Nguyên lý làm việc của cảm biến đồng hồ tốc độ là gì?

Cảm biến đồng hồ tốc độ chuyển đổi vận tốc của vật thể thành tín hiệu điện có thể đo được (như điện áp, tần số hoặc số xung), sau đó được xử lý điện tử để lái kim hoặc hiển thị giá trị tốc độ trên màn hình. Nguyên lý cốt lõi của chúng dựa trên cảm ứng điện từ, hiệu ứng Hall, hiệu ứng quang điện hoặc hiệu ứng Doppler. Dưới đây là cách hoạt động của các loại cảm biến công tơ mét khác nhau và mục đích sử dụng của chúng:
I. Cảm biến tốc độ cảm ứng điện từ
Cách thức hoạt động: Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, khi các dây dẫn (chẳng hạn như cuộn dây) chuyển động trong từ trường, việc cắt các đường sức từ sẽ tạo ra một suất điện động cảm ứng (EMF) (điện áp). Độ lớn của sức điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ mà dây dẫn cắt đường sức từ, như sau:
E.L.v.
Ở đâu,
hạng B
Đó là cường độ từ trường,
l/
là chiều dài hiệu dụng của cuộn dây và
v. GIỚI THIỆU
Đó là tốc độ cắt
Kết cấu:
Lõi từ và cuộn dây: cố định trong vỏ cảm biến tạo thành từ trường ổn định.
Trục lõi từ nối với vật cần đo: Khi vật chuyển động sẽ làm trục lõi quay làm cho cuộn dây cắt đường sức từ.
Tín hiệu đầu ra: Sức điện động cảm ứng (điện áp) tỷ lệ thuận với tốc độ và không cần nguồn điện bên ngoài (thiết kế thụ động).
Ứng dụng:
Cảm biến tốc độ động cơ: được gắn trên vỏ trục truyền động hoặc vỏ truyền động, tín hiệu dòng điện xoay chiều được tạo ra do chuyển động quay của bánh xe từ tính (rotor có bánh răng). Biên độ tín hiệu tỷ lệ thuận với tốc độ và tần số phản ánh tốc độ.
Giám sát độ rung: Ví dụ, cảm biến tốc độ SZ-6K giám sát tốc độ, biên độ và tần số rung động nhằm đưa ra cảnh báo sớm về các trục trặc trong máy móc quay như máy bơm và quạt.
Điểm mạnh và điểm yếu:
Điểm mạnh: Cấu trúc đơn giản, đáng tin cậy, đáp ứng tần số thấp, không cần nguồn điện bên ngoài.
Điểm yếu: Kích thước nhỏ, không phù hợp để đo tốc độ; nhạy cảm với nhiệt độ, yêu cầu mạch bù.
ii. Cảm biến tốc độ hiệu ứng Hall
Cách thức hoạt động: Khi một dòng điện đi qua một chất bán dẫn (phần tử Hall) được đặt trong từ trường, nó sẽ tạo ra một hiệu điện thế (điện áp Hall) vuông góc với hướng của dòng điện và từ trường. Khi cường độ từ trường thay đổi thì điện áp Hall cũng thay đổi, tạo ra các xung sóng vuông{1}}tỷ lệ với tốc độ.
Kết cấu:
Phần tử Hall: Cung cấp dòng điện làm việc liên tục.
Bánh răng kích hoạt/Bánh xe cực từ: Thay đổi cường độ từ trường khi trục đo quay.
Tín hiệu đầu ra: tần số tỷ lệ thuận với tốc độ, biên độ là mạch định hình tiếp theo.
Mục đích: Cảm biến vị trí trục khuỷu/trục cam ô tô: Mạch kích hoạt đánh lửa và phun nhiên liệu.
Cảm biến tốc độ bánh xe (ABS): Phát hiện tốc độ bánh xe để tránh bị bó cứng khi phanh.
Điểm mạnh và điểm yếu:
Ưu điểm: Đo không tiếp xúc, tuổi thọ cao, tốc độ phản hồi nhanh, xử lý tín hiệu đầu ra kỹ thuật số thuận tiện.
Điểm yếu: Cần nguồn điện bên ngoài, cần kích hoạt mục tiêu (bánh răng/cực).
III. Cảm biến tốc độ hiệu ứng quang điện
Cách thức hoạt động: Tốc độ được đo bằng sự phát xạ, chặn hoặc phản xạ ánh sáng. Ánh sáng từ nguồn sáng (chẳng hạn như đèn LED) chiếu sáng bề mặt của vật thể quay (hoặc đĩa đục lỗ/có răng), trong khi bộ thu cảm quang (chẳng hạn như điốt quang) phát hiện những thay đổi về ánh sáng và tạo ra tín hiệu xung.
Cấu tạo: Nguồn sáng và bộ thu: đặt đối diện nhau (truyền) hoặc cùng phía (phản xạ).
Đĩa mã/Điểm phản chiếu: Thay đổi đường đi của ánh sáng trong quá trình quay, tạo ra các xung.
Tín hiệu đầu ra: Tần số tỷ lệ thuận với tốc độ và yêu cầu xử lý mạch tiếp theo.
Mục đích: động cơ servo, máy công cụ CNC, máy in và các phép đo-có độ chính xác cao khác.
Đo tốc độ chuột quang: Tốc độ di chuyển được tính bằng cách phát hiện những thay đổi về ánh sáng phản chiếu trên desktop.
Điểm mạnh và điểm yếu:
Ưu điểm: Touchless, độ chính xác cao, thời gian phản ứng nhanh.
Điểm yếu: Nhạy cảm với ô nhiễm, có thể bị ảnh hưởng bởi ánh sáng xung quanh, cấu trúc phức tạp.
IV. GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU Cảm biến vận tốc hiệu ứng Doppler
Cách thức hoạt động: Khi một nguồn sóng di chuyển so với người quan sát, tần số sóng mà người quan sát nhận được sẽ thay đổi (sự dịch chuyển Doppler). Cảm biến phát ra sóng điện từ (sóng radar hoặc tia laser), tần số của sóng này tỷ lệ thuận với vận tốc của vật thể (v) và tần số nằm giữa sóng phản xạ và sóng phát ra (Δf):
vf
Công dụng: Dùng để đo tốc độ: Máy đo tốc độ radar, máy đo tốc độ laser.
Giám sát công nghiệp: Đo tốc độ dây của tấm kim loại và giấy.
Đo vận tốc chất lỏng: Máy đo tốc độ Doppler Laser (LDV) đo tốc độ dòng chảy của chất lỏng hoặc khí.
Ưu và nhược điểm
Điểm mạnh: Đo lường không chạm,{0}}tầm xa, độ chính xác cao.
Điểm yếu: Giá thành cao, yêu cầu tập trung vào mục tiêu, góc ảnh hưởng đến kết quả đo (cần bù cosine).
V. Ứng dụng cụ thể của Cảm biến tốc độ trên ô tô
Hiển thị tốc độ xe: tín hiệu đầu ra cảm biến được xử lý điện tử và đèn báo lái hoặc màn hình hiển thị tốc độ.
Đồng hồ tốc độ điện từ: Điều khiển độ lệch của con trỏ thông qua tín hiệu hiện tại, độ chính xác cao.
Đồng hồ tốc độ kỹ thuật số: Hiển thị số trực tiếp, có thể tích hợp vào bảng đồng hồ hoặc màn hình điều khiển trung tâm.
Chức năng điều khiển
Điều khiển servo tốc độ không tải của động cơ: điều chỉnh tốc độ không tải, giảm tiêu hao nhiên liệu.
Hộp số tự động sang số: xác định thời điểm sang số dựa trên tốc độ và tốc độ động cơ.
Kiểm soát hành trình: Duy trì tốc độ cài đặt để giảm mệt mỏi cho người lái.
Điều khiển quạt làm mát: điều chỉnh tốc độ quạt theo tốc độ và nhiệt độ động cơ.