Датчик оборотов двигателя для контроллера

Датчик оборотов двигателя для контроллера

Понадобилось на работе контролировать обороты двигателя. Решили использовать датчик Холла. На муфту установленную на валу двигателя приклеили пару неодимовых магнитов. Для датчика Холла сделали схему на компараторе, чтобы фиксировать моменты прохождения магнита напротив датчика. Схема приведена на рис.1


Рис. 1 Принципиальная схема тахометра

Описание работы

Датчик Холла AHSS49 на каждый проход магнита, закрепленного на валу двигателя формирует импульс амплитудой около 1 вольта, со смещением относительно земляной шины на +2,5 В.

Полученный сигнал поступает на вход компаратора IC1 LM311, который формирует управляющие импульсы для выходной опто-развязки OC1 PC817, выход которой присоединяется ко входу контроллера, подтянутому через сопротивление 1-2 кОм к питанию контроллера. В промышленных контроллерах, такие резисторы предустановлены и требуется только конфигурирование входных цепей. Порог срабатывания компаратора IC1 настроен на напряжение 2,6 В. Настраивая компаратор на более высокое напряжение можно получить более узкие импульсы на выходе — это связано с тем, что импульсы на выходе датчика Холла имеют форму близкую к треугольной.

Конденсаторы С1, С2 предназначены для снижения импульсных помех и исключения ложных срабатываний компаратора.

Схема была смакетирована на самодельной монтажной плате см. рис.2 Для публикации была подготовлена разводка печатной платы см. Приложения к статье.


Рис.2 Макет схемы усиления сигнала датчика Холла

Установка датчика около муфты вала двигателя см.рис.3 Датчик Холла был установлен таким образом, чтоб при прохождении магнитов установленных на муфте они оказывались на расстоянии пимерно 5 мм напротив датчика Холла. При установке на валу двух магнитов результирующая частота на выходе платы удваивается. При установке 4 магнитов возрастает в 4 раза. Большее число магнитов устанавливается для подсчета частоты вращения низко-оборотных двигателей. Соответственно, при измерении частоты вращения двигателя результат делится на число магнитов установленных на валу двигателя.


Рис.3 Установка датчика на кронштейне вблизи муфты на валу двигателя

Выход тахометра может быть организован несколькими способами в зависимости от решаемых задач

Схема приведенная на рис. 1 при работе с промышленными контроллерами может не дать устойчивого срабатывания на каждый импульс поскольку 2 p-n перехода опто-развязки PC817 при полном открытии будут давать падение напряжения около 1 В. И , в этом случае, дискретные входы пром.контроллера выполненные на КМОП микросхемах будут срабатывать неустойчиво, в этом случае имеет смысл реализовать схему выхода на полевом N-канальном транзисторе. Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе приведен на рис.4 . Для управления полевым транзистором пришлось задействовать дополнительный вход контроллера (клемма Х1). В случае если входов контроллера для этого не хватает, можно использовать дополнительный источник питания + 5В, подключив его к клемме Х1. Рабочий вход (клемма Х2) замыкается полевым транзистором и сформированные импульсы поступают на вход контроллера Х2.


Рис.4 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе с дополнительной гальванической развязкой

Если дополнительная гальваническая развязка выхода не нужна, можно использовать схему рис.5


Рис.5 Вариант схемы с выходом на полевом N-канальном транзисторе без дополнительной опторазвязки

Рис. 6 Осциллограмма выходного сигнала для варианта схемы см. рис. 4

ИК датчик в счетчике оборотов двигателя

  • Цена: $0.37 + $0.72 доставка
  • Перейти в магазин







Для работы индикатора применяется простая и удобная библиотека SevSeg, 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 библиотеку FreqMeasur. 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.

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.

Следующий обзор я посвящу контроллеру станка, его доработке и настройке.
Весь мой путь от старого к новому станку есть в моем блоге.

Atmel U211B — контроллер оборотов двигателя от стиралки для домашнего станка

Моя новая датагорская статья посвящена теме о превращении электродвигателя от стиральной машины в электропривод с поддержанием частоты оборотов и набором защит для небольшого токарного станочка.

Хитрый и полезный чип Atmel U211B нам в помощь. У кого имеется старый движок без дела — смело к паяльнику. Далее описана практическая реализация контроллера для его запуска и регулировки оборотов.

Содержание / Contents

  • 1 Интро
  • 2 Мой двигатель от стиралки
  • 3 Датчик оборотов
  • 4 Электроника. Почему Atmel U211B?
  • 5 Настройка контроллера оборотов и защиты
  • 6 Электродвигатель в работе, фото и видео
  • 7 Файлы

↑ Интро

Всё началось с удачного приобретения: маленького токарного станочка. Точный, не раздолбанный грубым обращением, но вот с приводной частью была беда. Предыдущий владелец использовал, по всей видимости, обычный асинхронный двигатель, а обороты регулировал перекидыванием ремня с одной пары шкивов на другую. Это лучше, чем ничего, но всё-таки далеко не самый правильный подход.

Нам хотелось иметь возможность регулировать обороты в широких пределах, что позволяет обрабатывать заготовки разных диаметров с одинаковой лёгкостью.

↑ Мой двигатель от стиралки

ВНИМАНИЕ! Нельзя включать двигатели с последовательным возбуждением без нагрузки и без регулятора оборотов. У них теоретически нет такого понятия, как обороты холостого хода. Двигатель может раскручиваться до чудовищных оборотов, т. е. уходить вразнос.
Если хотите проверить работоспособность двигателя, можно ткнуть на секунду. Надолго оставлять нельзя!

↑ Датчик оборотов

Это просто маленький генератор переменки. Задача состоит в том, чтобы подсчитать количество импульсов, если по каким-то причинам они следуют слишком медленно, контроллер «поддает газу» пока обороты не придут в норму.
Благодаря обратной связи можно крутить двигатель даже очень медленно, не теряя в крутящем моменте.

Читайте также  Соединение СИП и ВВГнг

Не забывайте, чтобы дать значительную нагрузку двигателю, нужно использовать дополнительный вентилятор охлаждения, т. к. производительности родной крыльчатки на низких оборотах не хватает.

↑ Электроника. Почему Atmel U211B?

Микросхема U211B от Atmel обещала точно такой же функционал, но схема немного проще, плата немного проще, настройка существенно проще.
Смотрите сами:

Существуют версии схемы на U211B для работы с оптическими датчиками и датчиками Холла. Примеры различных применений можно найти в документации на микросхему (см. архивы к статье). Тех, кто хочет глубже разобраться в теме, ещё раз отсылаю к даташиту.

↑ Настройка контроллера оборотов и защиты

Честно говоря, нельзя наверняка сказать, что эта схема идеально подойдет вашему двигателю.
Дело в том, что двигатели всё-таки, при всей своей похожести, разные и чтобы всё работало правильно, нужно внимательно вчитаться в даташит и высчитать каждый номинал. Каюсь, я не стал этого делать. Уже надоела вся эта возня с TDA1085 , хотелось просто включить и услышать наконец работу мотора! Я внес изменения только в той части, которая отвечает за вход с датчика и подобрал R3, R16, R17 и С11. Прокатило, как ни странно.

Резистор R4 (0,47 Ома 2 Вт) играет роль токового шунта, по нему защита определяет перегрузку. Он выбирается в зависимости от мощности двигателя по формуле из даташита. У меня резистор набран из двух 5-ваттных «белых кирпичей» по 0,22 Ома последовательно. Уж что было под рукой в момент сборки.

Подстроечник R8 задаёт чувствительность защиты. Мне пришлось его открутить почти до конца вправо, похоже номинал R4 всё-таки великоват. На среднем положении R8 двигатель вообще не стартовал.

Подбором R16, R17 устанавливаются минимальные и максимальные обороты.

Подстроечник R10 задаёт минимальное напряжение на двигателе. Если вы даже закоротите R16 и переменником R15 выставите обороты в ноль, мотор будет продолжать крутиться от этого напряжения, но без стабилизации оборотов.

Если вал двигателя остановить, контроллер это поймет и попытается его перезапустить импульсами полной мощности. Сначала короткими, потом более длинными.

С11 — задающий элемент преобразователя частоты в напряжение. В зависимости от того, сколько импульсов на 1 оборот дает датчик, он может отличаться в очень широких пределах. В нашем случае 22 нФ работает нормально.

↑ Электродвигатель в работе, фото и видео





На видео есть попытка дать нагрузку на вал рукой. Не повторяйте такого хулиганства, не нарушайте ТБ!

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Урок 73. ПИД-регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока. Разработка аппаратной части.

Первый из серии уроков, посвященных разработке регулятора скорости вращения коллекторного двигателя постоянного тока. Рассматривается аппаратное подключение двигателя к плате Ардуино.

Игорь из Москвы заказал мне разработку контроллера- регулятора скорости вращения двигателя постоянного тока.

Это продолжение бесконечной разработки интеллектуального сверлильного станка. Сначала я написал для него общую управляющую программу. Затем мы создали электронный прицел для станка на OSD-генераторе. Пришла очередь до двигателя, который вращает шпиндель.

Используется коллекторный двигатель постоянного тока мощностью 500 Вт и номинальным напряжением 100 В. Необходимо задавать и стабилизировать его скорость вращения.

Тема показалась мне очень интересной, и я решил в качестве уроков описать последовательность своих действий по разработке контроллера двигателя. Тем более в интернете эта тема ограничивается теоретическими рассуждениями.

Должен получиться учебный материал на несколько разных тем:

  • аппаратное подключение двигателя постоянного тока к Ардуино;
  • измерение частоты и периода сигнала ;
  • управление нагрузкой с помощью ШИМ;
  • ПИД-регулятор;
  • этапы разработки подобных устройств.

Кроме того, я надеюсь, что получится законченный аппаратно-программный блок – ПИД-регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока. Его можно будет использовать в различных приложениях.

У Игоря используется достаточно мощный мотор 500 Вт, с номинальным напряжением питания 100 В. У меня такого двигателя нет. Поэтому я проведу разработку и испытания на компьютерном вентиляторе с номинальным напряжением 12 В. Не сомневаюсь, что все написанное и разработанное будет справедливо и для гораздо более мощных устройств. По крайней мере, Игорь проверит контроллер на 500 ваттном моторе.

Аппаратное подключение двигателя постоянного тока к Ардуино.

Существуют две основные задачи:

  • Необходимо управлять двигателем, изменяя на нем напряжение, а значит и мощность. Т.е. нужно создать регулирующий элемент, с помощью которого регулятор будет изменять состояние двигателя, увеличивать или уменьшать его скорость вращения.
  • Надо измерять скорость вращения двигателя, чтобы регулятор мог ее контролировать.

Сошлюсь на Урок 39, раздел ”Общие сведения о регуляторах”. Там написано, что необходимо выделить:

  • регулируемый параметр – что мы регулируем;
  • регулирующий элемент – с помощью чего мы регулируем.

Аппаратную часть этих компонентов регулятора и будем разрабатывать в этом уроке.

Подключение двигателя к ШИМ Arduino.

Естественно для управления двигателем будем использовать ШИМ. Это значительно упростит схему, повысит КПД. Практически, независимо от мощности и напряжения мотора, для управления им достаточно одного ключа. Конечно, передельно-допустимые параметры ключа должны соответствовать двигателю. Для моего двигателя-вентилятора я выбрал такие элементы.

ШИМ с выхода Ардуино открывает и закрывает ключ, собранный на MOSFET-транзисторе. Можно, конечно, использовать и биполярный транзистор, но:

  • полевым проще управлять;
  • у него меньше падение напряжения в открытом состоянии, а значит он меньше греется;
  • в отличие от биполярного транзистора, он работает на высоких частотах 100 кГц и выше.

Я выбрал MOSFET-транзистор IRF7341: N-канал, 55 В, 4 А. Кроме предельно-допустимых параметров необходимо учитывать то, что транзистор должен быть низкопороговым, т.е. открываться при небольшом напряжении (не более 5 В). Иначе необходимо использовать дополнительный элемент – драйвер.

Диод в схеме абсолютно необходим. Двигатель – это индуктивная нагрузка, а иногда и электрогенератор. Поэтому при закрытии транзистора на выводах двигателя могут возникать броски высокого напряжения. Они должны замыкаться через диод, чтобы не сжечь транзистор.

В некоторых подобных схемах используют низкочастотные выпрямительные диоды, например, 1N4007. Это допустимо только для дискретного управления двигателем: включить или выключить. При управлении с помощью ШИМ, особенно с высокой частотой, диод должен быть высокочастотным, лучше с барьером Шоттки.

При закрытом транзисторе диод находится в открытом состоянии, через него течет ток размагничивания обмотки двигателя. Затем транзистор открывается. А диод закрывается только через время восстановления обратного сопротивления. Даже у “быстрых” (FR307) диодов это время составляет 150-500 нс, у “супербыстрых” 35 нс, а у выпрямительных 1N4007 этот параметр не нормируется. Представьте себе, что при частоте ШИМ 100 кГц 100000 раз в секунду будет происходить короткое замыкание. Это приведет к жутким помехам, уменьшению КПД и нагреву диода и транзистора.

При высоком напряжении все значительно усугубиться. В общем рекомендации по выбору диода:

  • Лучше всего диод Шоттки.
  • Если высокое напряжение (более 150 В) не позволяет использовать диод Шоттки, то лучшим вариантом будет карбидокремиевые диоды Шоттки.
  • Следующим приемлемым вариантом могут быть HEXFRED-диоды с ограничением обратного тока обратного восстановления;
  • На крайний случай остаются супербыстрые и ультрабыстрые диоды.
Читайте также  Как рассчитать мощность аккумулятора в ваттах?

У меня напряжение всего 12 В. Я выбрал диод Шоттки SS16.

Наверное, понятно, что меняя коэффициент заполнения ШИМ, мы будем изменять среднее напряжения на двигателе, я значит, и его мощность. Частоту ШИМ определим экспериментально.

Измерение скорости вращения.

Традиционным компонентом для измерения числа оборотов мотора служит датчик Холла. Это датчик, который показывает наличие магнитного поля, например, присутствие рядом с ним постоянного магнита. Для наших целей необходимы цифровые или дискретные датчики Холла. В отличие от аналоговых они срабатывают при превышении магнитным полем определенного порога и имеют гистерезис.

Конструкции измерителей скорости могут быть самыми разными. Можно закрепить на валу двигателя металлический диск с радиальными прорезями и использовать автомобильный датчик Холла.

Диск будет прерывать магнитное поле между датчиком Холла и постоянным магнитом. На прорезях магнитное поле будет проходить к датчику и таким образом, при вращении, будут формироваться импульсы.

Я поступил проще. Использовал дешевый, миниатюрный датчик Холла TLE4905L. В самых дорогих магазинах он стоит до 50 руб, а на АлиЭкспресс от 25 руб.

Это цифровой датчик Холла, настроенный на определенный порог магнитного поля. Он прекрасно срабатывает на расстоянии 8 мм от миниатюрного магнита диаметром 5 мм и толщиной 1 мм.

Конструкция измерителя очевидна. Я приклеил 2 магнита к диску вентилятора и над линией, по которой они двигаются при вращении, расположил датчик Холла.

Когда магниты проходят под датчиком, на его выходе формируются импульсы. Измерив частоту этих импульсов можно определить скорость вращения двигателя. На один оборот вырабатываются 2 импульса. Я использовал 2 магнита для того чтобы не нарушить балансировку вентилятора. Возможно, хватило бы и одного.

Как у датчика, так и у магнитов есть полярности. Поэтому перед тем, как устанавливать эти компоненты надо проверить в каком положении срабатывает датчик.

Датчик TLE4905L имеет выход с открытым коллектором. Он не формирует напряжение на выходе, а только замыкает или размыкает выход на землю. Со стороны приемника необходим внешний подтягивающий резистор.

Подключение датчика необходимо производить отдельными проводами. Все связи должны соединяться непосредственно на плате Ардуино. С точки зрения помехозащищенности это самое узкое место в системе.

Для задания скорости будем использовать переменный резистор. Подключим его к аналоговому входу платы Ардуино. Добавим еще сигнал включения/выключения двигателя и выход для тестовых импульсов. С помощью него будем проверять работу устройства без мотора.

С учетом всего вышесказанного окончательная схема контроллера-регулятора оборотов двигателя будет выглядеть так.

В реальных приложениях обороты можно задавать напряжением на аналоговом входе A0. Получится стандартный аналоговый интерфейс 0…5 В. Если необходим диапазон 0…10 В, то достаточно добавить резисторный делитель напряжения.

Состояние контроллера для отладки ПИД-регулятора будем передавать на компьютер через последовательный порт. Я разработаю программу верхнего уровня с регистрацией данных и отображением их в графическом виде. Регистратор значительно облегчает настройку любого ПИД-регулятора.

В следующем уроке начнем “оживлять” контроллер.

Датчик оборотов двигателя для контроллера

  • Аксессуары
  • Блоки питания для ПЛК и датчиков
  • Датчики и преобразователи давления промышленные
  • Датчики линейных перемещений и расстояний
  • Датчики оптические для специальных задач
  • Датчики положения
  • Датчики, реле потока воздуха и промышленных газов
  • Датчики, реле потока жидкости
  • Датчики температуры промышленные
  • Датчики ускорения — акселерометры
  • Датчики угла наклона — инклинометры
  • Датчики угловых перемещений, энкодеры, потенциометры
  • Датчики щелевые
  • Индикаторы, преобразователи и регуляторы
  • Мониторинг и диагностика
  • Расходомеры жидкости
  • Расходомеры сжатого воздуха и промышленных газов
  • Сигнализаторы уровня жидкости и сыпучих веществ
  • Сканеры штрих-кодов промышленные
  • RFID компоненты
  • Уровнемеры
  • Сигнальное оборудование
  • Безопасность на производстве
  • Промышленные интерфейсы
  • Системы освещения на производстве
  • Бесконтактные системы передачи данных
  • Аксессуары
  • Блоки питания для ПЛК и датчиков
  • Датчики и преобразователи давления промышленные
  • Датчики линейных перемещений и расстояний
  • Датчики оптические для специальных задач
  • Датчики положения
  • Емкостные датчики
  • Индуктивные датчики
  • Индуктивные датчики для контроля частоты вращения
  • Индуктивные датчики кольцевые
  • Магнитные датчики
  • Магнитные датчики для пневмоцилиндров
  • Оптические датчики диффузионные
  • Оптические датчики — однолучевые барьеры
  • Оптические датчики — многолучевые барьеры
  • Оптические датчики рефлекторные
  • Радарные датчики движения
  • Ультразвуковые датчики — однолучевые барьеры
  • Датчики касания и сенсорные кнопки
  • Датчики двойного листа и контроля склейки
  • Детекторы транспорта
  • Электромеханические выключатели
  • Все
  • IFM Electronic
  • Pepperl+Fuchs
  • Turck
  • Telemecanique

Каталог бесконтактных индуктивных датчиков предназначенных для контроля частоты вращения или числа оборотов вращающихся деталей механизмов. Компактный прибор в стандартном корпусе включает в себя микроконтроллер с настройкой точки переключения потенциометром или кнопкой.

Корпус: M18x1. Расстояние срабатывания: 12 мм. Монтаж: незаподлицо. Выходной сигнал: PNP NO/NC. Настройка параметров в пределах : 3. 6000 имп/мин. Задержка при включении: 0. 15 с. Температурный диапазон эксплуатации: -20. +80 °C. Материал корпуса: нержавеющая сталь. Питание: 10. 36 V DC. Подключение: разъем М12 4 pin.

Корпус: M18x1. Расстояние срабатывания: 8 мм. Монтаж: незаподлицо. Выходной сигнал: PNP NO/NC. Настройка параметров в пределах : 3. 6000 имп/мин. Задержка при включении: 0. 15 с. Взрывозащита: с ертификат ATEX, II 3D Ex tc IIIC T80°C. Температурный диапазон эксплуатации: -20. +50 °C. Материал корпуса: нержавеющая сталь. Питание: 10. 36 V DC. Подключение: разъем М12 4 pin.

Корпус: M30x1,5. Расстояние срабатывания: 10 мм. Монтаж: заподлицо. Выходной сигнал: NO. Настройка параметров в пределах : 50. 3000 имп/мин. Задержка при включении: 12 с. Температурный диапазон эксплуатации: -25. +80 °C. Материал корпуса: латунь, покрытая специальным слоем. Питание: 20. 250 V AC/DC . Подключение: кабель PVC, 2 м.

Корпус: M30x1,5. Расстояние срабатывания: 10 мм. Монтаж: заподлицо. Выходной сигнал: NO. Настройка параметров в пределах : 5. 300 имп/мин. Задержка при включении: 12 с. Температурный диапазон эксплуатации: -25. +80 °C. Материал корпуса: латунь, покрытая специальным слоем. Питание: 20. 250 V AC/DC . Подключение: кабель PVC, 2 м.

Корпус: M30x1,5. Расстояние срабатывания: 10 мм. Монтаж: заподлицо. Выходной сигнал: NO. Настройка параметров в пределах : 5. 300 имп/мин. Задержка при включении: 0,5 с. Температурный диапазон эксплуатации: -25. +70 °C. Материал корпуса: латунь, покрытая специальным слоем. Питание: 20. 250 V AC/DC . Подключение: кабель PVC, 2 м.

Корпус: M30x1,5. Расстояние срабатывания: 10 мм. Монтаж: заподлицо. Выходной сигнал: NO. Настройка параметров в пределах : 50. 3000 имп/мин. Задержка при включении: 12 с. Взрывозащита: с ертификат ATEX, II 3D Ex tc IIIC T80°C. Температурный диапазон эксплуатации: -20. +50 °C. Материал корпуса: латунь, покрытая специальным слоем. Питание: 20. 250 V AC/DC. Подключение: кабель PVC, 2 м.

Датчики частоты вращения двигателя

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.

Читайте также  Usb rs232 конвертер

Рис. Сигнал индуктивного датчика скорости вращения двигателя:

  1. Зуб
  2. Впадина
  3. 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.