Потенциометрические и на эффекте Холла датчики угла поворота в электронных и автоматических системах

В электронных и автоматических системах управления, например автоматической парковки автомобиля, нашли широкое применение датчики потенциометрического типа и на эффекте Холла.

Свойства потенциометрических датчиков угла поворота имеют следующие основные характеристики и определения (рис. 5.15):

• полный механический диапазон (угол поворота) подвижной системы датчика;

= 9°° ^

-?

Фгпах = 120°

фїп= 80° ?

?

Рис. 5.15. Типичная линейная выходная характеристика автомобильного аналогового датчика положения дроссельной заслонки:

ІІ — выходное напряжение; ср — механический угол поворота; ?/тах, Г/тіп — ограничивающие уровни; фцп — линейный участок кривой (рабочая зона); Фе(Г — эффективный электрический угол (полный диапазон); сртах — максимальный механический диапазон угла вращения; и — среднеквадратическое напряжение; / — идеальная выходная характеристика; 2,3 — границы допусков нелинейности

  • • полный диапазон или полная шкала — линеиныи участок выходной характеристики или эффективный электрический угол поворота подвижной системы;
  • • функциональный диапазон — участок наибольшей линейности, рекомендуемый в спецификации датчика;
  • • чувствительность к угловому или линейному перемещению S, определяемая как единичное приращение (наклон или фактор масштаба) кривой Дф, или ДS- S = Д?/вых/Дф, или S = A(JBblx/AS, где ДUBblx приращение напряжения датчика;
  • • среднеквадратическое напряжение UQq среднее напряжение из ограничительных уровней (среднее из магнитного диапазона для магнитоуправляемых датчиков);
  • • смещение характеристики — отклонение по оси выходного напряжения от теоретического нулевого значения, например взятого при температуре Т в сравнении со значением 25 °С:

Л и _иЩТ)~и 0ф(25°С).

au0q(&T)--~->

А (25 °С)

• линейность (то же, что нелинейность, или ошибка линейности) — отклонение от пропорциональной линейной функции (прямой линии), выраженное в процентах верхнего или нижнего предела измерительного диапазона (полной шкалы):

L+ =-t/max ~ U<[1]--100%;

2 (0,75t/max-i/0„)

L- =-С/та> ~ U 04--100%;

  • 2 - (0.75?/тах - ?/)
  • • симметричность характеристики:

с _ ^тах - ^0«р .

т ~Tj Г77 ’

ии min

А U

0 <р(ДК)

^0 (р (Vcc) / ^0 ф (5 В )

VCC/5B

•100 %; АА(ДК) =

S(Vcc)/S(W)

VCC/5B

•100 %

и другие важнейшие характеристики, например разрешение и повторяемость, что особенно важно для датчиков с реверсом, магнитная чувствительность (для магнитоуправляемых датчиков) ,5М = Д?/вых/Д?, температурная чувствительность или температурный дрейф смешения, для большинства магнитоуправляемых датчиков эквивалентный точности, дрейфы чувствительности к перемещениям:

•100% магнитной чувствительности и т. д.

Датчики положения не могут иметь простую конструкцию, как, например, бесконтактные датчики угловой скорости. Из анализа физических эффектов конструктивная схема устройств этого типа предполагает механическое задание нулевого положения датчика и в ряде случаев ограничение максимальной измеряемой величины, в том числе угла, если не требуется измерять угол поворота 360° в несколько оборотов. Эти особенности учтены в корпусе датчика — нулевым положением считается положение подвижной системы датчика, когда ось дроссельной заслонки совмещается с выступами в установочной втулке датчика.

Установочная втулка или установочный вал датчика в общем случае будут иметь ориентирующие выступы или паз, которые при установке датчика совмещаются с пазом или выступами на оси вала дроссельной заслонки.

При вращении вала управляющего привода установочный компонент осуществляет вращательное движение внутри неподвижного корпуса датчика, жестко закрепленного, например, на двух винтах. В датчиках линейного положения предусмотрена аналогичная механическая связь вала с линейно перемещаемым дросселем.

Поскольку не удается полностью избавиться от механических контактов, датчики положения не могут иметь теоретически бесконечный срок службы, как бесконтактные датчики угловой скорости ферромагнитного зубчатого ротора. Надежность датчиков оценивается в миллионах полных циклов работы до их наработки на отказ и в системах с ограниченным углом (<360°) составляет обычно более 1 млн циклов. Для повышения надежности в корпус датчика вводится пружина, работающая на кручение или растяжение—сжатие в линейных датчиках, а для обеспечения строгих допусков крайние положения рабочего хода дублируются, например, ограничительными ребрами. Следует отметить, что в типичных конструкциях имеются существенные ограничения на допустимый крутящий момент, прикладываемый к корпусу датчика в течение срока его ресурса (обычно не более 120 Н мм), и возвратный момент пружины (порядка 20... 120 Н мм).

Корпус является несущей частью, на которой расположен активный движок потенциометрического датчика, или магнит, или другой компонент в бесконтактных датчиках.

Схема потенциометрического датчика положения рулевого колеса (а) и его выходное напряжение в зависимости от угла поворота 9 (5)

Рис. 5.16. Схема потенциометрического датчика положения рулевого колеса (а) и его выходное напряжение в зависимости от угла поворота 9 (5):

1...4 — выводы датчика; 5— резистивный слой

Схема потенциометрического датчика угла поворота рулевого колеса приведена на рис. 5.16.

На рис. 5.17 приведена конструктивная схема датчика угла поворота рулевого колеса с элементами Холла. Угол поворота определяется с помощью кодирующего диска 2, который через редуктор 4 механически связан с осью рулевого колеса. В соответствии с кодом сигнала датчика микроконтроллер преобразует сигнал датчика в реакцию систем управления. Все данные с датчика повторяются после полного поворота влево или вправо рулевого колеса. Таким образом, информация от датчика состоит из текущего показания, прибавленного к количеству полных оборотов вала рулевого колеса в ту или иную сторону. Движение рулевого колеса отслеживается даже при неподвижном автомобиле, так как на датчик подается напряжение даже при выключении питания электронного блока управления за счет интегрированной в него программы, основанной на скорости вращения вала рулевого колеса и текущем показании датчика. Достаточно повернуть 2...3 раза рулевое колесо до упора влево и вправо при непод-

Конструктивная схема датчика угла поворота рулевого колеса с элементами Холла

Рис. 5.17. Конструктивная схема датчика угла поворота рулевого колеса с элементами Холла:

1 — диск с девятью постоянными магнитами; 2 — кодирующий диск; 3 — диск с элементами Холла; 4 — шестерня редуктора передачи поворота рулевого колеса, соединенный с кодирующим диском 2] 5 — корпус датчика; 6 — соединительная

втулка

вижном автомобиле, чтобы восстановить способность датчика к измерениям.

Все рассмотренные выше датчики имеют интегрированные в их конструкцию микроконтроллеры, обеспечивающие преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму.

  • [1] чувствительность к напряжению питания и ратиометричность («гаП-Ю-гаП») — пропорциональность напряжению питания чувствительности и среднеквадратического напряжения:
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >