磁電式與霍爾式發動機轉速傳感器應用解析

謝丹 初宏偉

摘要：結合某車型的電路圖和實車轉速傳感器波形，本文對磁電式發動機轉速傳感器、霍爾式發動機轉速傳感器這兩種常見類型的工作原理進行詳細的說明，旨在對教學環節和檢修工作中，需要做轉速波形檢測來判斷可能的故障點起到一定的理論指導意義。

關鍵詞：磁電式;霍爾式;轉速傳感器;工作原理;波形

中圖分類號：U472.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0060-02

0? 引言

曲軸位置與轉速傳感器簡稱為發動機轉速傳感器，它是發動機集中控制系統最重要的傳感器之一，提供曲軸轉角位置、發動機的轉速信號至發動機ECU，用于確定發動機基本點火時刻和噴油時刻[1]。本文對磁電式和霍爾式轉速傳感器的工作原理進行了詳細說明，同時結合電路圖分析波形形狀及特點，最后總結了二種類型傳感器各自的優點。這對于排查是否因發動機轉速傳感器異常而導致車輛故障[2]，提供了積極穩健的理論基礎。

1? 磁電式轉速傳感器

1.1 工作原理

磁電式轉速傳感器一般安裝在曲軸前端或后端，如圖1所示，隨著被測物體轉動時，傳感器輸出與旋轉頻率相關的脈沖信號，達到測速的目的[3]。磁電式發動機轉速傳感器主要由導磁材料制成的信號盤（60-2齒均勻分布，其中有一處缺2個齒）、永久磁鐵、信號線圈等組成。傳感器的位置是固定的，軟磁鐵芯與信號盤轉子齒之間必須保持一定間隙。

當信號盤旋轉時，由于鐵芯和信號盤之間間隙不斷變化，通過線圈的磁通量也不斷變化，這將在電磁線圈內感應出感應電動勢，即輸出信號，可產生與齒數相等且大小和方向均周期性變化的感應電動勢，并以交流形式輸出，如圖2所示。

1.2 應用

磁電式轉速傳感器是無源的，不用另外提供電源，所以只有信號輸出線和屏蔽地線。傳感器插頭接線形式主要有兩線制和三線制兩種。兩線制的兩根線為信號回路線，信號正負交替變化，如圖3所示;三線制多出的一根線為屏蔽線，如圖4所示，G28的1號和2號引腳為信號正負極，3號線為屏蔽線。

2? 霍爾式轉速傳感器

2.1 霍爾效應

如圖5所示，霍爾效應是指把一塊金屬或半導體薄片垂直放在磁感應強度為B的磁場中，沿著垂直于磁場方向通過電流Ⅰ時，會在薄片的另一對側面間產生電動勢UH，所產生的電動勢稱為霍爾電動勢，這種薄片（一般為半導體）稱為霍爾片或霍爾元件。

2.2 工作原理

霍爾元件在受到磁場力的作用后，就可以在霍爾元件上測得一個電壓，閾值開關閉合，如圖6所示，反過來磁場消失，在霍爾元件上就測量不到電壓，開關就會斷開。只有存在一定數值的霍爾電壓時，閾值開關才會被接通。開關開閉的同時，將閉合和斷開一個外部電路。因此，實際上霍爾式發動機轉速傳感器就是一個電子開關。霍爾元件和閾值開關是一個部件，因此無法測量位于傳感器前段的霍爾電壓，而只能測量傳感器供電情況及信號輸出。

霍爾傳感器并不會對控制單元產生信號電壓，而是控制單元提供電壓到信號線上。圖6所示，控制單元的輸出端上有一個正電壓，而控制單元對輸出端進行監控，如果開關斷開，控制單元就會識別到輸出端上有正電壓。如果開關閉合，電流就會直接流到接地點上，于是形成短路，這時電流直接流向接地點，控制單元的輸入端電位下降，因此，為防止發生短路，中間安裝一個電阻很高的上拉電阻R，該電阻相當于一個用電器，可以防止短路。如果開關再次斷開，正電位就會通過電阻加到控制單元上，開關的作用由霍爾傳感器取代。

2.3 應用

圖7為某款霍爾式發動機轉速傳感器G28電路圖，G28側T3V/3為發動機轉速傳感器的接地，T3V/1提供傳感器5V正電，T3V/2為發動機控制單元監控信號電壓的位置，所在導線稱之為信號線。控制單元需要識別開關的狀態，開關本身一側通過發動機控制單元T60/20接地，另外一側連接到控制單元的T60/5引腳。開關斷開時，T3V/2引腳上的對地電壓為5V，開關閉合時，電壓為0V。因此，圖9所示，隨著安裝在曲軸上的信號盤轉動（如圖8所示），G28信號線上的波形是一個連續完整的0V和5V矩形波形。G28的低電平信號和高電平信號長度大致相同的，缺齒部分對應的波形為高電平且比較寬。缺齒部分與傳感器相對時，霍爾電壓微弱，閾值開關不會被接通，所在電路處于斷路狀態，控制單元監控到T60/2引腳位置處的電壓為5V，這與缺齒部分的波形是高電位正好對應。

3? 總結

磁電式傳感器是利用電磁感應原理，將輸入的運動速度轉換成線圈中的感應電勢輸出。它直接將被測物體的機械能量轉換成電信號輸出，工作不需要外加電源，是一種典型的無源傳感器。由于這種傳感器輸出功率較大，因而大大地簡化了配用的二次儀表電路[3]。

霍爾式轉速傳感器雖需要電源，但其抗電磁干擾性強，對于傳感器和靶輪之間的距離以及震動等因素，并不十分敏感;輸出信號電壓振幅值不受轉速的影響;頻率響應高等優點被廣泛應用。

參考文獻：

[1]李春明，主編.汽車發動機燃油噴射技術[M].四版.北京：北京理工大學出版社，2013.

[2]馮健.邁騰轎車無法著車的故障診斷[J].汽車維修，2018（02）：42-43.

[3]磁電式傳感器.https：//baike.so.com/doc/3970250-4166049.html[EB/OL].