ПОЗИЦИОННИ СЕНЗОРИ ЗА ДВИЖЕНИЕ/ЪГЪЛ

.:Магнито-индуктивни сензори:.

.:Магнитостатични сензори:.

.:Магниторезистивни сензори:.

ПРИЛОЖЕНИЕТО ИМ В АВТОМОБИЛНИТЕ СИСТЕМИ

Магнито-индуктивни сензори

Съществуват   различни   принципи   за   реализация   на   тези   сензори,   но   в   автомобилни 
приложения се прилагат само два – с токове на Фуко (вихрови токове) и соленоидни сензори 
с подвижна сърцевина със сходен принцип на действие. Те са безконтактни сензори за близко 
действие и работят на основата на магнито-индуктивния принцип, свързан с променлив ток.

Предимства

  са им стабилността и чувствителнността към външни механични въздействия 

при измерване на позиция.

Недостатък

 са им габаритите в сръвнение с микромеханичните сензори заради използването 

на бобина с определена индуктивност, дължина, сечение .

Сензори с токове на Фуко (вихрови токове)

1 – спойлер (диск); 2 – токове на Фуко; 3 – индуктор с въздушна сърцевина; 4 – променлив генератор; 5 -  

демодулатор; s – измерван ход (път); A(s) –напрежение на генератора; U

A

(s) – изходно напрежение

За   да   се   преобразува   измерваната   величина   в   електрически   изходен   сигнал,   трябва   да   се 
използва или ефектът на затихване (ефект на еквивалентното съпротивление), или ефектът на 
преместване   в  полето  (ефект   на  индуктивността).  В   първия  случай   на  затихващ   ефект  се 

използва   генератор   с   променлива   амплитуда   на   сигнала,   а   във   втория   (на   преместване   в 
полето) – генератор с променлива честота на сигнала . 

Недостатък

:  електронната схема трябва да бъде или в, или на сензора.

Предимства

: работят в кHz и MHz обхват, ниска температурна чувствителност.

Сензори с накъсо съединени пръстени

1 – накъсо свързан пръстен;  2 – магнитомека сърцевина; 3 – намотка; I – ток; I

W

 – вихрови токове; L(s ) –  

индуктивност; Φ(s) – магнитен поток за измервания ход s

Магнтитопроводът   на   сензорите   с   накъсо   съединени   пръстени   е   праволинейна   или   във 
формата на буквите U и Е и е от от магнитно мек материал във вид на ламинирана желязна 
сърцевина. Накъсо съединеният пръстен 1 (спойлерът) е от материал с висока проводимост 
(Cu или Аl) и е разположен около едно или всички стъбла на магнитопровода. Благодарение 
на   желязната   сърцевина   тези   сензори   имат   много   по-голяма   индуктивност,   отколкото 
сензорите с вихрови токове. Това означава, че безпрепятствено ще работят и при по-ниски 
честоти,  а сигналът може да се взема директно от сензора. Променливото поле, генерирано в 
и   около   желязната   сърцевина   от   тока   I   в   бобината   3,   не   може   да   премине   през   накъсо 
свързания пръстен, тъй като вихровите токове в пръстена го намаляват практически до нула. 
Това   означава,   че   вихровите   токове,   генерирани   в   свързания   накъсо   пръстен   ограничават 
магнитния поток в пространството между бобината и пръстена. Следователно, положението 
на пръстена има практически линеен ефект от индуктивността на полето в широк обхват, 
което означава, че цялата дължина на сензора може да се използва за измерване на ход.

Масата на движещия се накъсо свързан пръстен е много малка. Формата на междината 

между бобината и магнитопровода влияе върху формата на предавателната характеристика – 
ако се намали междината, към края на измервателния обхват може да бъде достигната добра 
линейност   на   характеристиката.   В   зависимост   от   материала   и   конструкцията   си   сензорът 
работи в честотен обхват от 5 до 50 kHz.

Този сензор може за се използва и при много тежки условия на работа, например в 

дизелови инжекционни помпи.

Измервателният   принцип   с   накъсо   свързан   пръстен   е   изключително   адаптивен   и   е 

възможна реализация на сензори в много различни конструктивни варианти (фиг. 4 и 5).

Много точен се явява сензорът от 

Полудиференциален тип

a) – единичен тип;

 b) – полудиференциален тип; 
c) -  пълен диференциален тип

1 – накъсо свързан пръстен; 2 – сърцевина; 3 – измервателна система; 4 – калибрираща система; L – индуктивност 

Той има два свързани накъсо пръстена, от които движещият се пръстен 1 (движение 3) е за 
измерване, а фиксираният пръстен (движение 4) е еталонен. 

Този сензор се използва по два начина:

1. Като индуктивен напреженов делител – чрез оценка на съотношението на индуктивностите 
L

1

/L

2

 или (L

1

 – L

2

)/ (L

1

 + L

2

);

2. Като честотно определящ компонент в генераторна схема за генериране на аналогов сигнал 
– висока защитеност от въздействия и лесна цифровизация на сигнала.

Сензорите   с   накъсо   свързан   пръстен   се   характеризират   с   относително   добър 

измервателен ефект, който най-често се изразява с отношението L

max

/L

min

 = 4.

Приложения в автомобила:

- Сензор за ход на зъбната рейка в in-line инжекторна помпа (ADS – attached-type 
load sensor);
- Сензор за измерване на ъгловата позиция на разпределителна инжекторна помпа.

Сензор във формата на  соленоид с подвижна сърцевина

1 – мултиплицирана в канавки бобина; 2 – феритна сърцевина; 3 – пресована пластмасова обвивка с плъзгач; 4 –  

въртящ се вал с водещ показалец; L(s) – индуктивност при измерван ход s; φ – измерван ъгъл 

Принципа на действие е изменение на индуктивността на бобината от движеща се в нея 

сърцевина. Сърцевината се изготвя от желязо във вид на тел, валцован лист или ферит и може 
да   се   управлява   прецизно   .  

Недостатък

  им   е   сравнително   голямата   нелинейност   на 

характеристичната крива, която може да се намали чрез използване на специална схема за 
тарирането   му.   Това   касае   случая,   когато   дължината   на   сензора   превишава   значително 
измерваното   преместване.   Този   недостатък   може   да   се   намали   и   чрез   разделянето   на 
намотката на части и разполагането им в канавки . 

Възможно е да се реализира и „диференциален” дроселиращ сензор чрез добавянето на 

втора еталонна бобина със сърцевина. Този сензор се свързва в схемата на променливотоков 
напреженов делител, като по този начин осигурява по-добра линейност на характеристиката и 
по-висока устойчивост на нулевата точка.

Приложения в автомобила:

    -   Сензор   за   педала   на   газта   (   ускоряващия   педал)   –   особено   в   електрически 
автомобили)

- Сензори за позициониране на дозиращи клапани.

Магнитостатични сензори

Магнитостатичните   сензори   измерват   параметрите   на   постоянно   магнитно   поле.   В 

сравнение с магнитоиндуктивните сензори, те са много по-подходящи за миниатюризация и 
могат да бъдат произвеждани с помощта на микроелектронни и микросистемни технологии. 
Освен това, галваномагнитните ефекти (ефектът на Хол и ефектът на Гаус) са много добре 
изразени в анизотропни магниторезистивни метални тънкослойни елементи (AMR).

Галваномагнитни сензори



В – магнитна индукция; I – ток през подложката; I

H

 – ток на Хол; I

V

 – захранващ ток; U

R

 – напрежение в надлъжно  

направление;α – отклонение на електроните от магнитното поле

a) – схема на свързване; b) – зависимост на Хол напрежението то магнитното поле; c) –зависимост на  

съпротивлението на пластината от магнитното поле (ефект на Гаус)

Сензорите, използващи Хол-ефекта, се създават в тънки полупроводникови подложки. 

Ако през такава пластина, която е наситена във вертикална посока от магнитната индукция В, 
протича   ток   I,   от   нея   може   да   бъде   снето   напрежение   U

H

  (напрежение   на   Хол), 

пропорционално на интензитета на магнитното поле и перпендикулярно на посоката на тока – 
ефект на Хол. 
В същото време съпротивлението на пластината се увеличава по параболичен закон – ефект 
на Гаус (магниторезистивен ефект). 

Превключватели на Хол-ефект

В   най-простия   случай  на  обработка  на   сигнала,  напрежението  на  Хол  от   изхода  на 

сензорния елемент се прилага към схемата на тригер на Шмит, на изхода на която се получава 
цифров сигнал. Ако магнитната индукция В, приложена към сензора, е по-малка от някакво 
зададено минимално прагово ниво, изходната стойност на напрежението от тригера на 

Шмит 

съответства   на   ниво   логическа   „0”   (изключено   състояние).   Ако   магнитната   индукция   В 
превиши   някакво   горно   прагово   ниво,   изходният   сигнал   от   тригера   отговаря   на   ниво 
логическа   „1”   (работно,   включено   състояние).   Тъй   като   това   поведение   е   гарантирано   в 
работния   температурен   обхват,   двете   прагови   нива   за   всички   сензори   от   този   тип   са 
относително раздалечени (приблизително на 50 mT). С други думи, изисква се значителен 
скок на индукцията (ΔВ) за превключване на сензора-ключ на Хол.

Сензори на Хол, използващи принципа на „въртящия ток” 

(„spinning-current”)

1 – полупроводникова подложка; 2 – активен електрод;3 -  пасивен електрод; I – захранващ ток; 

U

Н

 – напрежение на Хол

a) – фаза на въртене φ

1

;

 b) – фаза на въртене φ

2

 = φ

1

 + 45°