霍爾傳感器在柴油機(jī)低溫起動中的應(yīng)用

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結(jié)構(gòu)原理

頁面更新時間：2016-02-28 09:05

0引言
　　
　　國標(biāo)規(guī)定:柴油機(jī)低溫起動時間小于30s;起動電機(jī)的起動電流達(dá)到600A時,起動電壓不小于8V;此時起動轉(zhuǎn)速要達(dá)到200r/min,這樣才能良好起動。因此對起動電機(jī)電壓、電流和柴油機(jī)起動轉(zhuǎn)速能進(jìn)行準(zhǔn)確快速檢測顯得非常重要。測量電流、電壓、轉(zhuǎn)速的傳感器很多,如:分流、分壓電位器,互感器,光電式等。但它們都很難適應(yīng)柴油機(jī)的低溫工作環(huán)境。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn):目前最理想的元件應(yīng)是霍爾傳感器,它可以傳送數(shù)百千兆頻率的各種形狀的電流、電壓及脈沖信號,并且精度高、線性度好、響應(yīng)快、頻帶寬及過載能力強(qiáng)。故基于霍爾傳感器工作原理,設(shè)計了柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)的霍爾電壓、電流和轉(zhuǎn)速傳感器,并對其信號處理電路的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配;介紹了柴油機(jī)低溫起動試驗(yàn)方案;進(jìn)行了柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)低溫起動電壓、起動電流、起動轉(zhuǎn)速的性能試驗(yàn),最終證明了霍爾傳感器能夠準(zhǔn)確測試柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速信號,完全能滿足柴油機(jī)低溫起動性能要求。
　　
　　1傳感器的設(shè)計
　　
　　依據(jù)霍爾電流閉、開環(huán)傳感器工作原理[6-8],研發(fā)了霍爾型的電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器,分別如圖1、圖2、圖3所示。
　　
　　圖1圖2
　　
　　霍爾電流、電壓傳感器均由初級線圈、次級線圈、外殼、插孔等主要部件構(gòu)成。由圖1知:霍爾電流傳感器的插孔1、2、3、4端分別接+15V、-15V、起動機(jī)電壓、地線。OFS是零點(diǎn)調(diào)節(jié)旋鈕;GIN是幅度調(diào)節(jié)旋鈕。由圖2知:霍爾電壓傳感器的1、2兩端分別接負(fù)、正兩個輸入信號,M、+、-分別接信號輸出端、+15V、-15V.由圖3知:霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是利用霍爾開關(guān)以觸發(fā)方式測柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作機(jī)理:由于柴油機(jī)飛輪磁圈上粘貼多對小磁鋼,霍爾開關(guān)固定在小磁鋼附近。飛輪以角速度ω旋轉(zhuǎn)時,當(dāng)一個小磁鋼轉(zhuǎn)過霍爾開關(guān)集成電路,霍爾開關(guān)便產(chǎn)生一個相應(yīng)的脈沖。檢測出單位時間的脈沖數(shù),即可確定柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。
　　
　　圖3霍爾轉(zhuǎn)速傳感器
　　
　　2匹配參數(shù)
　　
　　圖4是柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)電路原理圖。由圖知:霍爾型的電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器所檢測的信號先通過測量電阻Rm分壓處理,再經(jīng)信號調(diào)理模塊進(jìn)行多信號優(yōu)化處理,最后經(jīng)A/D輸送到計算機(jī)。由此可見,優(yōu)化選取測量電阻是該電路系統(tǒng)的關(guān)鍵。根據(jù)波峰因素,測量電阻Rm在100～800Ω內(nèi)選取。結(jié)合霍爾型電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器的性能特點(diǎn),通過不斷地電路調(diào)試優(yōu)化得到:Rm1=275Ω;Rm2=410Ω;Rm3=750Ω.
　　
　　圖4柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)電路原理圖
　　
　　3試驗(yàn)
　　
　　3.1試驗(yàn)方案
　　
　　圖5是柴油機(jī)低溫起動試驗(yàn)方案圖。試驗(yàn)在低溫起動試驗(yàn)室中進(jìn)行,溫度可由制冷機(jī)組控制,溫度在-40～0℃之間設(shè)定,誤差不超過±015℃.進(jìn)氣、潤滑油、電解液、冷卻液等溫度信號用Pt100型溫度傳感器檢測,并采用SKE-32AD穩(wěn)定巡測儀進(jìn)行監(jiān)測。轉(zhuǎn)速、電壓、電流等信號用霍爾傳感器檢測,經(jīng)電控單元來控制柴油機(jī),并由DAQP-308型柴油機(jī)瞬態(tài)參數(shù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信號采集。利用該試驗(yàn)方案,采用霍爾型的電流、電壓主、轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行了柴油機(jī)低溫性能試驗(yàn)。
　　
　　圖5柴油機(jī)的低溫起動電流試驗(yàn)方案
　　
　　3.2霍爾電流傳感器的性能試驗(yàn)
　　
　　在柴油機(jī)低溫起動試驗(yàn)中,霍爾電流傳感器用來檢測蓄電池的瞬態(tài)電流I,即供柴油機(jī)低溫起動的電動機(jī)電流。用霍爾電流傳感器檢測出起動過程的瞬態(tài)電流I與起動時間t的性能曲線如圖6所示。由圖6知:在預(yù)熱階段0～2s、起動末段24～30s,瞬間電流約在4～5A內(nèi)變化,測得電流波動率為0.125%,完全滿足柴油機(jī)低溫起動的性能要求。在2～24s起動階段內(nèi),瞬時電流在220～680A范圍內(nèi)變化,且測得電流波動率為0.122%,因此,所設(shè)計的霍爾電流傳感器的動態(tài)響應(yīng)、靈敏度等性能完全滿足柴油機(jī)低溫起動要求。
　　
　　圖6柴油機(jī)低溫起動性能曲線
　　
　　3.3霍爾電壓傳感器的性能試驗(yàn)
　　
　　在柴油機(jī)低溫起動試驗(yàn)中,霍爾電壓傳感器用來檢測蓄電池的瞬態(tài)電壓U.依據(jù)霍爾電壓傳感器檢測出起動過程中的瞬時電壓U與起動時間t的性能曲線如圖7所示。由圖7知:在整個起動過程中,起動電壓大于816V,滿足柴油機(jī)低溫起動的性能要求。在預(yù)熱0～2s內(nèi),蓄電池的瞬時電壓在1218～1115V之間變化;起動末段24～30s內(nèi),瞬間電壓基本維持1115V不變。電壓波動率為0.135%;在2～24s起動階段內(nèi),瞬時電壓在816～1115V之間變化,此時電壓波動率為0.12%,因此,所設(shè)計的閉環(huán)霍爾電壓傳感器的動態(tài)響應(yīng)、靈敏度等性能完全滿足柴油機(jī)低溫起動的性能要求。
　　
　　圖7柴油機(jī)的低溫起動電壓性能曲線
　　
　　3.4霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的性能試驗(yàn)
　　
　　把霍爾轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)用于柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng),進(jìn)行柴油機(jī)低溫起動轉(zhuǎn)速的性能試驗(yàn),得到起動轉(zhuǎn)速與起動時間的性能曲線如圖8所示。由圖8知:起動倒拖的柴油機(jī)最大轉(zhuǎn)速為400r/min,拖動平均轉(zhuǎn)速為280r/min,起動時間為20s,這些參數(shù)使柴油機(jī)很好地實(shí)現(xiàn)了低溫起動,同時也證實(shí)了霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的動態(tài)響應(yīng)、線性度、靈敏度等性能完全能夠滿足低溫起動系統(tǒng)要求。
　　
　　圖8柴油機(jī)低溫起動轉(zhuǎn)速性能曲線
　　
　　4結(jié)束語
　　
　　(1)所設(shè)計的霍爾型起動電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器工作可靠,動態(tài)響應(yīng)快,線性度和靈敏度比較高。能夠?qū)π阅軈?shù)進(jìn)行低溫快速、準(zhǔn)確檢測。
　　
　　(2)利用所設(shè)計的霍爾電流、電壓、轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行柴油機(jī)低溫起動實(shí)驗(yàn),最大起動電流達(dá)到680A,起動電壓大于816V,起動倒拖的柴油機(jī)最大轉(zhuǎn)速為400r/min,拖動平均轉(zhuǎn)速為280r/min,起動時間為10s,這些性能完全滿足柴油機(jī)低溫起動系統(tǒng)要求。
　　
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