霍尔效应旋转位置传感器及其在交通运输业和工业领域中的应用

2012-06-26 11:52:46来源: EEWORLD 关键字:霍尔  霍尼韦尔
撰稿:Chris Gottlieb,霍尼韦尔传感与控制部

霍尔效应旋转位置传感器使用磁场代替机械电刷或表盘,专用于测量运动部件的角位置。这种产品采用具有磁性偏置的霍尔效应集成电路 (IC) 来检测工作范围内的执行器转轴的旋转运动。原理是执行器转轴的旋转使得磁铁相对IC的位置发生改变,并导致磁通密度改变,这种改变最终被转换为线性输出。

本系列传感器采用了固态霍尔效应技术,可进行非接触式运转。传感器的内部应用磁场代替了电位器中的机械电刷或接触刷,而后者在运转中产生的摩擦往往会降低设备使用寿命。因此,本产品系列采用的非接触式磁性霍尔效应技术大幅降低了机械磨损和执行器扭矩,从而延长了设备的使用寿命。

霍尔效应旋转位置传感器适用于多种交通运输业和工业领域的严苛应用,并极具成本效益

交通运输业应用
踏板位置传检测
在一些重型或其他种类的车辆中,霍尔效应旋转位置传感器可用来代替油门拉索。比如,霍尼韦尔RTY系列霍尔效应旋转位置传感器可安装在踏板一侧,用来测量踏板被下压的幅度。随着驾驶者踩踏板的力增大,踏板下压的幅度也相应增大,向发动机输送的空气和燃料也就更多,车辆就会提速。当驾驶者松开踏板时,霍尔效应旋转位置传感器会感应到踏板位置的变化,并向发动机发送信号来减少流过节流板的空气和汽油,车辆就会减速。

拉索会产生过度拉伸或锈蚀等问题,潜在地增加了维护和再校准负担。使用传感器代替拉索将优化发动机控制系统的响应,从而减少了车辆排放、提高了可靠性、并防止车辆过重。总的来说,电子线控系统相比旧式的线缆连接系统更加安全也更加经济。

图1:踏板

霍尼韦尔RTY系列旋转位置传感器可用于踏板位置传感

客车和卡车的悬架位移/跪倾位置检测
霍尔效应旋转位置传感器可用于客车或重型车辆的高度系统来感应悬架系统的位置变化。客车的跪倾系统可使其上部结构位置降低,方便乘客上车。霍尔效应旋转位置传感器可同时用在系统的操作端和执行端上:一个位置传感器用来检测操纵杆的位置,第二个传感器部署在悬吊臂或悬吊臂连接装置上来检测车辆高度。
精确的位置传感能保证车辆处于符合应用系统所要求的高度上,从而方便了上下车辆。大型载重拖车也同样可以使用霍尔效应旋转位置传感器来检测拖车车厢的高度,以优化入库流程。

图2:客车

旋转位置传感器可用于客车悬架系统位移传感

快艇倾斜/吃水差位置检测
霍尔效应旋转位置传感器可用于检测快艇的倾斜/吃水差状况。本系列传感器能精确地报告推进器的角位置,帮助驾驶者避开危险并提升船体性能。

图3:快艇推进器倾斜/吃水差位置

霍尔效应旋转位置传感器可用于快艇推进器倾斜/吃水差位置传感

工业应用
灌溉中枢控制
规模农业使用的灌溉喷洒系统是霍尔效应旋转位置传感器另一项新奇的应用。本系列传感器能检测洒水装置在进行灌溉作业时的角度范围,从而确认装置正在定向喷洒还是360度喷洒。这能帮助农场主们减少水量消耗,提高作物产量。

图4:灌溉中枢控制

霍尔效应旋转位置传感器可用于检测灌溉设备转向角度

阀门位置检测
本系列传感器可广泛用于工业生产加工过程中的阀门控制。油田、核电站、食品加工厂和饮料生产厂家都需要对阀门位置进行检测,霍尔效应旋转位置传感器可用在各种大型和小型阀门上进行位置检测,帮助工作人员确认阀门开关状态以及打开幅度的大小。

图5:阀门位置

霍尔效应旋转位置传感器可用于检测阀门位置

暖通空调系统 (HVAC) 挡板控制
供暖、通风和空调系统可使用旋转位置传感器来帮助控制挡板。处于打开状态的挡板既有可能把室外的冷空气送入室内,也有可能在室内开窗的情况下向室内输送暖气/冷气,这两种情况都会降低系统效能,并增加取暖/制冷的成本。旋转位置传感器和温度传感器搭配使用,能帮助楼宇管理者更好地控制HVAC系统,有效减少运转费用。

图6:暖通空调系统 (HVAC) 挡板控制

霍尔效应旋转位置传感器可用于控制HVAC挡板

设计工程师在选择霍尔效应旋转位置传感器时应考虑那些优势

• 可靠性和长使用寿命:传感器集成电路包括调节电路、保护电路永磁体,须采用符合防护等级IP67的坚固封装。这对在严苛环境中使用的设备来说是不可或缺的。
• 经实践检验的长使用寿命:霍尼韦尔的RTY系列霍尔效应旋转位置传感器的设计寿命是一千五百万次循环,这得益于它良好的轴承设计和相关的IC组件。霍尼韦尔已经通过测试证明了该产品一千五百万次的使用寿命,免去了客户自己进行测试的麻烦。
• 集成连接器:集成连接器的重要性体现在两个方面:1)更小的尺寸:集成连接传感器比依赖引线连接的传感器的整体封装尺寸要小,因此开发人员可设计出尺寸更小的整体系统封装样式;2)更长的寿命:引线会出现过度拉伸、磨损、被咬坏或卷曲等状况。而集成连接器传感器无需使用引线,因此更耐用。
• 抗电磁干扰/电磁兼容:不同频率的无线电波可能干扰电子器件。霍尼韦尔产品采用汽车EMI/EMC防护,可以有效避免传感器在使用过程中受到电磁干扰。
• 集成反极性保护:霍尼韦尔的RTY系列集成反极性保护,防止安装错误(例如可能引起短路的正负极反接)造成损坏。
• 标准化的输入输出 (IO):工业标准AMP连接器、32毫米安装间距、通用引脚样式、紧凑封装简化了插入替换过程,因为安装间距、轮廓和引脚样式都与现有设备兼容。
• 多种工作范围:多种测量工作范围为设计工程师提供了通常应用中所需量程分辨率,并可承受一定的超量程测量作业。
• 灵活性:具有低电压和高电压型号,涵盖了4.5 Vdc到30 Vdc的输入电压范围,实际应用较为灵活。

作者简介:
Chris Gottlieb是霍尼韦尔传感与控制部位置解决方案产品线高级全球产品经理,拥有密西根迪尔伯恩大学机械工程硕士学位以及密西根大学罗斯商学院工商管理硕士学位。

关键字:霍尔  霍尼韦尔

编辑:冀凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2012/0626/article_1329.html
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