浅谈磁电式与霍尔式速度传感器在汽车上的区别

科学之友

ＦｒｉｅｎｄｏｆＳｃｉｅｎｃｅＡｍａｔｅｕｒｓ２００７年０７月

浅谈磁电式与霍尔式速度传感器在汽车上的区别

魏冬至，张梅红

（郑州交通职业学院，河南

郑州

４５００６２）

摘要：文章针对应用较广的磁电式传感器和霍尔式传感器展开论述，分别介绍了两者的工作原理和区别。

关键词：传感器；霍尔元件；霍尔电压中图分类号：Ｓ８５２．４３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－８１３６（２００７）０７－００５１－０２

１前言

电缆

永磁体外壳感应线圈极轴齿圈

Ｕｓ

ａ

磁电式传感器与霍尔式传感器是汽车上常用来检测车速和转速的信号，在应用中，二者的作用也基本相同，在有些地方，如检测曲轴位置时，二者也可以互换，那么二者在汽车应用上到底有什么不同呢？

（ｔｓ）

ｂ

图２

磁电式转速传感器波形图

２

２．１

磁电式和霍尔式传感器的工作原理

图１

磁电式转速传感器结构

磁电式传感器的工作原理

磁电式传感器是利用电磁感应远离工作的，即：当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势，其大小与磁通量的变化率有关，即：

Ｅ＝－Ｎｄ!

式中：Ｅ：感应电动势；

Ｎ：导电回路中线圈的匝数；

ｄ!：穿越线圈磁通量的变化率。通过改变ｄ!／ｄｔ就可以改变感应电动势Ｅ的变化，而在实际应用过程当中，改变ｄ!／ｄｔ的方式有３种，即移动线圈、移动磁铁

或改变磁阻，与之对应的分别称为动圈式磁电传感器、动铁式磁电传感器及磁阻式磁电传感器。而在汽车上应用最广的是磁阻式磁电传感器。下面以磁阻式磁电传感器为例来讲磁电式传感器在汽车上的应用情况。

磁阻式磁电传感器在汽车上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速，一般由传感头和齿圈组成，而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。其结构见图１。

当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大，磁阻也最大，通过感应线圈的磁通量最小。

而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时，极轴端部与齿圈之间的空气间隙最小，磁阻也最小，通过感应线圈的磁通量最大。

当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对，传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化，在感应线圈中就会感应出交变电动势，其频率与齿圈的齿数和转速成正比，产生的波形图见图２。２．２霍尔式传感器的工作原理

霍尔式传感器也是由传感头和齿圈组成，但其传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。２．２．１霍尔元件的工作原理

霍尔元件的材料一般是指某些半导体材料如砷化锢（ＩｎＡｓ）、锑化锢（ＩｎＳｂ）、砷化镓（ＧａＡＳ）、锗（Ｇｅ）等，若将其置于一磁场中，当在与磁场垂直的方向上加上一控制电流，则在与磁场垂直的方向上会产生霍尔电压，这一现象是由一名叫霍尔的德国工程师发现的，因此称之为霍尔效应。

霍尔元件产生的霍尔电压Ｕ的大小为：

Ｕ＝ＩＢｏ式中：Ｉ：控制电流，Ａ；

ｅｏ：带电粒子的电荷，ｅｏ＝１．６×１０－１９Ｃ；Ｂ：磁感应强度，Ｔ；ｄ：半导体的厚度，ｍｍ；ｎ：电子浓度。２．２．２

霍尔车速传感器的工作原理如图３（ａ）所示，当齿圈转到两个齿都与霍尔元件对正时，永磁体传到霍尔元件的磁力线分散，磁场较弱，输出的霍尔电压较小；如图３（ｂ）所示，当齿圈转到一个齿与霍尔元件对正时，永磁体传到霍尔元件的磁力线集中，磁场较强，输出的霍尔电压较大。

齿圈

霍尔元件

霍尔元件

齿圈

磁体

（ａ）

图３

磁体

（ｂ）

霍尔传感器工作原理

齿圈转动过程中，使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压，此信号由电子电路转换成表中的脉冲电压。

（下转第５３页）

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间距选择在略小于振捣半径时，振捣效果较好，气泡易于排出。④混凝土分层程度对振捣效果也有较大的影响。分层越厚，排出气体的行程越长，不利于气体的捧出。分层较薄则增加施工难度易过振。插入式振捣器一般分层厚度为振捣棒头长度的０．８倍。平板振捣器分层厚度不易大于２０ｃｍ。⑤振捣方法，即振捣器的插入和拔出的速度。插入速度要快，拔出速度要放慢，并使混凝土内气体从底层逐渐赶到表层最后排出。若插入速度较慢，拔出速度较快，则一旦上层混凝土已密实，下层混凝土气泡不易排出，并且易造成拔出时，下层混凝土排出的气泡带到上层混凝土，不能充分排出，造成上层混凝土中气泡较多，同时振捣棒的位置不易被混凝土填充密实，形成空隙。２．４模板因素

在混凝土施工过程中，较多使用无吸水性的钢模板。为了便于脱模，表层涂刷脱模油，如机油等。混凝土中的自由水和气体在振捣力的作用下，向上和向两侧走动，一部分吸附在钢模板上。钢模板上脱模油较厚时，对自由水和气泡有一定的吸附力，不易使自由水和气体彻底排出，最终形成表面气泡。同时，模板清洁不够，存在残留水和积油现象，也可产生水泡和油泡而出现气孔。此外，在结构的反倒角部位，气泡不易排出，易形成气泡。

量。选用优质的水泥和外加剂，并进行化学分析，观察其对混凝土含气量的影响，择优选取。

（２）选取合适的砂率、水灰比和单位用水量。粗细集料之间应形成密实的骨架结构，水泥用量不易过少，以便骨料空隙能被水泥浆填充密实；用水量不易过大，以免产生过多的自由游离水，同时也要考虑用水量对混凝土流动性能的影响，尽量考虑采用高效外加剂，使用水量减少并可增加混凝土的流动性，便于气泡排出。

（３）适当延长混凝土的拌和时间，使混凝土拌和均匀，拌和设备宜选用强制式大型搅拌机，在混凝土运输和浇筑过程中也要避免其离析。

（４）模板方面控制。当使用钢模板时，要使钢模板表面清洁、光滑、干糙。涂油要均匀、要薄，不可过厚或积油，脱模剂采用机油时，如掺加滑石份效果会好些。

（５）振捣方面控制。选用适宜类型和功率的振捣器，并根据所选用的振捣器，在满足规范施工要求的前提下，进行合理的分层。选用合适的振捣间距，并根据混凝土的性能控制每单点的振捣时间，避免振捣不足或过振，振捣时应快插慢拔。

作者简介：陈雄冬，男，１９７４年１１月出生，浙江金华人，２０００年７月毕业于同济大学交通土建工程专业，工程师。包益明，男，１９６４年１１月出生，浙江金华人，２００３年１２月毕业于长沙理工大学交通工程（路桥）专业，工程师。

３预防措施

（１）从混凝土基本材料质量入手，严格控制集料级配。粗集

料宜选用连续级配碎石，细集料宜选用Ｉ区中砂，控制针片状含

ＯｎｔｈｅＳｕｒｆａｃｅｂｕｂｂｌｅｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅ

ＣｈｅｎＸｉｏｎｇｄｏｎｇ，ＢａｏＹｉｍｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｕｂｂｌｅｓｏｆｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｔｓａｐｐｅａｒａｎｃｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅｂｕｂｂｌｅ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

（上接第５１页）

３

３．１

磁电式和霍尔式传感器的区别

工作原理的区别

在汽车工程领域，磁电式传感器主要用于转速的测量，由磁

３．２优缺点不同

３．２．１磁电式传感器的优缺点

磁电式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于１Ｖ，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ＡＢＳ系统的控制速度范围一般为１５ｋｍ／ｈ～１６０ｋｍ／ｈ，今后要求控制速度范围扩大到８ｋｍ／ｈ～２６０ｋｍ／ｈ以至更大，显然磁电式轮速传感器很难适应。

３．２．２霍尔轮速传感器的优缺点

霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高，其响应频率可高达２０ｋＨｚ，相当于车速为１０００ｋｍ／ｈ时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。

电式传感器的原理式Ｅ＝－Ｎｄ!可知，当转速较慢时，由于ｄ!比

较小，因此输出变量也很小，由此可见磁电式传感器不适用于很小车速的测量，即磁电式传感器的低速特性不好。所以磁电式传感器多用于发动机转速／上止点位置传感器上。

由霍尔原理可知，霍尔传感器的输出电压Ｕ与被测物体的运动速度无关，因此它的高、低速特性都很好，若用其测量物体的转速，其下限速度可以接近于０，上线速度从理论上讲可以不受限制，即它可以满足工程中各种运行速度的测量。正因为如此，汽车上的车速传感器大多采用霍尔式传感器。

ＴｈｅＭａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙＴｙｐｅａｎｄｔｈｅＨｏｒｅＴｙｐｅＳｐｅｅｄｓＳｐｒｅａｄｔｈｅ

ＦｅｅｌｉｎｇＭａｃｈｉｎｅｉｎＴｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅ

ＷｅｉＤｏｎｇｚｈｉ，ＺｈａｎｇＭｅｉｈｏｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｓｐｅｅｄａｎｄｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｈｙｇｉｅｎｅ，Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂｒｏａｄｅｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｓａｎｄｓｅｎｓｏｒＨａｌｌｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｗｏｒｋｏｆｔｈｅｔｗｏｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｄｉｓｔｉｎｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｅｎｓｏｒｓ；Ｈａｌｌｅｌｅｍｅｎｔ；Ｈａｌｌｖｏｌｔａｇｅ