Измерение угла поворота вала

Наиболее распространенным является измерение угла поворота коленчатого вала в процессе работы микропроцессорной системы управления двигателя. При этом используют индуктивные датчики, структурная схема и внешний вид которого представлены на рис. 28.

Рис. 28. Индуктивный датчик: а) структурная схема; б) внешний вид;

1 – металлический стержень; 2 – провод, намотанный в виде катушки; 3 – металлический кронштейн крепления датчика; 4 – магнит; 5 – металлическая экранирующая оплетка проводов; 6 – выводы для подключения катушки датчика; 7 – вывод, для подключения экранирующей оплетки

Индуктивный датчик состоит из катушки провода 2, намотанного на металлический стержень 1. В верхней части датчика закреплен магнит 4. Катушка 2 имеет два вывода 6, которые помещены в экранирующую оплетку 5. Для подключения датчика используют два вывода 6 катушки 2 и провод от экранирующей оплетки 7.

Индуктивный датчик (ИД) устанавливают в кожухе сцепления двигателя

так, чтобы нижний конец его металлического стержня 2 находился на расстоянии 0,51,0 мм от поверхности зубьев венца 1 маховика двигателя (рис. 29, а).

Магнит создает магнитное поле вокруг катушки датчика. При вращении маховика, зубья его венца движутся относительно стержня индуктивного датчика. При прохождении вершины зуба мимо стержня магнитное поле вокруг датчика увеличивается, поскольку зазор между ними минимален. При прохождении впадины зуба, зазор между стержнем датчика и маховиком сильно увеличивается и магнитное поле датчика резко снижается. Таким образом, на катушку индуктивного датчика действует переменное магнитное поле и в ней возникает переменный ток, с напряжением U_д которое можно снять с контактов датчика. Форма сигнала индуктивного датчика представлена на верхнем графике рисунка 29, б. Максимальная амплитуда его сигнала U_{д мах} зависит от скорости прохождения зубьев относительно стержня датчика и может достигать от долей до нескольких десятков вольт.

Рис. 29. Измерение угла поворота коленчатого вала

а) блок-схема микропроцессорного измерителя; б) - осциллограммы сигналов; 1 – зубчатый венец маховика; 2 – индуктивный датчик; 3 – полупроводниковый диод; 4 – жидкокристаллический дисплей

Для измерения угла поворота коленчатого вала, сигнал U_д индуктивного датчика фильтруют, пропуская его через полупроводниковый диод 3 (рис. 29, а). Поскольку диод 3 попускает ток только в одну сторону и не пропускает его в другую, то на его выходе останутся только положительные полупериоды сигнала датчика с напряжением +U_д (их форма представлена на среднем графике рис. 29, б).

Положительные полупериоды сигнала индуктивного датчика напряжением +U_д поступают на вход формирователя ФИ стандартных (по форме и длительности) прямоугольных импульсов. В моменты времени t₁, t₂, и т.д., когда зубья маховика начинают проходить мимо стержня индуктивного датчика, формирователь импульсов ФИ будет вырабатывать на своем выходе по одному стандартному прямоугольному импульсу, напряжением +5В (см. нижний график рис. 29, б).

Чтобы, используя стандартные импульсы, определить величину угла поворота коленчатого вала необходимо знать количество зубьев Z на венце его маховика. Величина угла _v поворота коленчатого вала будет равна:

, [град] (2.21)

где n_z – количество стандартных импульсов, на выходе формирователя ФИ за период поворота коленчатого вала на угол _v.

Для решения этого уравнения используют микропроцессор МК. Стандартные импульсы формирователя ФИ поступают на вход микропроцессора МК. Программа микропроцессора считывает с его входа стандартные импульсы (считает n_z) и, решая уравнение (2.21), определяет величину угла поворота коленчатого вала _v.

Измерение скорости вращения коленчатого вала. Используя схему, представленную на рис. 2.21, а) можно измерять скорость n_e вращения коленчатого вала двигателя. Для этого в схеме с микропроцессором установлен кварцевый генератор, генерирующий стандартные импульсы времени, длительностью _t =1,0 секунду. Чтобы определить скорость n_e вращения коленчатого вала двигателя микропроцессор решает уравнение вида:

, [об/сек] (2.22)

где n_t – количество стандартных импульсов, поступивших в микропроцессор МК от формирователя ФИ за время _t = 1,0 с.

При необходимости, скорость n_e вращения коленчатого вала двигателя можно отображать на жидкокристаллическом дисплее 4 (рис. 2.21, а).

Абсолютная погрешность системы измерения угла _v поворота определяется по формуле:

, [град]. (2.23)

Относительная погрешность системы измерения скорости n_e вращения определяется по формуле:

(2.24)