EGR阀阀芯位置测量系统.ppt

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1、EGR阀阀芯位置测量,EGR阀样品分析 EGR阀阀芯位置测量传感器选择 传感器校准,1. EGR阀样品分析,在拿到样品后对EGR阀进行了原理分析及三维建模。,EGR阀样品工作过程分析,右图为2个EGR阀样品的阀芯位置测量系统简图。 其工作过程为： 电机带动EGR阀芯上下运动以控制EGR阀芯开度 EGR阀芯上部与位移传感器运动部件接触，在EGR阀芯运动时，传感器运动部件上下运动。 传感器安装在连接电路板上，其测量位移的方式为非接触式测量。 传感器焊接在连接电路板上,EGR阀样品工作过程分析,通过调研与分析，得出以下结论： 所采用的传感器为线性霍尔元件。 传感器运动部件中应包含磁铁，要产生梯度磁场

2、变化。 连接电路板上无其它元件，其只是一个接口电路板，用作传感器、电机的外部引脚连接中介。,2. EGR阀阀芯位置测量传感器选择,EGR阀的阀芯位置测量为非接触式测量，现在的非接触测量使用的最多的就是线性霍尔元件。 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，分为两种： 线性型霍尔传感器 开关型霍尔传感器 不同于用于测量转速的开关型霍尔元件，线性霍尔元件可以测量出磁场的具体变化。基于这一原理，线性霍尔元件可用于位移及角度的测量。其在节气门位置传感器等部件上已经得到了应用。 2个EGR阀的样品中均为1个芯片的两侧布置了磁性元件，其特征与线性霍尔传感器相符。,1）霍尔效应传感器型号,在市场上线性

3、型霍尔传感器的种类有很多，首先对以下传感器进行了试验测量: 霍尼韦尔的SS495A 49E,2）传感器性能测试,进行了霍尔传感器与单个磁钢之间随着位移变化输出电压的变化情况实验,霍尼韦尔SS495A,进行了3种不同形状磁钢的实验：,同种形状不同批次的磁钢一致性,49E,进行了3种不同形状磁钢试验,同种形状不同批次的磁钢一致性,两个方形磁钢相对固定，霍尔传感器放着两者中间轴线上，沿轴线运动时位移与电压变化关系如下,试验结果分析,所有线性霍尔元件均能有效达到位移变化传感器信号输出变化的要求。 但要能够达到样件传感器的16mm的位移对应输出15V电压的信号特性普通的线性霍尔传感器是不够的。,传感器解

4、决方案,要使传感器具有16mm的位移对应输出15V电压的线性信号特性，需要从以下方面入手： 改进磁场的场强梯度分布 传感器必须进行校准 基于传感器的需求，选择了Micronas的HAL815和HAL880进行了试验，现市场零售价在15元左右。,3. 传感器校准,HAL815,HAL815是Micronas 公司可编程线性霍尔传感器系列中的成员。 基于霍尔效应的单线性输出通用磁场传感器。该传感器的设计和生产采用亚微米CMOS技术，它常结合旋转或移动磁体来测量角度或距离。 主要特征如磁场范围，灵敏度，静态输出电压(在B=0mT时的输出电压), 且可以通过编程一个非易失性存储器来改变输出电压范围。

5、该传感器具有比率输出特性，即输出电压与磁通量和供电电压成正比。,HAL 815具有如下特点： 带一个开关偏置补偿的温度补偿霍尔极板， 一个A/D转化器， 数字信号处理单元， 一个带输出驱动的D/A转换器， 一个带冗余和标准数据锁存的EEPROM存储器， 一个用于对EPROM读写的串行接口， 所有引脚都具有保护功能 内部数字信号处理单元对模拟量偏移，温漂，机械应力处理，提高传感器的精确度。,由于HAL 815具有通用编程功能， 它应用在以下系统最佳: 遥控分压计； 角度传感器； 距离测量； 磁场和电流测量,HAL815具有以下优点,HAL815的编程比较容易，可以直接通过调制供电电压来完成，无需

6、额外的引脚编程。 HAL815是比例电压输出，且内置高精度的DSP（数据处理单元），所以传感器的精确度很高。 工作环境温度-40 C up to 150 C ，满足EGR阀的需要。 工作磁场范围:静态磁场和动态磁场最大2 kHz，满足EGR阀的需要。 温度特性可编程可匹配所有常见的磁性材料。 运用广泛，价格便宜，易于购买，而且网上的资料较多，便于对它的校准。,校准试验台,霍尔试验台的原理： 霍尔位移传感器使用时应使霍尔元件处在 一个均匀的梯度磁场，给出的都是特殊结构特殊场 合。这样对于一般场合就存在很大的局限性，很不实 用。最大问题在于磁场是被测物产生的， 如果被测物体不产生磁场，那么霍尔元件

7、将无法产生霍尔效应也就无法测量位移。因此对于被测物体是导磁材料的， 在霍尔元件上进行加工，使得被测物与霍尔元件靠近 时产生一闭合磁场 这样就能进行微小位移的测量， 此方法的关键是在有被测物时创造一闭合磁场。基于 这个思想可以产生下面的一种模型。,HAL815试验结果,图为HAL815的位移及输出电压特性曲线，从曲线中可看出： 位移27mm的位移与输出电压的线性较好 位移27mm的输出电压范围在2.272.47V。要满足EGR阀的需要，我们必须修改HAL815A的参数，使HAL815A位移在2mm 7mm范围内变化时，其电压变化范围是1V5V,HAL815校准,HAL815输出电压可以由以下公式

8、得到: VOUT =SensitivityB + VOQ VOQ ：静止输出电压 B：磁感强度 Sensitivity：磁感系数 VOUT：输出电压 其中B是由外部磁场确定的， VOQ 和Sensitivity是由HAL815A内部设置的 从此公式可看出，要使位移与输出电压关系满足需求要从2方面入手： 外部磁场的磁场强度设定。 HAL815内部的VOQ 和Sensitivity设定。,1）外部磁场的磁场强度设定,外部磁场强度的设定通过对磁铁形状、分布以及磁铁自身磁场强度的设计来实现合适的场强及阶梯磁场分布。,2）HAL815内部的VOQ 和Sensitivity设定,通过以下方法实施： 测量最

9、小及最大位移的输出电压 读取HAL815的VOQ 和Sensitivity 通过上述公式计算最小及最大位移的磁场强度。 根据输出电压需求计算合适的VOQ 和Sensitivity。 若输出电压在修改VOQ 和Sensitivity后无法达到要求，则更改磁铁的磁场强度。,3） HAL815编程方法,调制波形，使其 能够被HAL815A 识别,根据所需的 VOUT和Sensitivity 值写入准确的命令,接收HAL815A的输 出值，确定HAL815A 接收到命令,读取VOUT和 Sensitivity的值确认 它们已被修改,实际操作： 最小位移（2mm）的输出电压为3.19V，最大位移（7mm）的输出电压为3.73V。 读取HAL815的VOQ，其值为2.75V ，读取HAL815 的Sensitivity，其值为1。 通过上述公式可得2mm时的B值为0.44mT,7mm时的B值为0.98mT。 根据输出电压需求我们可得VOQ1V 和Sensitivity=4。 于是我们得到下列曲线：,