Серед різноманіття безконтактних датчиків, невибагливості до зовнішніх умов, простоті виготовлення та довговічності найбільш привабливі індукційні (або генераторні) датчики.
На їх основі були створені різні прилади - від найпростіших, які реєструють лінійні переміщення, до складних, таких як системи запалювання з цифровим керуванням, системи вприскування палива, протиблокувальні гальмівні системи управління гальмами і т. п.
Зупинимося на процесі, що проходить в генераторному датчику. У найпростішому випадку датчик складається з котушки з обмоткою, сердечника з магнітомягкого заліза і магніту. Ці три компоненти складають статор датчика. Зі статором взаємодіє ротор у вигляді зубчастого диска або зубчастої рейки з кількістю зубців, що визначаються умовами застосування датчика (рис.1).
Puc.1
При обертанні ротора, в обмотці статора виникає змінна напруга. Коли один з зубців ротора наближається до обмотки, напруга в ній швидко зростає і, при збігу з середньою лінією обмотки, досягає максимуму, потім, при видаленні зуба, швидко змінює знак і збільшується у протилежному напрямку до максимуму. На наведеному графіку (рис.2) виразно видна велика крутизна зміни напруги, тому перехід між двома максимумами може бути використаний для управління електронними системами.
Puc.2
Величина напруги, що виробляється датчиком, залежить від частоти обертання ротора, числа витків котушки і величини магнітного потоку, що створюється постійним магнітом. Оскільки дві останні величини постійні, величина напруги індукованого досягає максимуму при максимальній частоті обертання. При конструюванні слід приділяти особливу увагу посиленню імпульсів при малій частоті слідування.
Сфера застосування подібних датчиків обширна, зупинимося на деяких прикладах.
Датчик гойдання або удару (рис.3)
На спіральної пружинки з тонкого дроту укріплений невеликий шматочок магнітомягкого заліза, при гойданні або поштовху він взаємодіє зі статором датчика, який виробляє серію аперіодичних імпульсів.
Puc.3
Ротометр (тахометр)
В датчику частоти обертання колінчастого вала двигуна (рис.4) статор датчика укріплений на кожусі маховика або на заглушці оглядового лючка - в безпосередній близькості від зубчастого вінця маховика. Прилад забезпечує найбільш точне визначення частоти обертання без вторгнення в ланцюзі системи запалювання.
Puc.4
Спідометр
Для вимірювання швидкості руху автомобіля зубчастий ротор зміцнюється на вихідному валу коробки передач або на блоці коробки передач замість гнучкого валу. Система дозволяє відмовитися від дорогого таходатчика або механічно малонадежного гнучкого валу (рис.5).
Puc.5
Одометр
Вимірювання шляху автомобіля проводиться за допомогою зубчастого диска, укріпленого на неприводном колесі (рис.6). Подібні датчики знайшли також застосування в автоматичній системі гальмування (ABS - AntiBlockSistem), що запобігає блокування коліс автомобіля і його занесення від "юза".
Puc.6
Склоочисник
Зубчастий сектор зміцнюється на редукторі. Прочитувані імпульси дозволяють плавно регулювати частоту ходу щіток в залежності від погодних умов.
Система запалювання
Генераторний датчик (рис.1) є основою системи запалювання фірми "BOSH".
У системі запалювання з цифровим керуванням "Імпульс-Технік" д-ра Хартига використовується зубчастий вінець маховика двигуна з додатковим зубом для отримання еталонного сигналу (рис.7). Дана система дозволяє досить точно регулювати момент запалювання.
Puc.7
Якщо повернутися до конструкції індукційного датчика, то слід зауважити, що якщо на швидкість обертання ротора впливають параметри вимірюваного середовища, то виникає питання про гальмує моменті, який чиниться магнітним полем постійного магніту. У цьому випадку вживаються заходи щодо збільшення моменту рушання (збільшують площу крильчатки). Якщо за умовами експлуатації не потрібно контролювати невелику частоту обертання, сердечник можна виконати з магнитотвердого матеріалу без додаткового магніту, і за рахунок залишкового магнетизму отримати достатню величину сигналу.
В якості прикладу можна навести параметри датчиків, які знайшли застосування в різних приладах.
Наприклад, осердя датчика виконується зі сталі (Ст1, Ст2, Ст3) 03...8 мм (рис.1). На сердечник напрессовываются щоки котушки 012...20 мм на відстані 10...15 мм один від одного. Сердечник під обмоткою ізольований фторопластовою плівкою. Обмотка котушки виконується внавал, до заповнення простору між щоками. Провід - ПЕВ-1 00,06...0,1 мм. Кількість витків виходить приблизно 2500...4000.
Довжина сердечника коливається від 12 до 35 мм. З одного боку сердечника передбачений майданчик для прикріплення анізотропного магніту. Зручними виявилися магніти від герконовий клавіатур. Вільний кінець сердечника виводиться з корпуса. Корпус датчика виконується з немагнітного матеріалу. Якщо вимагають умови застосування, датчик заливають компаундом.
Ротор, якщо його необхідно спеціально виготовляти, виконують з магнітомягкого матеріалу. Кількість зубців визначається з умов експлуатації. Зазор між статором і ротором повинен бути мінімально можливим.
Сигнал з датчика поступає на вхід простий електронної схеми (рис.8), що підсилює і формує сигнал для подальшого застосування в аналоговій або цифровій формі.
Puc.8
Слід згадати ще одну особливість подібних датчиків. Вони можуть зчитувати сигнал не тільки від спеціального ротора, це можуть бути зуби шестерні або навіть кріпильні болти на обертової деталі.
Література
1. Бун Б. Електроніка на автомобілі. - М: Транспорт, 1979.
2. Цифрові та аналогові мікросхеми. Довідник. - М.: РиС, 1989.
3. 750 електронних практичних схем. Збірник, 1987.
Автор: І. Семенов; Публікація: М. Большаков, rf.atnn.ru