Greičio jutiklis yra pagrindinis komponentas, naudojamas automobilių, pramonės, aviacijos ir automatikos sistemų besisukančių ar judančių dalių greičiui matuoti. Jis paverčia judesį elektriniais signalais, kuriuos valdymo moduliai naudoja faktiniam stebėjimui ir sistemos grįžtamajam ryšiui. Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip veikia greičio jutikliai, jų konstrukcija, tipai, pritaikymas, gedimo simptomai ir bandymo metodai.
Greičio jutiklio apžvalga
Greičio jutiklis yra elektromechaninis įtaisas, kuris nustato judančio objekto sukimosi greitį (RPM) arba linijinį greitį ir paverčia šį judesį elektriniu signalu. Automobilių sistemose jis realiuoju laiku teikia greičio duomenis tokiems valdymo moduliams kaip variklio valdymo blokas (ECU), jėgos pavaros valdymo modulis (PCM), stabdžių antiblokavimo sistema (ABS) arba transmisijos valdymo modulis (TCM). Šis signalas leidžia šioms sistemoms reguliuoti laiką, pavarų perjungimą, sukibimą ir stabilumo parametrus, kad transporto priemonė veiktų optimaliai.
Greičio jutikliai paprastai yra bekontakčiai įtaisai, o tai reiškia, kad jie fiziškai neliečia besisukančios dalies. Ši konstrukcija apsaugo nuo mechaninio nusidėvėjimo ir prailgina jutiklio tarnavimo laiką atšiaurioje aplinkoje, pvz., varikliuose, transmisijose ir ratų stebulėse.
Greičio jutiklių ypatybės
| Charakteristika | Aprašymas |
|---|---|
| Platus darbinės temperatūros diapazonas | Paprastai nuo -40 ° C iki 125 ° C ar aukštesnė; leidžia jutikliams veikti šalia variklių, transmisijų ir ratų stebulių |
| Sandarus korpusas | Apsaugo vidinius komponentus nuo alyvos, stabdžių dulkių, drėgmės, purvo ir kelio teršalų |
| Didelis vibracijos tolerancija | Sukurtas patikimai veikti didelės vibracijos aplinkoje, pvz., variklio blokuose ir transmisijos mazguose |
| EMI/RFI apsauga | Ekranuoti nuo uždegimo ritinių, kintamosios srovės generatorių ir laidų elektromagnetinių ir radijo dažnių trukdžių |
| Greitas reakcijos laikas | Greitai aptinka greičio pokyčius ir užtikrina tikslų grįžtamąjį ryšį realiuoju laiku valdymo sistemoms |
| Mažos energijos sąnaudos | Tinka automobilių ECU ir mažos galios baterijomis maitinamoms sistemoms |
Greičio jutiklio konstrukcija
Nors greičio jutikliai yra kompaktiški komponentai, jų vidinė konstrukcija sukurta taip, kad užtikrintų ilgaamžiškumą, tikslumą ir patikimą signalo išvestį atšiaurioje darbo aplinkoje, tokioje kaip variklių skyriai, ratų stebulės, pramoniniai varikliai ir turbinų sistemos. Nors dizainas gali skirtis priklausomai nuo jutiklio tipo, dauguma magnetinių greičio jutiklių, tokių kaip Hallo efekto ir kintamo nenoro (VR) jutikliai, turi šiuos pagrindinius komponentus:
• Jutiklio korpusas: išorinis korpusas paprastai pagamintas iš aukštos temperatūros plastiko, nerūdijančio plieno arba aliuminio. Jis apsaugo jautrią elektroniką nuo dulkių, alyvos, kelio šiukšlių, drėgmės ir vibracijos. Automobilių pramonėje korpusai dažnai sandarinami pagal IP67 arba IP68 aplinkosaugos standartus, kad būtų išvengta drėgmės patekimo.
• Magnetas arba minkštos geležies šerdis: magnetiniai jutikliai naudoja nuolatinį magnetą arba feromagnetinę minkštos geležies šerdį, kad sukurtų magnetinį lauką aplink jutimo sritį. Kai pro šalį praeina krumpliaračio dantis arba toninis žiedas, jis sutrikdo magnetinį lauką, todėl galima aptikti greitį. Hall jutikliai naudoja nuolatinius magnetus, o VR jutikliai naudoja minkštas geležies šerdis.
• Hall integrinis grandynas (IC) arba jutimo ritė: tai jutiklio širdis. Hall efekto jutikliuose puslaidininkinis IC aptinka magnetinio lauko pokyčius ir išveda skaitmeninius impulsus. VR jutikliuose vario jutimo ritė, apvyniota aplink magnetinę šerdį, generuoja įtampos signalus, pagrįstus magnetinio srauto pokyčiais.
• Signalo kondicionavimo grandinė: neapdorotas signalas iš jutimo elemento dažnai yra per silpnas arba triukšmingas, kad jį tiesiogiai interpretuotų valdymo blokas. Integruota elektroninė grandinė sustiprina, filtruoja ir paverčia signalą į naudingą išvestį, paprastai skaitmeninę kvadratinę bangą Hall jutikliams arba formos analoginę išvestį VR jutikliams. Kai kuriuose jutikliuose taip pat yra įmontuoti reguliatoriai ir diagnostinės grįžtamojo ryšio grandinės.
• Jungties kaiščiai arba gnybtai: šie elektriniai kontaktai perduoda jutiklio signalą į variklio valdymo bloką (ECU), transmisijos valdymo modulį (TCM) arba ABS modulį. Jungtys paprastai suprojektuotos su fiksavimo spaustukais, kad būtų išvengta atsitiktinio atjungimo, ir gali būti paauksuoti kontaktai, kad būtų pagerintas laidumas ir atsparumas korozijai.
• Ekranuotas kabelis arba laidai: aukšto dažnio triukšmas iš uždegimo sistemų, generatorių ir variklių gali trukdyti jutiklių signalams. Ekranuoti kabeliai apsaugo nuo elektromagnetinių trukdžių (EMI) ir radijo dažnio trukdžių (RFI), užtikrindami tikslius greičio rodmenis, ypač ABS ir variklio valdymo programose.
• Montavimo įranga: jutiklis turi būti tvirtai sumontuotas ir tiksliai išlygintas, kad būtų išlaikytas tinkamas oro tarpas tarp jutiklio ir besisukančio taikinio. Montavimo nuostatos gali apimti srieginius korpusus, flanšų laikiklius, laikiklius, sandarinimo žiedus arba varžtų skyles. Tinkamas mechaninis montavimas apsaugo nuo vibracijos pažeidimų ir užtikrina stabilų veikimą.
Greičio jutiklių taikymas
• Automobilių pramonės greičio jutikliai yra beveik kiekvienoje transporto priemonių sistemoje. Jie matuoja ratų greitį ABS ir traukos kontrolei, stebi alkūninio veleno ir skirstomojo veleno greitį, kad būtų tiksliai nustatytas uždegimo laikas, kontroliuoja transmisijos įvesties ir išėjimo veleno greitį pavarų perjungimui ir siunčia duomenis į spidometrą ir stabilumo kontrolės sistemas. Be greičio jutiklių neveiktų šiuolaikinės variklio valdymo ir saugos funkcijos.
• Aviacijos ir kosmoso srityse, greičio jutikliai naudojami tiksliam stebėjimui ekstremaliomis darbo sąlygomis. Jie seka reaktyvinių variklių turbinos sūkius, stebi sraigtasparnių pavarų dėžės greitį ir teikia kritinį skrydžio valdymo pavarų sukimosi grįžtamąjį ryšį. Šie jutikliai užtikrina saugų varomosios sistemos veikimą ir padeda išvengti mechaninių gedimų skrydžio metu.
• Pramoninė automatika, greičio jutikliai naudojami variklio grįžtamajam ryšiui kintamo dažnio pavarose (VFD), konvejerio greičio stebėjimui ir kodavimo sistemoms padėties ir sukimosi matavimui. Jie palaiko tikslų valdymą automatizuotose gamybos linijose, siurbliuose, kompresoriuose ir CNC mašinose.
• Robotika, greičio jutikliai leidžia robotams judėti tiksliai ir stabiliai. Jie teikia grįžtamąjį ryšį servo varikliams, valdo robotų rankų jungčių padėtis ir leidžia tiksliai matuoti ratų greitį mobiliuosiuose robotuose. Kodavimo įrenginiai ir Hall efekto greičio jutikliai dažniausiai naudojami robotų judesio valdymo kilpose.
• Jūrų pramonė, greičio jutikliai stebi sraigto veleno sukimąsi, variklio sūkius ir generatoriaus greitį laivuose, valtyse ir jūrų varikliuose. Jie yra navigacijos sistemų dalis ir užtikrina efektyvų traukos ir variklio veikimą vykdant operacijas jūroje.
• Statybinė ir sunkioji technika, greičio jutikliai naudojami hidraulinėms pavaros sistemoms valdyti, buldozerių ir ekskavatorių ratų ar vikšrų judėjimui stebėti, gervės ir krano greičiui reguliuoti, stabilumui ir saugumui pagerinti atliekant sunkias kėlimo operacijas.
• Geležinkelių ir karinės sistemos, greičio jutikliai matuoja traukos variklio greitį lokomotyvuose, sinchronizuoja stabdžių sistemas ir stebi šarvuočių pavaros sukimąsi. Jie taip pat naudojami bokštelio sukimosi valdymo ir raketų valdymo sistemose, kur tikslus judesio matavimas yra labai svarbus.
• Atsinaujinančios energijos pritaikymas, greičio jutikliai yra būtini vėjo turbinose ir hidroelektriniuose generatoriuose. Jie stebi turbinos veleno greitį, kontroliuoja ašmenų žingsnio mechanizmus ir apsaugo nuo greičio viršijimo sąlygų, kad apsaugotų įrangą ir optimizuotų energijos gamybą.
Greičio jutiklio simptomai ir gedimo priežastys
Greičio jutiklio problemos gali turėti įtakos variklio veikimui, transmisijos veikimui, ABS stabdymui ir traukos kontrolės sistemoms. Gedimus paprastai sukelia jutiklio pažeidimai, laidų problemos ar magnetiniai trukdžiai. Žemiau pateikiami dažniausiai pasitaikantys simptomai ir tikėtinos jų priežastys:
| Požymis | Galima priežastis |
|---|---|
| Nepastovus arba neveikiantis spidometras | Silpnas jutiklio signalas arba jo nėra dėl metalo šiukšlių ant magnetinio jutiklio antgalio arba pažeisto tono žiedo |
| ABS, TCS arba Check Engine lemputė įjungta | Sugedęs rato greičio jutiklis, laidų pažeidimas arba korozijos jungtis |
| Staigus arba uždelstas pavarų perjungimas | Sugedęs transmisijos greičio jutiklis (įvestis/išvestis) arba neteisingas oro tarpas |
| Šlubavimo režimo įjungimas | ECU negauna galiojančio greičio signalo, dažnai dėl jutiklio grandinės gedimo |
| Šiurkštus tuščiosios eigos režimas, variklio uždegimo pertrūkis arba užgesimas | Sugedęs alkūninio veleno / skirstomojo veleno greičio jutiklis arba karščio pažeista jutiklio elektronika |
| Pastovaus greičio palaikymo sistema neveikia | Transporto priemonės greičio signalo praradimas dėl jutiklio išvesties gedimo |
| ABS arba traukos kontrolės praradimas | Ratų greičio jutiklio gedimas arba pažeistas reluctoriaus (tono) žiedas |
| Pertraukiamas arba silpnas signalas | Atsilaisvinusi jungtis, laidų nuovargis arba vandens įsiskverbimas |
Greičio jutiklių tipai
Greičio jutikliai veikia naudojant skirtingus jutimo principus, priklausomai nuo tikslumo reikalavimų, aplinkos sąlygų ir valdymo sistemos poreikių. Pagrindiniai tipai yra šie:
Hall efekto greičio jutikliai
"Hall Effect" jutikliai aptinka magnetinių laukų pokyčius iš besisukančios pavaros arba tono žiedo. Jie sukuria skaitmeninę impulsų išvestį ir gerai veikia esant mažam greičiui, todėl idealiai tinka ABS, alkūninio veleno ir skirstomojo veleno jutikliams.
Kintamo nenoro (VR) jutikliai
VR jutikliai generuoja kintamosios srovės įtampos signalą, pagrįstą magnetinio srauto pokyčiais. Jie yra paprasti, tvirti ir tinkami dideliu greičiu matuoti varikliuose ir pramoninėje įrangoje.
Magnetorezistiniai (MR) jutikliai
Šie jutikliai labai jautriai ir tiksliai aptinka smulkius magnetinio lauko pokyčius. Jie naudojami robotikoje ir tiksliame judesio valdyme.
Optiniai greičio kodavimo įrenginiai
Naudodami šviesos šaltinį ir fotodetektorių, optiniai kodavimo įrenginiai suteikia didelės raiškos skaitmeninius impulsų išėjimus CNC staklėms, servo varikliams ir automatikos įrangai.
Talpiniai greičio jutikliai
Jie nustato talpos pokyčius tarp stacionaraus ir besisukančio taikinio. Jie tinka mažo greičio pramoninėms reikmėms, kur magnetiniai jutikliai netinka.
Sūkurinių srovių jutikliai
Naudojant indukuotas elektros sroves metaliniuose taikiniuose, jie užtikrina patikimą bekontaktį aptikimą turbinose, kompresoriuose ir sunkiosiose mašinose.
Kaip išbandyti greičio jutiklį?
Bandymo procedūros skiriasi priklausomai nuo greičio jutiklio tipo, Holo efekto (skaitmeninio) arba kintamo nenoro (analoginio). Prieš bandydami vizualiai apžiūrėkite, ar jutiklis, laidai ir toninis žiedas nėra fiziškai pažeisti, ar nėra laisvų jungčių ar metalinių šiukšlių. Visada vadovaukitės gamintojo specifikacijomis, kad sužinotumėte teisingus įtampos lygius ir varžos vertes.
Hallo efekto greičio jutiklio (3 laidų) bandymas
Hall jutikliai dažniausiai naudojami ABS, skirstomojo veleno ir alkūninio veleno programose. Jie sukuria skaitmeninį impulsinį signalą (0–5 V arba 0–12 V), priklausomai nuo sistemos konstrukcijos.
Tipiškos vielos spalvos:
• Raudona (arba geltona) – įtampos tiekimas iš ECU (paprastai 5V arba kartais 12V)
• Juoda (arba ruda) – žemė
• Signalo laidas – išėjimas į ECU
Bandymo žingsniai:
(1) Patikrinkite maitinimo šaltinį: nustatykite multimetrą į nuolatinės srovės voltus. Zonduokite maitinimo ir įžeminimo laidus, kai uždegimas įjungtas. Numatomas rodmuo: ~5 V iš ECU (arba 12 V kai kuriems tipams).
(2) Patikrinkite jutiklio įžeminimą: išmatuokite įtampos kritimus tarp jutiklio įžeminimo ir neigiamo akumuliatoriaus gnybto. Skaitymas turėtų būti artimas 0 V. Didelis rodmuo rodo prastą įžeminimą.
(3) Bandymo signalo išvestis: sukdami ratą arba tikslinę pavarą, patikrinkite signalo laidą. Numatoma galia: greitas pulsavimas nuo 0 V iki 5 V (arba 12 V). Nėra impulso rodo jutiklio gedimą, nutrūkusius laidus ar neteisingą oro tarpą.
Kintamo nenoro (VR) jutiklio (2 laidų) bandymas
VR jutikliai yra pasyvūs jutikliai, naudojami senesnėse ABS sistemose ir daugelyje variklio apsisukimų programų. Jie sukuria kintamosios srovės įtampos signalus, kurie didėja greičiu.
• Laidų sąranka: du jutiklio laidai (be išorinio maitinimo šaltinio)
Bandymo žingsniai:
(1) Išmatuokite varžą: išjunkite degimą ir atjunkite jutiklį. Išmatuokite dviejų jutiklio kaiščių varžą. Tipinis rodmuo: 200–1500 omų (skiriasi priklausomai nuo konstrukcijos). Begalinis pasipriešinimas rodo atvirą grandinę.
(2) Patikrinkite kintamosios srovės tūrįtage išvestis: nustatykite multimetrą į kintamosios srovės tūrįtage. Sukdami pavarą vėl prijunkite jutiklį ir galinį zondą. Numatomas rodmuo: nuo 0.2 V iki 2 V kintamosios srovės mažu greičiu, didėjant sukimosi greičiui.
(3) Patikrinkite ECU tęstinumą: patikrinkite, ar laiduose nėra trumpųjų jungčių ar nutrūkusių jungčių.
Greičio jutiklis vs kodavimo įrenginys ir tachometras
| Funkcija | Greičio jutiklis | Kodavimo įrenginys | Tachometras |
|---|---|---|---|
| Matavimas | Matuoja tik greitį (linijinį arba sukamąjį) | Matuoja greitį, padėtį ir sukimosi kryptį | Matuoja sukimosi greitį (RPM) |
| Išvesties tipas | Skaitmeninis (impulsinis) arba analoginis (įtampa) | Kvadratūros impulsų išėjimai (A/B) + indeksas (Z) | Analoginis adatos ekranas arba skaitmeninė RPM išvestis |
| Signalo tikslumas | Terpė – pakanka valdymo sistemoms | Didelė tiksli kampinė skiriamoji geba | Vidutinis – tinka pagrindiniam RPM stebėjimui |
| Sprendimas | Mažas ar vidutinis pulso skaičius | Labai didelė skiriamoji geba, priklausomai nuo apsisukimų skaičiaus (CPR) | Mažos skiriamosios gebos, paprastai vieno RPM skaitymas |
| Krypties aptikimas | Paprastai nepalaikoma | Taip (per A/B fazių skirtumą) | Ne |
| Atsiliepimai apie pareigas | Ne | Taip (absoliutus arba laipsniškas) | Ne |
| Kontakto tipas | Bekontaktis (magnetinis arba optinis) | Kontaktinis (mechaninis) arba bekontaktis (optinis/magnetinis) | Mechaninis arba elektroninis |
| Reakcijos laikas | Greitas judesio valdymui | Labai greitas ir tikslus | Vidutinis |
| Patvarumas | Tvirtas atšiaurioje aplinkoje | Jautrus dulkėms, alyvai, vibracijai (optiniai tipai) | Mechaniniai susidėvi; Skaitmeniniai tipai tarnauja ilgiau |
| Galios poreikis | Žemas | Nuo žemo iki vidutinio (priklauso nuo tipo) | Žemas |
| Kaina | Nuo žemo iki vidutinio | Nuo vidutinio iki didelio | Nuo žemo iki vidutinio |
| Įprastos naudojamos technologijos | Hall efektas, VR (magnetinis), optinis | Optinė arba magnetinė kvadratūra | Magnetinis, optinis, mechaninis |
| Tipiški pritaikymai | Automobilių ABS, perdavimo greitis, pramoninės mašinos | Robotika, CNC staklės, servo varikliai, automatika | Variklių, generatorių, mechaninių įrenginių RPM stebėjimas |
Išvada
Greičio jutikliai padeda užtikrinti transporto priemonių veikimą, saugos sistemas ir pramoninę automatiką. Jų veikimo, charakteristikų ir gedimo požymių supratimas padeda tiksliai diagnozuoti ir patikimai veikti sistemą. Nesvarbu, ar tai būtų "Hall Effect" jutiklis automobilyje, ar pramoninės robotikos kodavimo įrenginys, greičio jutikliai suteikia reikiamą grįžtamąjį ryšį, kad judesiai būtų sklandūs ir kontroliuojami. Reguliarus tikrinimas ir tinkamas bandymas gali prailginti jų tarnavimo laiką ir išvengti brangių sistemos gedimų.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kuo skiriasi ratų greičio jutiklis ir transporto priemonės greičio jutiklis (VSS)?
Ratų greičio jutiklis matuoja atskirų ratų greitį ABS ir traukos kontrolei, o transporto priemonės greičio jutiklis (VSS) matuoja bendrą transmisijos išėjimo greitį, kad apskaičiuotų transporto priemonės greitį ECU ir spidometrui.
Ar blogas greičio jutiklis gali turėti įtakos degalų ekonomijai?
Taip. Jei ECU gauna neteisingus greičio duomenis, jis gali neefektyviai reguliuoti degalų įpurškimą ir perjungimo režimą, todėl prastėja degalų sąnaudos ir padidėja variklio apkrova.
Kiek laiko paprastai tarnauja greičio jutikliai?
Dauguma OEM greičio jutiklių normaliomis sąlygomis tarnauja 80 000–150 000 km, tačiau tarnavimo laikas gali sutrumpėti dėl šiukšlių, karščio, vibracijos ar korozijos laidų poveikio.
Ar galiu išvalyti greičio jutiklį, o ne jį pakeisti?
Taip, magnetinius greičio jutiklius dažnai galima valyti, jei metalo drožlės ar susikaupę nešvarumai turi įtakos signalo išvesties. Atsargiai nuimkite jutiklį ir nuvalykite antgalį stabdžių valikliu arba minkšta šluoste, kad nepažeistumėte laidų.
Ar saugu važiuoti su sugedusiu greičio jutikliu?
Tai nerekomenduojama. Dėl blogo greičio jutiklio gali prarasti ABS, traukos kontrolę, neteisingą pavarų perjungimą arba ribotą variklio galią (šlubavimo režimas), todėl padidėja nelaimingų atsitikimų rizika.