Ηλεκτρονικά και Ηλεκτρολογικά Κυκλώματα: Επαγωγικοί αισθητήρες στροφών

Επαγωγικοί αισθητήρες στροφών

1.1 Aρχή λειτουργίας του επαγωγικού αισθητήρα στροφών

Ο επαγωγικός αισθητήρας αποτελείται από ένα πηνίο και ένα μόνιμο μαγνήτη. Μια μεταλλική στεφάνη (αριστερό σχέδιο) ή ένα γρανάζι, τοποθετείται πάνω στον στροφαλοφόρο ή τον εκκεντροφόρου άξονα ή τον τροχό κίνησης που θέλουμε να μετρήσουμε.

Το πηνίο είναι περιελιγμένο, γύρω από ένα μαγνητισμένο πυρήνα.

Το γρανάζι είναι κατασκευασμένο από φερομαγνητικό υλικό. Το σήμα δημιουργείται από τη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου, που προκαλείται από το οδοντωτό γρανάζι καθώς τα δόντια του, περνούν εμπρός από το μαγνητισμένο τύλιγμα και προκαλούν τη μεταβολή της μαγνητικής ροής, παράγοντας ρεύμα στο πηνίο.

1.2 Πεδία εφαρμογής των Επαγωγικών αισθητήρων

Οι επαγωγικοί αισθητήρες βρίσκουν εφαρμογή κυρίως στην:

Αναγνώριση στροφών στροφαλοφόρου άξονα (CKP)
Αναγνώριση στροφών εκκεντροφόρου άξονα (CMP)
Αναγνώριση ταχύτητας στροφών των τροχών (WSS)
Αναγνώριση της ταχύτητας εισόδου και εξόδου στα κιβώτια (VSS)

Οι επαγωγικοί αισθητήρες στροφών μπορούν να αντέξουν σε σκληρές συνθήκες περιβάλλοντος, στο οποίο δεν υπάρχει καλή καθαριότητα & σε θερμοκρασίες από - 40 έως + 150 ^ΟC.

1.3 Χαρακτηριστικά

Όλοι οι επαγωγικοί αισθητήρες είναι παθητικοί (χωρίς τροφοδοσία), είναι αισθητήρες μη επαφής, με αναλογική έξοδο τάσης (κίτρινη κυματομορφή).

Ο εγκέφαλος «γνωρίζοντας» τον αριθμό των δοντιών του γραναζιού, υπολογίζει την ταχύτητα των στροφών του άξονα, από τη συχνότητα και το πλάτος του παραγόμενου αναλογικού σήματος, αφού προηγουμένως (ο εγκέφαλος), το μετατρέψει σε ψηφιακό.

Στροφές ρελαντί _ 800 στροφές

1400 στροφές

Με τη αύξηση των στροφών (κίτρινη κυματομορφή), έχουμε αύξηση της παραγόμενης τάσης

Το σχήμα , η κατανομή, το πλάτος , αλλά και η μορφή των δοντιών, διαμορφώνουν την κυματομορφή εξόδου,όπως διαφαίνεται στην παραπάνω εικόνα.
Ο παλμός εξαρτάται από τη μορφή της στεφάνης ή του δίσκου ή του γραναζιού που υπάρχει στον άξονα, που θέλουμε να μετρήσουμε.

1.5 Ο αριθμός των ακροδεκτών

Στους περισσότερους επαγωγικούς αισθητήρες, ο αριθμός των ακροδεκτών είναι δύο, (όπως φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία).

Τα τελευταία χρόνια, ο αριθμός των ακροδεκτών είναι τρεις, λόγω του ότι προστέθηκε μια θωράκιση στο καλώδιο των αισθητήρων, για την αποφυγή παρασιτικών τάσεων.

a. Eπαγωγικός αισθητήρας στροφών στροφαλοφόρου (CKP) Crankshaft position sensor

Η θέση του είναι ή στον καθρέφτη του κινητήρα (όπως φαίνετε στην παρακάτω εικόνα) ή στο βολάν.

Ο αισθητήρας κοντά στον καθρέφτη


Ο κίτρινος αισθητήρας, κοντά στο βολάν

Σε παλαιότερα μοντέλα βρισκόταν εντός του διανομέα, και λίγο αργότερα , αντικαταστάθηκε με έναν αισθητήρα στροφών τύπου Hall, πάλι εντός του διανομέα.

Σήμερα όλοι οι αισθητήρες στροφών στροφαλοφόρου, έχουν τη μορφή που φαίνεται στην εικόνα.

Χαρακτηριστικά των επαγωγικών αισθητήρων στροφαλοφόρου.

Το πλάτος της τάσης που παράγεται από τον αισθητήρα, (στον άξονα y), δεν παραμένει σταθερό και είναι ανάλογο από την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα.

Πολλές στροφές = μεγαλύτερη τάση.

Η συχνότητα (στον άξονα χ), αλλάζει-μεγαλώνει, ανάλογα με τις στροφές του στροφαλοφόρου. Όπου Συχνότητα F = 1/ t (ms).

Πολλές στροφές = μεγαλύτερη συχνότητα

διαφορά στη συχνότητα (οριζόντιος άξονας Χ)

Διαφορά στο πλάτος της τάσης (V) στον άξονα (y) αλλά και της περιόδου (Τ) στον άξονα (x)

Σε παλαιότερα συστήματα διαχείρισης κινητήρα, που δεν είχαν αισθητήρα θέσης εκκεντροφόρου, στην περίπτωση βλάβης του αισθητήρα στροφών του στροφαλοφόρου, σταματούσε η λειτουργία του κινητήρα.
Σήμερα όμως οι περισσότεροι κινητήρες (που έχουν αισθητήρα εκκεντροφόρου), μπορούν να λειτουργούν, λόγω του ότι η ηλεκτρονική μονάδα (E.C.M.), μπορεί να λαμβάνει σήμα από τον αισθητήρα εκκεντροφόρου άξονα. Τότε η E.C.M. μεταπηδά σε λειτουργία εκτάκτου ανάγκης.

b. Eπαγωγικός αισθητήρας στροφών εκκεντροφόρου (CMP) - Camshaft position sensor

§ Η θέση του είναι κοντά στον κάθε εκκεντροφόρο άξονα. Σήμερα, στα περισσότερα αυτοκίνητα έχει αντικατασταθεί, από επαγωγικός σε έναν αισθητήρα θέσης εκκεντροφόρου, τύπου Hall.

Ομοίως και εδώ ανάλογα με τη μορφή της στεφάνης ή του δίσκου που είναι τοποθετημένο στο ένα άκρο του εκκεντροφόρου, η μορφή του παλμού μπορεί να διαφοροποιηθεί. ΄Ετσι μπορεί σε διαφορετικά μοντέλα αυτοκινήτων, να βλέπουμε διαφορετικά είδη παλμών.

Eπαγωγικοί αισθητήρες κοντά στους δύο εκκεντροφόρους και ένας στα αριστερά του στροφαλοφόρου.

Bλάβες επαγωγικών αισθητήρων

Κανονικός παλμός

Σφάλμα


Από πάνω: Φυσιολογικός- ραγισμένο δόντι-σπασμένο άκρο-κενό δόντι

c. Επαγωγικός αισθητήρας ταχύτητας τροχών (W.S.S.)- Wheel speed sensor

Περιγραφή

Ο αισθητήρας ταχύτητας βρίσκεται συνήθως στα ημιαξόνια. Πληροφορεί την μονάδα Α.B.S και σε μερικές περιπτώσεις είναι ο αισθητήρας διανυθείσας απόστασης που μεταδίδει τις πληροφορίες για την ένδειξη της ταχύτητας του κάθε τροχού.


Το σημείο τοποθέτησης ενός επαγωγικού αισθητήρα τροχών (W.S.S.)

Το σήμα που παράγει ο επαγωγικός αισθητήρας τροχών (W.S.S.) είναι αναλογικό


Αναλογικό σήμα WSS

Ο παλμός που παράγεται είναι μια ημιτονοειδή εναλλασσόμενη τάση από επαγωγή που έχει τη μορφή της 1^ης εικόνας.

Η συχνότητά της, εξαρτάται από τις στροφές

Η ακριβής μορφή της κυματομορφής εξαρτάται από τον τύπο της οδόντωσης, του γραναζιού ή της στεφάνης

Αισθητήρας WSS κοντά σε στεφάνι

Αισθητήρας WSS κοντά σε γρανάζι

d. Επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας, αυτόματου κιβωτίου (V.S.S.) -Vehicle speed sensor

Περιγραφή

Οι επαγωγικοί αισθητήρες ταχύτητας, βρίσκονται στα αυτοκίνητα, στο κιβώτιο ταχυτήτων. Πληροφορούν την μονάδα μετάδοσης της κίνησης (T.C.M) transmission Control Module και το σήμα του χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ανάφλεξης. Το σήμα που παράγουν είναι αναλογικό.