柴油机电控系统的转速测量技术研究.pdf

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1、第40卷第4期2011年8月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．4Aug．2011柴油机电控系统的转速测量技术研究杨俊恩1任恒2褚全红1杨国鹏1张维彪1(1一中国北方发动机研究所山西大同0370362一中国人民解放军73027部队)摘要：分析了差分霍耳传感器的工作原理，介绍了利用差分霍耳传感器实现转速测量的理论基础和实用电路。关键词：差分霍耳传感器柴油机电控系统转速测量技术中图分类号：TK421文献标识码：A文章编号：1671—0630(

2、2011)04—0069—06SpeedMeasureTechnologyofDieselElectronicControlSystemYangJunenl。RenHen92-ChuQuanhon91．YangGuopen91-ZhangWeibia011一ChinaNorthEngineResearchInstitute(Datong，Shanxi，037036，China)2—73027PL八TroopsAbstract：ThisarticleanMy∞sHalltransdueer§workingprinciple

3、，anditalsointroducesthetheoryandprac-tiealcircuitusingdifferentialHalltransducerforspeedmeasuringtechnology．Keywords：DifferentialHalltransducer，Dieselelectroniccontrolsystem，Measuretechnologyforspeed引言在单体泵与高压共轨柴油机电控系统中，曲轴、凸轮轴相位信号是发动机工作时序的基础，发动机转速、喷油相位及判缸信号都是基于这两个

4、信号进行分析计算、处理和控制的。霍耳转速传感器以其分辨力强、精度高、足够短的检测时间等特点，在柴油机控制领域得到广泛应用¨一J。近年来发展起来一种新型差分霍耳传感器，由于其只检测通过两个霍耳器件场强的差异值，而不检测其绝对场强值，温度漂移、制造容差和磁场环境等因素。对测量结果影响最低，适合于汽车、电力机车、柴油机的转速测量。理解并掌握其转速测量机理，对于有效提高柴油机的电控系统是至关重要的。l霍耳效应与霍耳元器件1．1霍耳效应金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种物理现象

5、称为霍耳效应。该电动势称霍耳电势，半导体薄片称霍耳元件。1．2霍耳效应的产生机理1．2．1洛伦兹力的产生如图1所示，在垂直于外磁场B的方向上放置一I洛伦兹力电荷定向运动形成电场(E。)塑竺苎塑!!!I皇兰塑!!生图1霍耳效应的产生机理作者简介：杨俊恿(1971一)．男．副研究员．研究方向为柴油机电控系统设计、试验及测试技术。卫力平衡(F。=rd形成霍耳电压(￡，。)场，]}监驻小型内燃机与摩托车第40卷块长￡、宽b、厚d的半导体薄片，沿着长度方向通过电流，，则半导体中自由电子在电场作用下作定向运动，此时，每个电子都要受到

6、洛伦兹力，其大小为：FL=qvB(1)式中，q为电子的电荷量，q=1．60×10”C；"为半导体中电子在控制电流，作用下的运动方向和速度，凡为电子受到的洛伦兹力，F。符合左手定则；B为磁感应强度。1．2．2电场力的产生1)电子除沿电流方向做定向移动外，还在，．的作用下向上运动，致使霍耳元件的前后两个端面上积累等量正、负电荷，在导电板内部宽度b的方向上建立电场E。，电场强度为：EH-警(2)式中，U。为电位差。2)霍耳电场的出现，定向运动的电子即受到洛伦兹力，还受到霍耳电场的作用力，其大小为：F¨=qEH(3)式中，F。为

7、霍耳电场的电场力。1．2．3洛伦兹力与电场力的平衡随着电荷积累的增加，霍耳电场强度不断增加，电子受到的电场力也增加。当电子受到的电场力n与洛伦兹力F。大小相等，方向相反时，即F。=Fn，电子不再向两底面积累，达到平衡状态，则有：E】l=vB(4)1．2．4霍耳电压1)根据微电子的理论E“5Jp2扫(5)t．=uE。(6)式中．j为电流密度；P为电阻率；u为电荷迁移率，”为自由电子在磁场下的速度(m。·(V-s)“)。2)根据式(2)，霍耳电压又可表示为：‰=bE。=bvB=缸玉B=Ⅱp等=R。了IB(7)式中，R。为霍耳

8、常数(rn3·c“)；d为霍耳元件厚度(ITI)；￡为霍耳元件长度(1'n)；b为霍耳元件宽度(m)；，为控制电流(A)。3)令K。=R。／d，称为霍耳元件灵敏度，式(7)可写为：UH=KHIB(8)由式(8)知，当霍耳元件中半导体材料性能及几何尺寸确定后，霍耳元件的输出电压U。正比于控制电流，和磁感应强度日。2差分