第2章 转速与相位传感器
学习单元四工程机械用转速传感器
1.直流测速发电机
1. 工作原理 直流测速发电机实际就是一种微型直流发电机，按定子磁极的励磁方式分为电磁式和永磁式。 直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同，如图所示。在恒定的磁场 中，外部的机械转轴带动电枢以转速 旋转，电枢绕组切割磁场从而在电刷间产生感应电动势为
当遮光板遮断光束时，发光二极管的光射不到光敏晶体管上，光敏晶体管的集电极中无电流通过，使该管截止，这时三极管VT也截止，因此在Si端子上有5V电压输出。
脉冲频率由车速决定，车速为60km/h时，仪表挠性驱动轴的转速为637r/min，仪表软轴每转一圈，传感器有20个脉冲输出。
第三节 测速发电机
第二节.光电式车速传感器
（1）安装位置： 驱动桥壳或变速器壳内
（2）பைடு நூலகம்构
图1为光电式车速传感器的结构，它用在数字式速度表上，由发光二极管、光敏晶体管以及安装在速度表驱动轴上的遮光板构成。
(3)工作原理
当遮光板不能遮断光束时，发光二极管的光射到光敏晶体管上，光敏晶体管的集电极中有电流通过，使该管导通，这时三极管VT也导通，因此在Si端子上有0V电压输出。
由于光电转速传感器是以光线的投射和接收来完成转速测量的一种转速表。光电转速传感器的设计精密、应用方便，使用范围广泛。 光电转速传感器的优点：结构紧凑、运行稳定、不会对被测量轴形成额外负载等。
（4）优点
①光电转速传感器为非接触式转速表 光电转速传感器采用光学原理制造，属于非接触式转速测量仪表，它的测量距离一般可达200mm左右。光电转速传感器的测量无需与被测量对象接触，不会对被测量轴形成额外的负载，因此光电转速传感器的测量误差更小，精度更高。
霍尔式转速与相位传感器的工作原理
标题：深度解析霍尔式转速与相位传感器的工作原理1.引言在现代工业领域中，传感器技术扮演着至关重要的角色。
而霍尔式转速与相位传感器作为一种重要的传感器类型，其工作原理对于了解和控制机械设备的运转速度和位置具有至关重要的意义。
本文将通过深入解析霍尔式转速与相位传感器的工作原理，为读者呈现一个全面而深入的视角。
2.霍尔效应及其在传感器中的应用（1）霍尔效应的基本原理霍尔效应是指当电流通过导体时，在垂直磁场中，电荷载流子受洛伦兹力作用而产生的电压差现象。
这一效应的发现开启了传感器技术的全新时代，使得人们能够通过测量电压差来间接检测磁场的存在和强度，从而实现各种应用，其中就包括转速和相位的测量。
（2）霍尔式转速传感器的工作原理霍尔式转速传感器通过固定在旋转部件上的磁场与传感器内部的霍尔元件之间的相对运动，测量出磁场的变化，并将其转换为相应的电压信号。
通过测量电压信号的频率和振幅，可以准确地获得旋转部件的转速信息。
这种工作原理非常适用于工业生产中对旋转部件转速的实时监测和控制。
3.相位传感器的应用及工作原理分析（1）相位传感器的概念和作用相位传感器是一种用于测量旋转机械或运动部件的相位角度变化的传感器。
它可以将旋转角度转换为相应的电信号输出，通常用于控制系统中的同步和位置检测。
相位传感器可以实现对机械运动的精准控制，提高设备的运行效率和精度。
（2）霍尔式相位传感器的工作原理霍尔式相位传感器采用了霍尔效应的原理，通过检测旋转部件上的磁场变化来实现对相位角度的测量。
当旋转部件经过霍尔元件时，磁场的变化将引起电压的变化，从而实现对相位角度的实时监测和测量。
这种工作原理使得相位传感器在轮船航行、航空航天、汽车等领域得到了广泛的应用。
4.结论与展望霍尔式转速与相位传感器作为一种重要的传感器类型，在工业领域中具有广泛的应用前景。
通过本文的深度解析，我们可以更加深入地理解霍尔式传感器的工作原理，以及它在工业生产中的重要作用。
转速传感器的工作原理
转速传感器的工作原理转速传感器的工作原理是什么？1、盘式传感器工作原理：一般在盘上刻上见光不见光部分，也可用齿轮的（精度不高），然后用光电开关进行采集，当旋转的盘或齿轮盘上挡光部分变成不挡光部分，光电开关会响应输出高低电平，输出的电平的频率正比与转速，测出频率就测出了转速，也可将频率转化成电压或电流信号。
2、霍耳传感器工作原理：在旋转体上等分加上磁铁，传感器正对磁铁固定，当旋转中，传感器和磁体重合，感应一次，输出脉冲跳变，转速越快，也是频率输出越高，输出的电平的频率正比与转速，测出频率就测出了转速，也可将频率转化成电压或电流信号。
转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。
转速传感器属于间接式测量装置，可用机械、电气、磁、光和混合式等方法制造。
其核心部件是采用磁敏电阻作为检测的元件，再经过全新的信号处理电路令噪声降低,功能更完善。
通过与其它类型齿转速传感器的输出波形对比，所测到转速的误差极小以及线性特性具有很好的一致性，感应对象为磁性材料或导磁材料，如磁钢、铁和电工钢等。
当被测体上带有凸起（或凹陷）的磁性或导磁材料，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速或位移检测的发讯目的。
一般常用有码盘的(光电效应),和霍耳(磁效应)的两种,原理基本是:1码盘一般在盘上刻上见光不见光部分,也可用齿轮的(精度不高),然后用光电开关进行采集,当旋转的码盘或齿轮盘上挡光部分变成不挡光部分,光电开关会响应输出高低电平,输出的电平的频率正比与转速,测出频率就测出了转速,也可将频率转化成电压或电流信号...2 霍耳的,也是在旋转体上等分加上磁铁,传感器正对磁铁固定,当旋转中,传感器和磁体重合,感应一次,输出脉冲跳变,转速越快,也是频率输出越高,输出的电平的频率正比与转速,测出频率就测出了转速,也可将频率转化成电压或电流信号...脉冲信号式转速传感器的工作原理脉冲周期法测量位置信号一个周期的时间，以获得固定角度的时间来计算速度。
传感器与检测技术第二版胡向东著第二章 传感器的基本特性讲义
其中：
y — 输出量；
x — 输入量；
a0 — 零点输出； a1 — 理论灵敏度； a2,a3…an — 非线性项系数
静态特性曲线需要进行线性化处理
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在非线性误差不太大的情况下，通常采用直线 拟合的方法来线性化。
采用直线拟合的方法来线性化时，输入—输出 的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，称为非
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解： ①理论线性度：
L
Lm a x yFS
100 %
0.2 12.05
100 %
1.66%
②端点线性度： y 1.97x 0.23
由两端点做拟合直线
中间四点与拟合直线误差：0.17 0.16 0.11 0.08
所以，
L
Lm a x yFS
100 %
0.17 12.05
100 %
1.41%
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线性度 精度 灵敏度 迟滞 重复性 分辨率 稳定性 可靠性
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一、线性度
传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系
曲线偏离理想直线的程度，又称为非线性误差。在不考
虑迟滞、蠕变等因素的情况下，其静态特性可用下列多
项式代数方程来表示：
y a0 a1x a2 x2 ... anxn
可靠度R(t) 完成规定功能的概率P(T>t) 可靠寿命
失效率(t) 在t时刻后单位时间发生失效的概率
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2.2 传感器的动态特性
传感器对随时间变化的输入量的响应特性（测量 值大小、变化规律）
周期复 正杂 弦
EMS系统介绍
日期: 200409
A JOINT VENTURE OF ROBERT BOSCH AND C1 NEMS
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一 系统总体介绍
© Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties
三元催化 器
4
MOTRONIC系统控制原理图
传感器
电控单元 发动机
执行器
制作: SA-Zhang Biin
日期: 200409
5
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电喷系统零部件列表
• 传感器
- 进气压力温度传感器DS-S-TF - 节气门位置传感器DKG - 冷却液温度传感器TF-W - 爆震传感器KS - 氧传感器LSH - 转速传感器DG - 相位传感器PG
• 安装位置：安装在发动机出水口上。
制作: SA-Zhang Biin
日期: 200409
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冷却液温度传感器
安装要求： 1、最大安装力矩为20NM； 2、应确保传感器完全拧入，冷却液无泄漏。 一般故障原因： 人为故障（如螺纹损坏等）。 维修注意事项： 热车条件下禁止拆卸传感器。 针脚定义： 本传感器共两个针脚，无极性之分。
BOSCH-EMS-系统介绍
制作: SA-Zhang Biin
日期: 200409
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冷却液温度传感器
• 功能：本传感器用于提供发动机冷却液温度信息。以便控制器据此对喷油和 点火进行修正。
• 原理：本传感器是一个负温度系数（NTC）的热敏电阻 ，其电阻值随着温度 上升而减少，但不是线性关系。该热敏电阻装在一个铜质导热套筒里面。
进气压力温度传感器
• 功能：本传感器测量进气歧管绝对压力与进气温度，提供发动机负荷与进气温度 信息。
• 原理：测量进气压力部分为压电型传感器，可根据大气压力与进气歧管压力差提 供给控制器“负荷信号”；由控制器提供5V电压，并根据进气压力的不同而反馈05V电压至控制器。
测量进气温度部分为NTC型（负温度系数）传感器，电阻随进气温度变化 ，此传感器输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。
制作: SA-Zhang Biin
日期: 200409
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爆震传感器
安装要求： 1、安装力矩为20±5 NM； 2、确保安装凸台表面洁净无油污，安装应确保其金属面紧贴在气缸体； 3、安装时在传感器与气缸体之间不允许使用任何类型的垫圈； 4、传感器的信号电缆布线时应该注意，不要发生共振，以免断裂。 一般故障原因： 各种液体（如机油、冷却液、制动液、水等）长时间接触到传感器，对传感器造 成腐蚀。 维修注意事项： 禁止在1#-2#针脚接通高压电，否则可能会损坏压电元件。 针脚定义： 1-爆震信号A 2-爆震信号B 3-屏蔽线
《传感器与检测技术胡向东第》习题解答
答：相敏检测电路原理是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小，又反映位移极性的测量信号。经过相敏检波电路，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
y代表水银柱高（mm）, x代表输入温度（℃）。求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：一阶传感器的微分方程为
式中τ——传感器的时间常数；
——传感器的灵敏度。
∴对照玻璃水银温度计特性的微分方程和一阶传感器特性的通用微分方程，有该温度计的时间常数为2s，灵敏度为1。
→∞时，输出为100mv。试求该传感器的时间常数。
②霍尔电势
霍尔电势与霍尔电场E、载流导体或半导体的宽度b、载流导体或半导体的厚度d、电子平均运动速度v、磁场感应强度B、电流I有关。
③霍尔传感器的灵敏度 。
为了提高霍尔传感器的灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。又霍尔元件的灵敏度与载流子浓度成反比，所以可采用自由电子浓度较低的材料作霍尔元件。
解： ，
∴ ，
∴τ
解： ，
，
解：当 时共振，则
所以：
ω)和相位差φ(ω)各为多少？
解：二阶传感器的频率响应特性：
幅频特性：
相频特性：
∴当f=600Hz时，
，
；
当f=400Hz时，
。
第3章电阻式传感器
答：常用的电阻应变片有两种：金属电阻应变片和半导体电阻应变片。金属电阻应变片的工作原理是主要基于应变效应导致其材料几何尺寸的变化；半导体电阻应变片的工作原理是主要基于半导体材料的压阻效应。
发动机八大传感器作用简洁解释
发动机八大传感器作用简洁解释发动机是现代汽车的核心组件之一，它负责产生动力，并驱动车辆行驶。
然而，发动机的正常运行和性能表现不仅依赖于其内部构造和机械部件，还依赖于一系列关键的传感器。
这些传感器扮演着监测和控制发动机运行的重要角色。
在本文中，我们将深入探讨发动机的八大传感器的作用，以帮助读者更好地理解和利用这些关键部件。
1. 氧气传感器（O2传感器）氧气传感器监测发动机排气中的氧气含量。
通过检测排气中的氧气水平，氧气传感器能够判断燃烧过程的质量，并根据需要调整燃油供应以实现最优的燃烧效率。
它有助于减少废气排放和提高燃油经济性。
2. 曲轴位置传感器（Crankshaft Position Sensor）曲轴位置传感器用于检测发动机曲轴的旋转速度和位置。
它提供发动机转速的关键信息，以便控制点火系统和燃油喷射系统的操作。
通过准确测量曲轴位置，曲轴位置传感器确保点火系统按时点火，以实现最佳的动力输出。
3. 曲轴相位传感器（Crankshaft Phase Sensor）曲轴相位传感器用于测量曲轴的旋转相位。
通过监测曲轴相位，曲轴相位传感器可以帮助控制发动机的点火和喷射时机，并调整气缸内压强的分布。
它对于发动机的节能、减排和动力输出都起着至关重要的作用。
4. 凸轮轴位置传感器（Camshaft Position Sensor）凸轮轴位置传感器用于检测发动机凸轮轴的位置和速度。
凸轮轴位置传感器的作用类似于曲轴位置传感器，但它专门用于控制凸轮轴的操作，以确保气门的开闭时间和幅度与发动机控制系统的要求相匹配。
5. 气体温度传感器（Intake Air Temperature Sensor）气体温度传感器测量进气道中的空气温度。
准确的气体温度信息对于燃烧过程的控制和发动机性能至关重要。
气体温度传感器可以帮助调整燃油喷射量和点火时机，以适应不同的气温条件。
6. 大气压力传感器（Manifold Absolute Pressure Sensor）大气压力传感器测量进气道中的绝对压力。
高压共轨系统零部件之各种传感器
如果其中一个触发轮齿通过栽流线型传感器元件（半导体晶片），它改变了垂直于霍尔元件的磁场强度，这将使得在长轴方向电压下驱动的电子向垂直于电流的方向偏离，从而在该方向产生mV级电压信号，其幅值与传感器相对于触发轮的转速有关。与传感器霍尔集成电路制成一体的计算电路对信号进行处理并以方波信号输出。
传感器安装正对着铁磁体的触发轮，它们之间被较小的空气间隙隔开。在传感器内部有一个软铁芯，该铁心被线圈包围，并与一个永久磁铁相连。
4、霍尔效应相位传感器
霍尔线型传感器使用霍尔效应原理，一个铁磁体的触发轮随凸轮轴一起转动，霍尔效应的集成电路安装于触发论和永久磁铁间，永久磁铁产生垂直于霍尔元件的磁场。
2、压力传感器
压力传感器的测量元件安装于其中心部位，它与一个被微机械蚀刻的硅膜制成一体，四个变形的电阻分布在硅膜的膜片上。
当有微小压力作用于硅膜膜片上时它们的电阻值发生变化，测量元件的四周被一盖子环绕，测量元件与盖子一起将参考真空封闭。微机械压力传感器也可以与温度传感器制成一体，独立的测量温度和压力。根据压力测量的范围，传感器的膜片可以制成10…1000μm厚度。压力传感器以惠斯登电桥（Wheatstone Bridge）原理工作,当膜片在气压作用下发生变形时，四个测量电阻的其中的两个电阻值升高而其他两个电阻值降低，这将导致电桥的输出端产生电压，我们以该电压值代表压力。信号处理电子电路被集成在传感器内部，该电路用于对电桥电压进行放大，同时补偿温度的影响，产生线性的压力特性曲线。其输出电压在0…5V范围，通过端子与发动机的ECU连接，发动机ECU以此输出电压计算压力。
正反转霍尔转速传感器说明书(hn62)-双通道转速传感器
一：霍尔双通道传感器概述霍尔双通道传感器安装于测速端盖上，感应导磁体上凸起的齿或是凹下的槽，相应的给出高低电平，用于检测轮轴的转速、线速度，通过计算处理也可得到被测体的加速度。
该传感器具备良好的低频和高频特性。
低频可至0Hz，可用于旋转机械的零转速测量，由于传感器可给出两路具有一定相位差的转速信号，因此可进行正反转判别；高频可高至20KHz, 可满足绝大部分工业领域的高转速测量要求。
传感器与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便，输出波形是占空比约为50%左右的方波。
霍尔双通道传感器具有测速范围宽，温度适应范围宽，抗振性强的特点。
下面霍尔双通道传感器技术参数，其中相位差是测速齿轮模数为2时的技术参数，符合DIN867标准。
二：霍尔双通道传感器技术参数1．传感器安装●被测感应体为导磁体，上有齿或凹槽。
建议：测速齿轮模数≥1.7，材料为导磁低碳钢注：非标齿或槽与平整面宽度不等将导致波形占宽比的变化。
●安装间隙：0.3-1.5mm,典型值为1.0mm注：取决于被测件的振动情况2．传感器输出特性●频响特性：0~20kHz●输出通道数：双通道●输出波形：方波，上升、下降沿时间12μｓ±40%●输出幅度：高电平：Ub-（1.8V±40%），低电平：<2.2V●脉冲占空比：50％±25％●相位差：90±30°（第一通道超前）注：取决于安装方式，旋转件的旋转方向，本参数适用于本说明书图四举例的安装方式●负载能力：±20mA （最大）●输出阻抗：＜47Ω3．工作环境要求●工作电源：Ub＝15V DC±30% （8V～28V）●功耗电流：≤35mA●工作温度：－40℃～125℃（头部）●耐振性能：振动（10Hz~2KHz）30g，冲击100g ●密封性：IP6813.4．电气特性●电源极性保护：有●输出短路保护：有●绝缘强度：1000V 50Hz，1min（通道与外壳）5．外接电缆及连接●外附导线：6×0.5mm2屏蔽电缆, 标准线长为1.0米（可以按用户要求延长）●传感器外配电缆输出定义线色引出线定义红电源＋黑电源－黄通道A输出绿通道B输出外层屏蔽层三：工作原理1．转速测量原理当测速齿轮旋转时，传感器将产生频率f（Hz）= n×m/60(n为转速，P为齿轮齿数)的方波信号，供机车电子控制系统对机车速度、柴油机转速、进行采样检测。
转速传感器
凸轮轴CMP/曲轴位置传感器CKP
【功用】凸轮轴位置传感器CMPS（=Camshaft Position Sensor）：又称为 上止点传感器、霍尔传感器等。用于给ECU提供曲轴转角基准位置TDC （第一缸压缩上止点）信号（即判断缸信号)，作为燃油喷射控制和点火 控制的主控信号。 曲轴位置传感器CKPS（=Crankshaft Position Sensor ）：又称 转速传感器，检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和上止点信 号，作为燃油喷射和点火控制的主控信号。 【安装位置】曲轴位置传感器安装在曲轴前端、飞轮处、凸轮轴或分电器处。 凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴或分电器处. 两传感器有安装在一起的(同在分电器内)，也有分开安装的 【分类】电磁式、霍尔式和光电式.
1-铁芯 2-感应线圈 3-永 久磁铁 4-信号触发齿圈
1.飞轮转动一圈使感应线圈产生58个交变电压脉冲，感应线圈产生的电 压波形如图3-37所示，计算机据此信号频率的变化计算得到发动机的 转速参数。 2.信号触发齿轮的两个缺齿位于1、4缸上止点前114º ，计算机根据此信 号脉冲作出曲轴位置的判断。 【信号类型】频率信号 发动机转速↑→信号频率↑→信号振幅↑
1）检测发动机转速与 曲轴位置传感器的电 阻： ①拔开发动机转速与曲 轴位置传感器的插接 器； ②用欧姆表测量传感器 端子3M1-3M2之间的 电阻，应为420Ω 。 如果电阻过大或过小， 都需要更换发动机转 速与曲轴位置传感器； 如果电阻正常，进行 下一步检测。
2）检测传感器的绝缘性： 1.测量传感器端子3M1-3M3或 3M2-3M3之间的电阻，应为∞。 2.测量3M1或3M2与壳体之间的 电阻，应为∞。 如果不是∞，则说明传感器线 圈绝缘不良或对地短路，需 更换发动机转速与曲轴位置 传感器。
传感器原理-速度传感器(磁电霍尔)
霍尔器件符号
C 绿色
一般为4mm×2mm×0.1mm
C A B H A C
导线
A
B
B
红色 导线
D
红色 导线
D
绿色 导线 A、B：电极端，称为元件电流端、控制电流端或 输入电流端。 C、D：霍耳输出端，称为霍尔端或输出端。
D
二．材料及结构特点 霍尔元件一般采用具有N型的锗、锑化铟和砷化 铟等半导体单晶材料制成。 特点
Vcc 稳压 Vcc 稳压
R
单端输出：SL3501T
双端输出：SL3501M
2、主要技术特性
输出电压VOUT (V )
5.6 4.6 3.6 2.6 1.6 -0.3 -0.2 –0.1 0 0.1 0.2 0.3 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32
3、转速测量电路
1）转速测量仪的基本组成：
2）转速测量基本方法 频率→电压转换(f/V)
频率→转速 N=f/分频数
单位r/min r/s
定数采样：这种方法其实是测量单个脉冲的周期 或指定个数脉冲的总周期。这种测量脉冲的方法 又叫做测周法。 定时采样。这种方法其实是测量单位时间的脉冲 个数。这种测量脉冲的方法又叫做测频法。 4、转速传感器的选择原则 ①测量环境 ②测量范围 ③系统功耗 ④价格 ⑤可靠性
带宽 (kHz)
25 25
工作温度 (℃)
0 - 70 0 - 70
七、霍尔传感器的应用
1、霍尔位移传感器
磁钢
N
S N
I
S
x
测量范围：1 ~ 2 mm
磁场梯度越大，灵敏度越高 磁场梯度越均匀，输出线性越好
磁电式发动机转速传感器原理与测量
磁电式发动机转速传感器原理与测量一、目的和要求1、了解磁电式发动机转速传感器的结构与原理2、掌握发动机转速传感器的测量方法二、实训课时实训共安排2.0课时，其中辅导老师讲解0.5课时。
三、实训器材1、工具：汽车数字万用表2、设备：电控燃油喷射发动机教学实训台3、教具：磁电式发动机转速传感器四、原理与应用磁电式发动机转速传感器，在利用永久磁铁作用产生的一定强度的磁场中，当转子转动时利用与转速成正比的磁头与转子外齿的间隙发生变化，从而使磁头与转子构成的磁路中磁阻发生相应的变化。
其结果是流经该磁路的磁通量发生周期性增减，与磁通量的增减速度成正比的感应电压在线圈两端产生，经过其内部电路转换成电脑可以识别的电压信号，电脑根据这个电压信号来计算发动机的转速。
发动机转速传感器的测量方法1、电阻测量法(1)拔下发动机转速传感器插头。
(2)用数字万用表测量发动机转速传感器的两条信号线之间的阻值(800欧左右)。
(3)用数字万用表分别测发动机速度传感器两条信号线与屏蔽线之间的电阻应为无穷大。
(4)测量完插好发动机转速传感器插头。
2、电压测量法(1)打开点火开关，不起动发动机。
(2)将万用表档位调至交流电压(一般调至20V)档测量发动机转速传感器两条信号线之间的电压此时电压为0V。
(3)起动发动机，怠速时万用表上的电压应显示1V左右，开启节气门提供发动机的转速，万用表上的电压应会随之发动机转速升高而增加。
五、实训步骤1、拔下发动机转速传感器插头。
2、用数字万用表测量发动机转速传感器的两条信号线之间的阻值(800欧左右)。
3、用数字万用表分别测发动机速度传感器两条信号线与屏蔽线之间的电阻应为无穷大。
4、测量完插好发动机转速传感器插头。
5、打开点火开关，不起动发动机将万用表档位调至交流电压(一般调至20V)档测量发动机转速传感器两条信号线之间的电压此时电压为0V。
6、起动发动机，怠速时万用表上的电压显示1V左右，开启节气门提供发动机的转速，万用表上的电压应会随之发动机转速升高而增加。