«ИНДУКЦИОННИКИ» В АВТОМОБИЛЕ

Среди многообразия бесконтактных датчиков наиболее привлекательными для разработчиков автомототехники, в том числе и самодельной, оказались индукционные (или генераторные) — по неприхотливости к внешним условиям, простоте изготовления и долговечности. На основе именно «индукционников» были созданы различные приборы: от самых простых, регистрирующих линейные перемещения, до сложных, таких как системы зажигания с цифровым управлением, системы впрыска топлива, антиблокировочные системы управления тормозами и т.п.

В простейшем случае статор индукционного датчика состоит из катушки с обмоткой, сердечника из магнитомягкого железа (стали) и магнита. А вот ротор — в виде зубчатого диска или рейки с количеством зубцов, определяемым условиями применения датчика (рис. 1а).

При вращении ротора в обмотке статора возникает ЭДС индукции. Когда один из зубцов ротора приближается к обмотке, напряжение Uс в ней возрастает до максимума. Затем, при отдалении зуба, оно меняет знак (рис. 16). Причем характерна большая крутизна такого изменения напряжения, что может быть использовано для управления электронными системами.

Напряжение, вырабатываемое датчиком, зависит от скорости вращения ротора, числа витков катушки и величины магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом. Из-за двух последних факторов индуцируемое Uс достигает максимума при максимальной частоте вращения. При необходимости (особенно когда частота следования импульсов мала) приходится Uс усиливать с помощью соответствующей электроники (рис. 1в).

Рис. 1. Типовая конструкция индукционного датчика (а), выдаваемый нм сигнал Uc (б), а также простая электронная схема (в), усиливающая и формирующая его для дальнейшего применения в аналоговой или цифровой форме:

1 — площадка с анизотропным магнитом (от герконовых клавиатур); 2 — щека; 3 — обмотка катушки на фторопластовой прокладке); 4 — стержень из магнитомягкого материала; 5 — ротор

Хотя и весьма редко, но случается, что даже «индукционники» не выдерживают испытаний российскими дорогами, суровым климатом и почти полным отсутствием автосервиса в сельской глубинке. Следовательно, могут пригодиться (особенно тем, кто любит собственноручно устранять неполадки) и более подробные сведения о конструкции датчиков. В частности, нелишне знать, что сердечник во многих индукционных датчиках делается из сталей марок Ст1 — Ст3 и при диаметре 3—8 мм должен иметь длину 25—30 мм. На него напрессовываются на расстоянии 10—15 мм друг от друга щеки катушки (рис. 1а), внешний диаметр которых обычно от 12 до 20 мм. На фторопластовую прокладку наматывается обмотка катушки — внавал, до заполнения пространства между щеками. Провод ПЭВ-1 диаметром 0,06—0,1 мм. Количество вмещающихся витков при этом от 2500 до 4000.

С одной стороны сердечника, как правило, предусматривается площадка для прикрепления анизотропного магнита. В качестве последнего ремонтниками, например, используется магнит от герконовых клавиатур. Свободный конец сердечника выводится из корпуса, который выполняется из немагнитного материала. Если требуют условия применения, то датчик заливается компаундом.

Ротор, если это необходимо, изготавливается, из магнитомягкого материала. Количество зубцов определяется условиями эксплуатации. Зазор между статором и ротором должен быть минимально возможным.

Следует упомянуть еще одну особенность индукционных датчиков. Напряжение в обмотке статора у них может возникать при работе не только со специальным ротором, но и с зубьями шестерни, болтами на вращающейся детали или даже при приближении/удалении (колебаниях) специального стержня из магнитомягкого железа. Отсюда и дополнительное разнообразие сфер применения «индукционников».

Датчик качания или удара (рис. 2а). На спиральной пружинке из тонкой проволоки укреплен небольшой кусочек магнитомягкого железа. При качании или толчке он взаимодействует со статором датчика, который вырабатывает серию апериодических импульсов.

Ротометр (тахометр) (рис. 2б). Статор датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя укреплен на кожухе маховика или на заглушке смотрового лючка — в непосредственной близости от зубчатого венца маховика. Прибор обеспечивает наиболее точное определение частоты вращения без вторжения в электрические цепи системы зажигания.

Спидометр (рис. 2в). Для измерения скорости движения автомобиля зубчатый ротор укрепляется на выходном валу коробки передач или на блоке коробки передач вместо гибкого вала. Система позволяет отказаться от дорогого таходатчика или механически малонадежного гибкого вала.

Одометр (рис. 2г). Измерение пути автомобиля производится с помощью зубчатого диска, укрепленного на неприводном колесе. Подобные датчики нашли также применении в автоматической системе торможения (ABS — AntiBlockSistem), предотвращающей блокирование колес автомобиля и его занос от «юза».

Рис. 2. Схемы работы в автомобилях индукционного датчика качания или удара (а), ротометра/тахометра (б), спидометра (в), одометра (г) и в системе зажигания с цифровым управлением ИМПУЛЬС-ТЕХНИК доктора Хартига (д):

1 — статор; 2 — «ротор» (в датчике качания и удара— стержень из магнитомягкого железа, в ротометре/тахометре— зубчатый венец маховика, в одометре — зубчатый диск на неприводном колесе); 3— пружина; 4 — статор эталонного датчика; 5 — дополнительный зуб зубчатого венца на маховике двигателя

Стеклоочиститель. Зубчатый сектор укрепляется на редукторе. Считываемые импульсы позволяют плавно регулировать частоту хода щеток в зависимости от погодных условий.

Система зажигания. Генераторный датчик (рис. 1а) является основой системы зажигания фирмы Bosh. В системе зажигания с цифровым управлением ИМПУЛЬС-ТЕХНИК доктора Хартига используется зубчатый венец маховика двигателя с дополнительным зубом для получения эталонного сигнала (рис. 2д). Данная система позволяет весьма точно регулировать момент зажигания.

Если вернуться к конструкции индукционного датчика, то следует заметить, что если на скорость вращения ротора влияют параметры измеряемой среды, то возникает вопрос о тормозящем моменте, оказываемом полем постоянного магнита. В этом случае принимаются меры по увеличению момента трогания (делают крыльчатку большей по площади).

И еще. Если по условиям эксплуатации не требуется контролировать небольшую частоту вращения, то сердечник можно выполнить из магнитотвердого материала без дополнительного магнита и за счет остаточного магнетизма добиться того, чтобы сигнал имел достаточную величину.

И. СЕМЕНОВ, г. Дубна, Московская обл.

Литература

1. Бун Б. Электроника на автомобиле. — М.: Транспорт, 1979.

2. Цифровые и аналоговые микросхемы. Справочник. — М.: РиС, 1989.

3. 750 электронных практических схем. Сборник, М.: РиС, 1987.