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基于霍爾傳感器的機油壓力檢測裝置
摘 要 利用霍爾傳感器工作頻帶寬、響應速度快、測量精度高的特性，設計出了一種精度高、穩定性好，帶低壓自動(dòng)報警功能的的油壓檢測裝置。
關(guān)鍵詞 霍爾效應 油壓 檢測 傳感器
發(fā)動(dòng)機潤滑系統的機油壓力是一個(gè)關(guān)鍵性參量，對發(fā)動(dòng)機運行具有重要意義。檢測油壓的裝置有多種多樣，其性能好壞主要取決于傳感器類(lèi)型，電阻式傳感器線(xiàn)性差、精度低、響應慢，而利用霍爾傳感器則可有效提高檢測裝置的性能。
1、霍爾傳感器的基本原理
霍爾傳感器工作的理論基礎是建立在帶電粒子在磁場(chǎng)中運動(dòng)所產(chǎn)生的霍爾效應基礎上的，霍爾效應的產(chǎn)生是由于運動(dòng)電荷受磁場(chǎng)力、電場(chǎng)力作用的結果�；魻柶骷怯砂雽w材料制成的一種薄片，在垂直于平面方向上施加外磁場(chǎng)B，在沿平面方向兩端加外電場(chǎng)，則使電子在磁場(chǎng)中運動(dòng)，結果在器件的兩個(gè)側面之間產(chǎn)生霍爾電勢。其大小取決于外磁場(chǎng)的強度及電流的大小成，實(shí)驗和理論證明，在磁場(chǎng)不太強時(shí)，霍爾電勢與電流大小和磁感應強度成正比。
U*K.I.B
式中，U為霍爾電勢;
I為載流體中的激勵電流(控制電流);
B為磁場(chǎng)的磁感應強度;
K為霍爾器件的靈敏度系數。
利用霍爾電勢正比于控制電流和磁感應強度乘積的關(guān)系，可分別使其中一個(gè)量保持不變，另一個(gè)作為變量;或者兩者都作為變量�；魻柶骷哂袑Υ艌�(chǎng)敏感，結構簡(jiǎn)單，體積小，頻帶響應寬，動(dòng)態(tài)特性好，輸出電勢變化范圍大，使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在測試技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理等方面有著(zhù)廣泛的應用。
2、檢測裝置結構設計
機油壓力檢測裝置由傳感器、指示器和連接導線(xiàn)組成。
傳感器的進(jìn)油口連接一條專(zhuān)用油管，油管的另一端與發(fā)動(dòng)機潤滑系統的接口相連接。油壓傳感器主要由兩個(gè)彈簧管、霍爾器件、電路板、外殼和電線(xiàn)插座組成。兩個(gè)彈簧管按上下位置平行安裝，下面彈簧管的一端固定在底座上，其管口與底座上的進(jìn)油口相通，另一端懸空，并且封死。上面彈簧管的一端也固定在底座上，另一端懸空但不封口。在下面彈簧管懸空的一端安裝一個(gè)永久磁鋼，上面彈簧管懸空的一端安裝一個(gè)霍爾器件�；魻柶骷c永久磁鋼之間的間隙約1毫米，電路板上有集成電路、電容器、電阻等。
油壓指示器主要由十字線(xiàn)圈組件、電路板組件、發(fā)光刻度盤(pán)組件、指針組件、外殼和電線(xiàn)插座等組成。電路板上裝有集成電路、穩壓器和超限報警發(fā)光管十字線(xiàn)圈組件外部是交叉安裝的兩組線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中間位置有帶軸的轉子，該轉子為一圓形永久磁鋼，指針安裝在轉子軸的頂端。
3、檢測裝置的工作原理
3.1油壓測量原理
當發(fā)動(dòng)機潤滑系統的機油在一定壓力下進(jìn)入傳感器內下面的彈簧管時(shí)，由于該彈簧管一端是懸空的，在機油壓力作用下，懸空的一端將產(chǎn)生微小的變形，從而使安裝在該端上的永久磁鋼與安裝在另一彈簧管上的霍爾器件之間的間隙加大。兩者距離的變化就會(huì )引起磁場(chǎng)強度的變化，進(jìn)而引起霍爾器件上感應電壓信號的變化。機油壓力越大，兩者之間的距離則越大，霍爾器件上輸出的電壓就越大。
霍爾器件產(chǎn)生的電壓信號經(jīng)傳感器內部集成運算放大器進(jìn)行處理后，通過(guò)連接導線(xiàn)輸出到指示器，經(jīng)集成電路進(jìn)行函數轉換，分別轉換成正弦電壓信號和余弦電壓信號，并分別送入十字線(xiàn)圈的相應線(xiàn)圈中，兩個(gè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)與轉子上的永久磁鋼相互作用，從而驅動(dòng)轉子帶動(dòng)指針轉動(dòng)，指示出相應的機油壓力。
為保證霍爾傳感器產(chǎn)生相互更具線(xiàn)性化，在傳感器中設置了恒流源。
油壓傳感器的工作溫度跨度很大，在高溫和低溫狀態(tài)，傳感器中彈簧管的機械形變有很大差別，這樣勢必使永久磁鋼與霍爾之間的距離難以控制。為了盡可能消除工作溫度變化對傳感器輸出所產(chǎn)生的干擾，在傳感器結構設計中采用了兩個(gè)彈簧管上下放置，這樣，不論是高溫還是低溫，兩個(gè)彈簧管同步膨脹或收縮，有效起到了溫度補償作用。
3.2超限報警原理
在油壓指示器中設計了超限報警環(huán)節。電壓比較器采集傳感器的輸出電壓，并將其與設定的電壓進(jìn)行比較，當油壓高于報警點(diǎn)時(shí)，比較器輸出高電平，發(fā)光二極管不亮;當油壓低于報警點(diǎn)時(shí)，比較器輸出低電平，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，提醒駕駛員停車(chē)檢查。報警油壓值可通過(guò)電位器設定和調整。
參考文獻：
[1] 常健生.檢測與轉換技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2001(1).
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