Датчик углового или линейного перемещения

Датчики перемещения (индуктивный, оптический, емкостной и другие типы)

Конструкция датчиков перемещения может быть очень разнообразном. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, в этой статье вы узнаете принцип действия всех существующих на сегодняшний день датчиков перемещения.
Вы также можете посмотреть другие статьи. Например, «Виды деформации твердых тел» или «Датчики деформации (экстензометры)».

Датчик перемещения — это прибор, предназначенный для определения величины линейного или углового механического перемещения какого-либо объекта. Разумеется, подобные приборы имеют колоссальное количество практических применений в самых разнообразных областях, поэтому существует множество классов датчиков перемещения, которые различаются по принципу действия, точности, цене и прочим параметрам. Следует сразу отметить, что все датчики перемещения можно разделить на две основных категории — датчики линейного перемещения и датчики углового перемещения (энкодеры). В рамках данного обзора основное внимание будет уделено именно датчикам линейного перемещения.

По принципу действия датчики перемещения могут быть:

• Емкостными
• Оптическими
• Индуктивными
• Вихретоковыми
• Ультразвуковыми
• Магниторезистивными
• Потенциометрическими
• Магнитострикционными
• На основе эффекта Холла

Емкостные датчики перемещения

В основе работы датчиков данного типа лежит взаимосвязь ёмкости конденсатора с его геометрической конфигурацией. В простейшем случае речь идёт об изменении расстояния между пластинами вследствие внешнего физического воздействия (Рисунок 1). Поскольку ёмкость конденсатора изменяется обратно пропорционально величине зазора между пластинами, определение ёмкости при прочих известных параметрах позволяет судить о расстоянии между пластинами. Изменение ёмкости можно зафиксировать различными способами (например, измеряя его импеданс), однако в любом случае конденсатор необходимо включить в электрическую цепь.

Рисунок 1. Емкостной датчик линейного перемещения с изменяющейся величиной зазора.

Другой схемой, где выходным параметром является электрическая ёмкость, является схема, содержащая конденсатор с подвижным диэлектриком (Рисунок 2). Перемещение диэлектрической пластины между обкладками конденсатора также приводит к изменению его ёмкости. Пластина может быть механически связана с интересующим объектом, и в этом случае изменение ёмкости свидетельствует о перемещении объекта. Кроме того, если сам объект обладает свойствами диэлектрика и имеет подходящие габариты — он может быть использован непосредственно в качестве диэлектрической среды в конденсаторе.

Рисунок 2. Емкостной датчик линейного перемещения с подвижным диэлектриком.

Оптические датчики перемещения

Существует множество вариаций схем датчиков перемещения, основанных на различных оптических эффектах. Пожалуй, наиболее популярной является схема оптической триангуляции — датчик положения является, по сути, дальномером, который определяет расстояние до интересующего объекта, фиксируя рассеянное поверхностью объекта излучение и определяя угол отражения, что даёт возможность определить длину d — расстояние до объекта (Рисунок 3). Важным достоинством большинства оптических датчиков является возможность производить бесконтактные измерения, кроме того такие датчики обычно довольно точны и имеют высокое быстродействие.

Рисунок 3. Оптический датчик перемещения на основе схему оптической триангуляции.

В другой реализации оптического датчика, предназначенной для регистрации и определения параметров малых перемещений и вибраций, используется двойная решётчатая конструкция, а также источник света и фотодетектор (Рисунок 4). Одна решётка неподвижна, вторая подвижна и может быть механически закреплена на интересующем объекте или каким-либо способом передавать датчику его движение. Малое смещение подвижной решётки приводит к изменению интенсивности света, регистрируемой фотодетектором, причём с уменьшением периода решётки точность датчика возрастает, однако сужается его динамический диапазон.

Рисунок 4. Оптический датчик перемещения на основе дифракционных решеток.

Дополнительными возможностями применения обладают оптические датчики, учитывающие поляризацию света. В таких датчиках может быть реализован алгоритм селекции объектов по отражательным свойствам поверхности, т.е. датчик может «обращать внимание» только на объекты с хорошей отражающей способностью, прочие объекты игнорируются. Разумеется, чувствительность к поляризации негативно сказывается на стоимости подобных устройств.

Индуктивные датчики перемещения

В одной из конфигураций датчика данного типа чувствительным элементом является трансформатор с подвижным сердечником. Перемещение внешнего объекта приводит к перемещению сердечника, что вызывает изменение потокосцепления между первичной и вторичной обмотками трансформатора (Рисунок 5). Поскольку амплитуда сигнала во вторичной обмотке зависит от потокосцепления, по величине амплитуды вторичной обмотки можно судить о положении сердечника, а значит и о положении внешнего объекта.

Рисунок 5. Индуктивный датчик перемещения на трансформаторе.

Другая конфигурация имеет более простую схему, однако она пригодна лишь для небольшого количества приложений, где требуется определять незначительные перемещения или вибрации объектов, состоящих из ферромагнитного материала. В данной схеме интересующий ферромагнитный объект играет роль магнитопровода, положение которого влияет на индуктивность измерительной катушки (Рисунок 6).

Рисунок 6. Индуктивный датчик перемещения для объектов из ферромагнитных материалов.

Вихретоковые датчики перемещения

Датчики данного типа содержат генератор магнитного поля и регистратор, с помощью которого определяется величина индукции вторичных магнитных полей. Вблизи интересующего объекта генератор создаёт магнитное поле, которое, пронизывая материал объекта, порождает в его объёме вихревые токи (токи Фуко), которые, в свою очередь, создают вторичное магнитное поле (Рисунок 7). Параметры вторичного поля определяются регистратором, и на их основании вычисляется расстояние до объекта, так как чем объект ближе, тем больший магнитный поток будет пронизывать его объём, что усилит вихревые токи и индукцию вторичного магнитного поля. Подобный принцип используется и в вихретоковых дефектоскопах, однако там на параметры вторичного магнитного поля влияет не расстояние до объекта, а наличие в его внутренней структуре скрытых несовершенств. Метод является бесконтактным, однако может применяться только для металлических тел.

Рисунок 7. Вихретоковый датчик перемещения.

Ультразвуковые датчики перемещения

В ультразвуковых датчиках реализован принцип радара – фиксируются отражённые от объекта ультразвуковые волны, поэтому структурная схема обычно представлена источником ультразвуковых волн и регистратором (Рисунок 8), которые обычно заключены в компактный корпус. Определение временной задержки между моментами отправки и приёма ультразвукового импульса позволяет измерять расстояние до объекта с точностью, доходящей до десятых долей миллиметра. Наряду с оптическими, ультразвуковые датчики на сегодняшний день являются, пожалуй, наиболее универсальным и технологичным бесконтактным средством измерения. Использование этого принципа измерений опять же можно найти в детекторах обнаружения дефектов, только на этот раз уже в ультрозвуковых дефектоскопах.

Рисунок 8. Ультразвуковой датчик перемещения.

Магниторезистивные датчики перемещения

В магниторезистивных датчиках перемещения используется зависимость электрического сопротивления магниторезистивных пластинок от направления и величины индукции внешнего магнитного поля. Датчик, как правило, состоит из постоянного магнита и электрической схемы, содержащей включённые по мостовой схеме магниторезистивные пластинки и источник постоянного напряжения (Рисунок 9). Интересующий объект, состоящий из ферромагнитного материала, перемещаясь в магнитном поле, изменяет его конфигурацию, вследствие чего изменяется сопротивление пластинок, и мостовая схема регистрирует рассогласование, по величине которого можно судить о положении объекта.

Рисунок 9. Магниторезистивный датчики перемещения.

Датчики на основе эффекта Холла

Датчики этого типа имеют конструкцию подобную конструкции магниторезистивных датчиков, однако в основу их работы положен эффект Холла — прохождение тока через проводник, на который воздействует внешнее магнитное поле, приводит к возникновению разности потенциалов в поперечном сечении проводника.

Магнитострикционные датчики перемещения

Как правило, магнитострикционный датчик представляет собой протяжённый канал — волновод, вдоль которого может свободно перемещаться постоянный кольцевой магнит. Внутри волновода содержится проводник, способный при подаче на него электрических импульсов создавать магнитное поле вдоль всей своей длины (Рисунок 10). Полученное магнитное поле складывается с полем постоянного магнита, и результирующее поле создаёт момент вращения канала, содержащего волновод (эффект Вайдемана). Импульсы вращения распространяются по каналу в обе стороны со скоростью звука материала канала. Регистрация временной задержки между отправкой электрического импульса и приёма импульса вращения позволяет определить расстояние до постоянного магнита, т.е. определить его положение. Канал может иметь довольно большую длину (до нескольких метров), а положение магнита может быть определено с точностью до нескольких микрометров. Магнитострикционные датчики обладают отличной повторяемостью, разрешением, устойчивостью к неблагоприятным условиям и низкой чувствительностью к температурным изменениям.

Рисунок 10. Магнитострикционный датчик перемещения.

Потенциометрические датчики перемещения

Датчик данного типа в своей основе имеет электрический контур, содержащий потенциометр (Рисунок 11). Линейное перемещение объекта приводит к изменению сопротивления потенциометра (переменного резистора). Если через потенциометр пропускать постоянный ток, то падение напряжения на нём будет пропорционально величине сопротивления, и, следовательно, величине линейного перемещения интересующего объекта.

Рисунок 11. Потенциометрический датчик перемещения.

Наряду с механическими датчиками перемещения, потенциометрические датчики получили наиболее широкое распространение в силу своей простоты и низкой стоимости, однако для универсальных, прецизионных и бесконтактных измерений в последнее время всё чаще используются датчики на основе оптических эффектов.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Источник

Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Датчики угловых и линейных перемещений и положений

Датчики угловых и линейных перемещений могут иметь простую конструкцию – например, микровыключатель на двери, и сложную – типа линейных дифференциальных трансформаторов в активной подвеске.

Назначение датчиков такого типа заключается в преобразовании углового или линейного перемещения в электрический сигнал.
Датчики выполняются контактными или бесконтактными. Контактные датчики подвержены износу, свойства оптических датчиков ухудшаются от пыли и влаги. В связи с этим, в современных бесконтактных датчиках угловых и линейных перемещений, применяемых в автомобилях, чаще всего используются магнитные свойства чувствительных элементов.

Контактные датчики

Микровыключатели – это простые контактные датчики для фиксации определенного крайнего положения объекта, например, двери, стекла в стеклоподъемнике и др., или срабатывающие при достижении параметра установленного уровня.
При срабатывании микровыключателя в ЭБУ подается сигнал, соответствующий напряжению питания. Если при срабатывании датчик контактного типа разрывает свои контакты, то система контроля может трактовать это состояние как обрыв цепи и подать сигнал неисправности.
Для преодоления этого, контакты датчика зашунтированы постоянным сопротивлением Rs, и при разрыве контактов цепь не разрывается, а ее сопротивление резко увеличивается.
При замкнутых контактах сопротивление цепи R составляет 180 Ом, при разомкнутых – 1380 Ом (R + Rs).
Основным недостатком таких датчиков является дребезг контактов.

Потенциометрические датчики применяются на автомобиле в качестве датчиков положения (например, датчик положения дроссельной заслонки, уровня топлива и т. п.).
Современные автомобильные потенциометрические датчики имеют наработку на отказ больше, чем срок эксплуатации среднего автомобиля, выдерживают вращение движка со скоростью до 1000 оборотов в минуту в течение более 1000 часов.

Проволочные потенциометры характеризуются числом витков намотки на градус: от 1 до 8, их сопротивление лежит в пределах 10. 10000 Ом, с погрешностью 5%.
Достоинство проволочных потенциометров – возможность реализации низкоомных датчиков.
Недостатки: нелинейность, дискретность, быстрый износ (около 105 оборотов).

В качестве датчиков положения в автомобилях обычно используются непроволочные потенциометры с напыленным на пластике или керамике резистивным покрытием.
Щетки движка демпфируются для устойчивости к вибрациям. Сопротивление таких автомобильных датчиков положения лежит в пределах 50. 20000 Ом, с погрешностью 10. 20%. Потенциометры используются в режиме делителя напряжения, имеют линейную характеристику и высокое разрешение.
Потенциометры с пластиковой дорожкой, покрытой резистивным слоем, выдерживают более 107 оборотов для датчиков угловых перемещений и 107 ходов «вперед – назад» для датчиков линейных перемещений. Потенциометрические датчики получают питание напряжением 5 В от стабилизатора в ЭБУ.
Для их оптимальной работы в микроэлектронных схемах ток через щетки движка ограничивается величиной порядка 0,1 мкА.

Датчик положения дроссельной заслонки (рис. 1) установлен на оси дроссельной заслонкой сбоку дроссельного узла и представляет собой резистор потенциометрического типа, один из выводов которого соединен с опорным напряжением (5 В) ЭБУ, а второй с его массой.
Третий вывод соединяет подвижный контакт датчика с измерительным входом ЭБУ, что позволяет определять напряжение выходного сигнала. Данные о положении дроссельной заслонки нужны для расчета длительности впрыска форсунками.
При повороте дроссельной заслонки изменяется напряжение на подвижном контакте датчика, при закрытом положении дросселя выходной сигнал датчика ниже 0,7 В, при открытии – выходной сигнал соответственно возрастает и полностью открытой заслонке соответствует выходное напряжение не менее 4 В.

Рис. 1. Датчик положения дроссельной заслонки

Датчики высоты кузова также обычно выполняются на основе потенциометров, выходное напряжение которых пропорционально высоте кузова по отношению к шасси. Обычно корпус датчика крепится на кузове, а рычаг ползунка — на элементе подвески или моста. На взаимное перемещение подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля датчик реагирует выходным сигналом.
Такие датчики используются в составе системы управления активной подвеской.

Датчик уровня топлива в баке обычно представляют из себя потенциометр, связанный с поплавком. С потенциометра снимается напряжение, пропорциональное уровню топлива, которое после преобразования в цифровую форму поступает на микропроцессор. В памяти микропроцессора хранится таблица соответствия количества топлива характеру поступающих импульсов.
Если уровень топлива опускается до заданного минимального уровня, на панели приборов появляется предупреждающий сигнал.
Чтобы исключить влияние колебаний топлива в баке на показания прибора, микропроцессор выполняет несколько измерений с задержкой в несколько секунд и затем вычисляет среднее значение.

Современные датчики уровня топлива это потенциометры, выполненные по пленочной технологии, где резистивный элемент представляет собой керамическое основание с нанесённой топологией проводникового, резистивного и защитного слоёв.
Подвижной контакт узла при перемещении контактирует с рядом проводниковых ламелей, на которые нанесён резистивный слой, таким образом, изменяется сопротивление от минимума до максимума. Поскольку подвижной контакт связан с поплавком, находящимся внутри топливного бака, при изменении уровня топлива происходит перемещение поплавка и изменение положение подвижного контакта, в результате чего изменяется сопротивление резистивного элемента датчика уровня топлива.

Плёночная технология позволяет эксплуатировать резистивные элементы в достаточно жёстких условиях:

• диапазон рабочих температур: от -60. +80 ˚С;
• вибрационные синусоидальные нагрузки: 20..300 Гц с амплитудой ускорения 40. 60 м/с 2 , длительностью воздействия ускорения 1…3 мс, продолжительностью 10000 ударов;
• износоустойчивость: 2000000 полных перемещений при величине давления 0,17…0,23 Н.

Бесконтактные датчики

В различных автомобильных ЭСАУ необходима информация об угловой скорости или угловом положении вращающегося вала. Такая информация обычно вырабатывается бесконтактными датчиками.
В основу работы таких бесконтактных датчиков положены различные физические явления: магнитоэлектрические, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэлектронные, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические.

В оптических датчиках относительного углового положения используются светомодулирующие (кодирующие) диски с симметричными прозрачными и непрозрачными секторами. Диски прецизионных датчиков выполняются из стекла, обычных – из металла. С одной стороны на кодирующий диск подается свет, с другой, этот свет попадает в фотоприемники.
Кодирующий диск может иметь от 16 до 6000 позиций на оборот. Сектора могут располагаться на двух радиусах, и смещены на половину длины отверстия, что в четыре раза увеличивает разрешающую способность. Третий радиус используется для размещения маркера.
Подобные оптические датчики получили широкое применение в качестве датчиков углового положения рулевого колеса (рис. 2). Датчик имеет вращающийся диск с прорезями и три неподвижных оптоэлектронных пары. Диск вместе с рулем вращается между светодиодами и фототранзисторами. При повороте руля на фототранзисторах вырабатываются последовательности электрических импульсов, по которым ЭБУ определяет угол и скорость поворота.
Для определения направления поворота диска имеются два фотопрерывателя F₁ и F₂, а третий прерыватель F_N, фиксирует центральное положение рулевого колеса.

Рис. 2. Датчик положения рулевого колеса

В прошлом столетии на некоторых американских и японских автомобилях в системе зажигания использовались оптические датчики углового положения коленчатого вала и ВМТ (рис. 3). Датчик устанавливался в распределителе в защитном корпусе для уменьшения загрязнения и световых помех, однако все равно был подвержен загрязнениям.

Рис. 3. Задающий диск оптического датчика в распределителе

Микросхемы, используемые для подключения к оптическим датчикам, дешифруют направление вращения и относительное угловое положение с погрешностью 10. 40 ʹ. При вращении кодирующего диска погрешность возникает из-за конечной крутизны фронтов сигналов. Типичный частотный диапазон для светодиода не более 100 кГц (например, для диска с сотней прорезей частота вращения не может быть более 1000 мин -1 ).

Оптические датчики абсолютного углового положения генерируют информационный сигнал сразу при подаче питания. Оптические кодирующие диски таких датчиков (рис. 4) работают в разных форматах: двоичный, двоично-десятичный, код Грея.
На диске имеется N концентрических дорожек с секторами, где N – разрядность слова. Ошибка считывания может возникнуть, когда считывающее устройство воспринимает часть разрядов из соседнего сектора.
Для уменьшения ошибок считывания используется код Грея. В этом коде при изменении любого числа на единицу меняется только один двоичный разряд.

Выпускаются также оптические датчики относительного линейного положения, например, для регулятора холостого хода с шаговым двигателем. Датчик и излучатели выполняются в виде модулей, количество отсчетов до 8 на миллиметр. Это дает разрешение до 30 мкм.

Рис. 4. Кодирующие диски:
а – двоичный код, б – код Грея

Самым распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим магнитным потоком.
Принцип действия этого датчика основан на изменении магнитного сопротивления магнитной цепи, а, следовательно, и магнитного потока в ней, при изменении зазора с помощью ферромагнитного зубчатого ротора (коммутатора) (рис. 5 ).

При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом электромагнитной индукции возникает переменное напряжение U_Out с частотой n, соответствующей частоте вращения зубчатого ротора:

где k – коэффициент, зависящий от характеристик магнитной цепи; w – количество витков обмотки; dФ/dα – изменение потока Ф в зависимости от угла поворота α.

Когда зубцы ротора 4 приближаются к полюсам 5 статора, в обмотках 2, включенных последовательно и согласованно, нарастает напряжение U_Out. При совпадении фронтов зубцов ротора с полюсами статора (со средней их линией) напряжение U_Out, достигает максимума, затем быстро меняет знак и при удалении зубцов увеличивается в противоположном направлении снова до максимума.

Такие датчики использовались в распределителях зажигания, в которых зубчатый ротор 4 из мягкой стали приводился распределительным валиком. Число зубцов ротора соответствует числу цилиндров двигателя, а необходимое магнитное поле создают постоянные магниты 1.

Рис. 5. Принципиальная схема коммутаторного датчика и осциллограмма выходного сигнала

Индуктивные датчики частоты вращения и положения вала (рис. 6, а) используются в электронных системах управления двигателем в основном для измерения частоты вращения коленчатого и распределительного валов. Они предназначены также для определения верхней мертвой точки первого цилиндра или другой специальной метки, служащей началом отсчета с целью синхронизации функционирования системы управления рабочим процессом двигателя.

Обмотка 6 датчика размещена вплотную к полюсу постоянного магнита 4 (рис. 6, а) и имеет своим сердечником магнитопровод 7 из магнитомягкого материала расположенного с небольшим зазором Δ относительно зубьев колеса 8 (зубчатого венца маховика, зубчатой шестерни).
При перемещении зубьев относительно магнитопровода величина зазора Δ между ними меняется, что вызывает изменение магнитной индукции в индукционной катушке и появление двухполярного электрического импульса.
Две полуволны импульса (рис. 6, б) расположены симметрично относительно оси, проходящей через нулевую точку, которая соответствует центру каждого зуба. По частоте полученного сигнала переменного напряжения, ЭБУ определяет скорость вращения вала.
При прохождении около сердечника специальной синхронизирующей метки (отсутствие зуба на шестерне), ЭБУ фиксирует в сигнале датчика всплеск амплитуды. Амплитуда выходного сигнала датчика зависит от размера воздушного зазора между магнитопроводом и маркерным зубом, скорости изменения магнитной индукции, на которую влияет скорость перемещения зуба.

Индуктивные датчики относятся к числу наиболее надежных датчиков в электронных системах управления автомобильных двигателей. Из-за своих недостатков (зависимость амплитуды выходного сигнала от скорости вала, от загрязнения и температуры) в современных ЭСАУ эти датчики заменяются датчиками на основе эффекта Холла.
Датчики на эффекте Холла благодаря своим достоинствам, таким как, стоимость производства, точность, надежность помехозащищенность, стойкость к внешним воздействиям получили наибольшее применение в автомобилестроении.
Датчики углового положения, в основе работы которых лежит эффект Холла, получили широкое распространение благодаря развитию микроэлектроники, поскольку выходной сигнал таких датчиков довольно слабый, и требует усиления.

Рис. 6. Магнитоэлектрические датчики:
а) Индукционный датчик: 1-крышка; 2-уплотнение; 3-кронштейн крепления; 4-постоянный магнит; 5-корпус; 6-обмотка; 7-сердечник; 8-диск синхронизации; Δ – зазор между зубом и магнитопроводом датчика;
б) Сигнал индукционного датчика;
в), г) Датчик Холла в распределителе: 1-приводной вал; 2-лопасть ротора (экран); 3-магнитопровод; 4-постоянный магнит; 5-микросхема; 6-корпус датчика; 7-выводные клеммы;
д) эффект Холла.

Эффект Холла (рис. 6, д) возникает в плоской полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока. Если поместить пластинку толщиной h в магнитное поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток I через пластину в продольном направлении, то в поперечном направлении между противоположными гранями пластины возникнет ЭДС Холла:

где k – постоянная Холла, м 2 /А.

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной пластины и увеличивается при уменьшении ее толщины. Толщина элемента из пленки h достигает I0 -6 м, пластины из полупроводникового кристалла – 10 -4 м.
Для изготовления элементов Холла используются германий, кремний, арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).

ЭДС самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние электромагнитных помех.
Конструктивно элемент Холла и преобразовательная схема, содержащая усилитель, пороговый элемент, выходной каскад и стабилизатор напряжения, выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой. Такие интегральные схемы (ИС) с датчиками Холла выпускаются дискретными и аналоговыми.

Дискретные ИС применяются в датчиках относительного положения и скорости. Работающие в условиях подкапотного пространства, такие датчики имеют погрешность менее 0,5% и используются, как правило, в качестве датчиков положения коленчатого или распределительного валов, в системах зажигания.

Аналоговые ИС применяются в датчиках абсолютного положения вместо контактных потенциометрических.
Выходное напряжение аналоговых датчиков Холла пропорционально магнитной индукции поля и напряжению питания, что упрощает их сопряжение с АЦП. В аналоговом датчике Холла, использующимся для определения углового положения, при повороте кольцевого магнита относительно статоров, между которыми размещен датчик, меняется его выходное напряжение.

В диапазоне 150˚ характеристика линейна, погрешность преобразования менее 1%.
В подобных датчиках нет трущихся частей, кроме безынерционных подшипников, имеющих высокую надежность. Но аналоговые датчики Холла имеют высокую стоимость, и на их чувствительность влияет температура. Для удешевления в них применяются более дешевые магнитные материалы с низкой температурной стабильностью: ферриты и сплавы AINiCo. При этом вводятся внешние компенсирующие элементы, характеристики датчика программируются через интерфейс.

Сельсины и дифференциальные трансформаторы

В качестве датчиков абсолютного углового положения на автомобилях редко (из-за дороговизны) применяться вращающиеся трансформаторы (сельсины), которые характеризуются высокой разрешающей способностью (до 7′) и работают в тяжелых внешних условиях. Обмотки возбуждения питаются напряжением с частотой 400. 20000 Гц, обычно для автомобилей 2. 5 кГц. Угловое положение ротора декодируется по сигналам с синусной и косинусной обмоток специальной микросхемой в цифровой код.

В качестве датчиков абсолютного линейного положения находят применение линейные дифференциальные трансформаторы. Выходной сигнал может быть декодирован специализированной интегральной схемой (ИС).

Магниторезистивные датчики

В магниторезистивных датчиках используется способность некоторых материалов, например, сплава FeNi, изменять свое сопротивление под воздействием изменения напряженности магнитного поля. Подобные датчики, как и датчики Холла, безынерционны, могут работать на нулевой частоте. В рабочем диапазоне магниторезистора его сопротивление меняется в пределах 2,5% по квадратичному закону функции косинуса.
Магниторезисторы встраивают в интегральную схему, где размещают и цепи обработки сигнала. Имеются также магниторезисторы с большей чувствительностью: 4. 15%.

Источник