曲柄角传感器 一文解析霍尔效应传感器

一文解析霍尔效应传感器

磁传感器将磁或磁编码信息转换为电信号，以便通过电子电路进行处理。

磁传感器是固态设备，它们变得越来越流行，因为它们可以用于许多不同类型的应用，例如感测位置，速度或定向运动。它们也是电子设计人员的一种流行的传感器选择，因为它们具有非接触式无磨损操作，低维护，坚固的设计以及密封的霍尔效应设备，不受振动，灰尘和水的影响。

磁传感器的主要用途之一是用于感测位置，距离和速度的汽车系统。例如，曲柄轴的角度位置用于火花塞的点火角度，汽车座椅和用于安全气囊控制的座椅安全带的位置或用于防抱死制动系统的车轮速度检测（ABS）。

磁传感器设计用于响应各种不同应用中的各种正负磁场，一种类型的磁传感器，其输出信号是其周围磁场密度的函数，称为霍尔效应传感器。

霍尔效应传感器是由外部磁场激活的设备。我们知道磁场有两个重要特性：磁通密度，（B）和极性（北极和南极）。霍尔效应传感器的输出信号是器件周围磁场密度的函数。当传感器周围的磁通密度超过某个预设阈值时，传感器检测到它并产生称为霍尔电压V H的输出电压。请看下图。

霍尔效应传感器基本上由一块薄的矩形p型半导体材料组成，例如砷化镓（GaAs），锑化铟（InSb）或砷化铟（InAs），它们通过自身连续的电流。当器件放置在磁场中时，磁通线在半导体材料上施加力，该力使电荷载流子，电子和空穴偏转到半导体板的任一侧。电荷载流子的这种运动是它们经过半导体材料所经受的磁力的结果。

当这些电子和空穴移动侧边时，通过这些电荷载流子的积累在半导体材料的两侧之间产生电位差。然后，电子通过半导体材料的运动受到与其成直角的外部磁场的影响，并且这种效果在扁平矩形材料中更大。

通过使用磁场产生可测量电压的效果被称为18世纪70年代后发现它的霍华德霍尔的霍尔效应，霍尔效应的基本物理原理是洛伦兹力。以产生跨越所述装置的电势差的磁通线必须垂直，（90 ø到的电流的流动），并按照正确的极性，通常一个南极的。

霍尔效应提供有关磁极类型和磁场大小的信息。例如，南极会导致器件产生电压输出，而北极则无效。通常，当没有磁场存在时，霍尔效应传感器和开关被设计为处于“关闭”状态（开路状态）。它们仅在经受足够强度和极性的磁场时才变为“接通”，（闭路状态）。

基本霍尔元件的输出电压（称为霍尔电压，（V H））与通过半导体材料的磁场强度（输出αH ）成正比 。这个输出电压可以非常小，即使受到强磁场也只有几微伏，因此大多数商用霍尔效应器件都是通过内置直流放大器，逻辑开关电路和稳压器制造的，以提高传感器的灵敏度，滞后和输出电压。这也使霍尔效应传感器能够在更广泛的电源和磁场条件下工作。

霍尔效应传感器

霍尔效应传感器提供线性或数字输出。线性（模拟）传感器的输出信号直接取自运算放大器的输出，输出电压与通过霍尔传感器的磁场成正比。该输出霍尔电压如下：

线性或模拟传感器提供连续的电压输出，其随着强磁场而增加，并且随着弱磁场而减小。在线性输出霍尔效应传感器中，随着磁场强度的增加，放大器的输出信号也会增加，直到它开始饱和电源施加的限制。任何额外的磁场增加都不会对输出产生影响，但会使其更加饱和。

另一方面，数字输出传感器具有施密特触发器，内置滞后连接到运算放大器。当通过霍尔传感器的磁通量超过预设值时，器件的输出在其“关闭”状态之间快速切换到“接通”状态而没有任何类型的接触反弹。当传感器移入和移出磁场时，这种内置滞后消除了输出信号的任何振荡。然后数字输出传感器只有两种状态，“ON”和“OFF”。

有两种基本类型的数字霍尔效应传感器，双极和单极。双极传感器需要一个正磁场（南极）来操作它们，一个负磁场（北极）释放它们，而单极传感器只需要一个磁性南极来操作和释放它们进出磁场领域。

大多数霍尔效应器件不能直接切换大电气负载，因为它们的输出驱动能力非常小，大约10到20mA。对于大电流负载，将一个集电极开路（电流吸收）NPN晶体管添加到输出端。

该晶体管在其饱和区域内作为NPN吸收开关工作，只要施加的磁通密度高于“ON”预设点，就会使输出端短接到地。

输出开关晶体管可以是开放式发射极晶体管，开路集电极晶体管配置或两者都提供推挽输出型配置，其可以吸收足够的电流以直接驱动许多负载，包括继电器，电动机，LED和灯。

霍尔效应应用

霍尔效应传感器由磁场激活，并且在许多应用中，该装置可以由连接到移动轴或装置的单个永磁体操作。有许多不同类型的磁铁运动，例如“正面”，“侧面”，“推拉”或“推 - 推”等感应运动。对于每种类型的配置，为确保最大灵敏度，磁通线必须始终垂直于设备的感应区域，并且必须具有正确的极性。

同样为了确保线性，需要高磁场强度的磁体，其对于所需的运动产生大的场强变化。有运动的用于检测磁场几个可能的路径，和下面是两个使用单个磁体更常见的感测配置的：头接通检测和侧身检测。

正面检测

顾名思义，“正面检测”要求磁场垂直于霍尔效应传感装置，并且为了检测，它直接朝向活动面接近传感器。一种“正面”的方法。

这种正面接近方法产生输出信号V H，其在线性装置中表示磁场强度，磁通密度，作为远离霍尔效应传感器的距离的函数。磁场越近，因此磁场越强，输出电压越大，反之亦然。

线性器件还可以区分正磁场和负磁场。可以使非线性装置在远离磁体的预设气隙距离处触发输出“ON”以指示位置检测。

侧向检测

第二传感配置是“侧向检测”。这需要以横向运动的方式将磁铁移过霍尔元件的表面。

侧向或滑动通过检测是用于检测磁场的存在，因为它移过霍尔元件的面例如固定的气隙距离内，计数旋转磁体或电动机的旋转速度是有用的。

取决于磁场经过传感器的零场中心线时的位置，可以产生表示正输出和负输出的线性输出电压。这允许定向移动检测，其可以是垂直的也可以是水平的。

霍尔效应传感器有许多不同的应用，尤其是接近传感器。它们可以代替光学和光传感器使用，环境条件包括水，振动，污垢或油，例如汽车应用。霍尔效应器件也可用于电流检测。

当电流通过导体时，会在其周围产生圆形电磁场。通过将霍尔传感器放置在导体旁边，可以从产生的磁场测量从几毫安到数千安培的电流，而无需大型或昂贵的变压器和线圈。

除了检测磁铁和磁场的存在与否，霍尔效应传感器还可以通过在设备的有效区域后面放置一个小的永久“偏置”磁铁来检测铁磁材料，如铁和钢。传感器现在处于永久和静态磁场中，通过引入含铁材料对该磁场的任何变化或干扰都将被检测到，其灵敏度可能低至mV / G.

根据设备的类型，无论是数字还是线性，有许多不同的方法可将霍尔效应传感器连接到电气和电子电路。一个非常简单且易于构造的示例是使用如下所示的发光二极管。

位置检测器

当没有磁场存在时，该正面位置检测器将“关闭”（0高斯）。当永磁体南极（正高斯）垂直向霍尔效应传感器的有效区域移动时，器件变为“ON”并点亮LED。一旦切换为“ON”，霍尔效应传感器就会保持“ON”状态。

为了使设备和LED“关闭”，必须将磁场降低到单极传感器的释放点以下或暴露于双极传感器的磁北极（负高斯）。如果需要霍尔效应传感器的输出来切换较大的电流负载，则可以用更大的功率晶体管代替LED 。

汽车发动机警示灯（发动机检查灯）亮并闪烁的含义及原因

什么是发动机警告灯和发动机检查灯？

它也被称为发动机检查灯，但它的官方名称是“发动机警告灯”。发动机故障警告灯是经常里程表附近，并变成黄色。

黄色警示灯的意思是“需要立即检查”，据说不需要立即停车。即使在行驶过程中发动机警告灯亮起，您也不必着急停车，所以要冷静处理。

发动机警告灯（发动机检查灯）是什么意思？

发动机警告灯的含义是“当发动机控制系统出现问题时发出警告”。

当发动机和变速箱的控制系统出现问题时，一些制造商，例如丰田汽车，可能会将其用作警告灯。发动机警告灯的含义写在汽车附带的使用说明书中，因此请查看您汽车的使用说明书。

顺便说一下，警告灯的设计和基本含义，包括发动机警告灯，是所有汽车制造商通用的。

发动机警告灯在以下两种情况下点亮。

1.当引擎开关打开时

当您转动钥匙启动发动机时，仪表板上的所有警告灯都会亮起片刻。这同样适用于按钮式发动机开关。

所有警告灯都点亮以检查每个警告灯是否烧毁和警告系统故障。

发动机启动一段时间后，每个警告灯都会熄灭。如果此时发动机警告灯没有熄灭，则表示发动机有问题。

不时检查一下启动发动机时所有警告灯是否亮起。如果有不亮的东西，请到经销商或维修店进行检查。

2. 当发动机控制系统传感器检测到异常时

发动机有无数的控制系统。

其中，传感器不断测量可能导致驾驶异常或可能无法表现出足够性能的那些，当检测到异常值时，发动机警告灯就会亮起。

在这种情况下，无论车辆是在运行还是停止，发动机警告灯都会亮起或闪烁。

主机控制系统传感器及故障时的症状

连接到发动机警告灯的传感器类型因汽车而异。

由于制造商没有公布哪个传感器附在哪辆车上，所以我不知道细节，但我会列出代表性的传感器。

此外，我们还将介绍如果每个传感器检测到异常但无人看管会发生什么情况。

O2传感器是测量废气中氧浓度的传感器。这是机械师第一个怀疑发动机警告灯何时亮起的地方。

清除消声器中有害物质的“催化剂”发生异常，当氧气浓度超过一定水平时，发动机警告灯亮起并闪烁。如果无人看管，消音器的催化剂部分会变热，如果附近有易燃材料，它可能会着火或着火。

有点难以解释，但简而言之，它是一种传感器，可以测量发动机的温度并保持最佳状态以提高燃油效率。

因此，如果这个传感器坏了，您将不得不以最差的燃油经济性行驶，但请放心，几乎没有其他致命问题。

气流传感器

气流传感器是测量送入发动机的空气量的传感器，常被怀疑在O2传感器旁边。

除了发动机进气系统出现故障和故障外，即使空气滤清器滤芯很脏，发动机警告灯也可能会亮起。

如果无人看管，发动机可能会停止，但由于气流传感器本身很强，因此发动机警告灯因这种故障而亮起的情况极为罕见。

凸轮角/曲柄角传感器

从字面上看，它是一个传感器，用于测量发动机凸轮和曲柄的角度。由于凸轮和曲柄不断高速移动，它们可能会偏离正常位置。

即使凸轮或曲柄的角度有一定的偏差，发动机也会正常旋转，但对燃油效率的影响很大。因此，凸轮角和曲柄角传感器旨在提高燃油效率。

如果无人看管，凸轮和曲柄角度可能会超出允许范围并损坏发动机。请参阅这篇文章了解曲柄的工作原理。

点火传感器

点火传感器是发动机的点火系统传感器。在现代汽车中，点火正时等都是电子控制的。

如果点火正时由于某种原因改变，发动机警告灯将亮起。还有，这个时候，发动机好像经常抖动似的。

如果无人看管，发动机可能会停止。所以在说发动机警示灯亮之前，车身好像有什么问题，看来大家也不必太在意了。

如果发动机警告灯亮起、怠速转动不稳定或加速后发动机不吹气，则点火线圈可能有故障。

油门开度传感器

油门开度传感器是测量油门踩踏量的传感器。油门的踩下量与发动机转速、AT车换档、牵引力控制车的控制等诸多系统有关。

如果无人看管，AT 车可能无法正常换挡，即使踩下油门，旋转也不会增加，牵引力控制将无法发挥作用。

电气系统传感器

今天的汽车有很多电子元件和很多传感器。

除了空调、音响系统、电动车窗等舒适的设备外，电池、充电系统、传动系统等对驾驶很重要的设备上也安装有电气设备。

当对驾驶和汽车安全很重要的传感器检测到异常值时，发动机警告灯会亮起并闪烁。

如果无人看管，发动机可能无法启动或发动机可能停止。

电池传感器

通常，在电池耗尽并恢复后发动机警告灯会亮起。

如果您在自行更换蓄电池时未将蓄电池端子连接牢固，发动机警告灯将亮起。让我们再次检查连接。

如果发动机警告灯亮了怎么办？

正如我在开头提到的，即使发动机警告灯亮起，您也不必急于停车。

在大多数情况下，当发动机警告灯亮起时，驾驶员或乘客不会出现任何症状。您可以将发动机警告灯视为“汽车故障警告”。

当发动机警告灯亮起时，驾驶员不知道哪个传感器异常。专家将专用设备连接到发动机警告灯系统，以确定哪个传感器显示异常值。

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