(jìn)入傳感器內(nèi)下面的彈簧管時(shí)，由于該彈簧管一端是懸空的，在機(jī)油壓力作用下，懸空的一端將產(chǎn)生微小的變形，從而使安裝在該端上的永久磁鋼與安裝在另一彈簧管上的霍爾器件之間的間隙加大。兩者距離的變化就會引起磁場強(qiáng)度的變化，進(jìn)而引起霍爾器件上感應(yīng)電壓信號的變化。機(jī)油壓力越大，兩者之間的距離則越大，霍爾器件上輸出的電壓就越大。
霍爾器件產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)傳感器內(nèi)部集成運(yùn)算放大器進(jìn)行處理后，通過連接導(dǎo)線輸出到指示器，經(jīng)集成電路進(jìn)行函數(shù)轉(zhuǎn)換，分別轉(zhuǎn)換成正弦電壓信號和余弦電壓信號，并分別送入十字線圈的相應(yīng)線圈中，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的合成磁場與轉(zhuǎn)子上的永久磁鋼相互作用，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子帶動指針轉(zhuǎn)動，指示出相應(yīng)的機(jī)油壓力。
為保證霍爾傳感器產(chǎn)生相互更具線性化，在傳感器中設(shè)置了恒流源。
油壓傳感器的工作溫度跨度很大，在高溫和低溫狀態(tài)，傳感器中彈簧管的機(jī)械形變有很大差別，這樣勢必使永久磁鋼與霍爾之間的距離難以控制。為了盡可能消除工作溫度變化對傳感器輸出所產(chǎn)生的干擾，在傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了兩個(gè)彈簧管上下放置，這樣，不論是高溫還是低溫，兩個(gè)彈簧管同步膨脹或收縮，有效起到了溫度補(bǔ)償作用。
3.2超限報(bào)警原理
在油壓指示器中設(shè)計(jì)了超限報(bào)警環(huán)節(jié)。電壓比較器采集傳感器的輸出電壓，并將其與設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，當(dāng)油壓高于報(bào)警點(diǎn)時(shí)，比較器輸出高電平，發(fā)光二極管不亮;當(dāng)油壓低于報(bào)警點(diǎn)時(shí)，比較器輸出低電平，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，提醒駕駛員停車檢查。報(bào)警油壓值可通過電位器設(shè)定和調(diào)整。
參考文獻(xiàn)：
[1] 常健生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2001(1).
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