磁电式与霍尔式发动机转速传感器应用解析

谢丹 初宏伟

摘要：结合某车型的电路图和实车转速传感器波形，本文对磁电式发动机转速传感器、霍尔式发动机转速传感器这两种常见类型的工作原理进行详细的说明，旨在对教学环节和检修工作中，需要做转速波形检测来判断可能的故障点起到一定的理论指导意义。

关键词：磁电式;霍尔式;转速传感器;工作原理;波形

中图分类号：U472.9                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）24-0060-02

0  引言

曲轴位置与转速传感器简称为发动机转速传感器，它是发动机集中控制系统最重要的传感器之一，提供曲轴转角位置、发动机的转速信号至发动机ECU，用于确定发动机基本点火时刻和喷油时刻[1]。本文对磁电式和霍尔式转速传感器的工作原理进行了详细说明，同时结合电路图分析波形形状及特点，最后总结了二种类型传感器各自的优点。这对于排查是否因发动机转速传感器异常而导致车辆故障[2]，提供了积极稳健的理论基础。

1  磁电式转速传感器

1.1 工作原理

磁电式转速传感器一般安装在曲轴前端或后端，如图1所示，随着被测物体转动时，传感器输出与旋转频率相关的脉冲信号，达到测速的目的[3]。磁电式发动机转速传感器主要由导磁材料制成的信号盘（60-2齿均匀分布，其中有一处缺2个齿）、永久磁铁、信号线圈等组成。传感器的位置是固定的，软磁铁芯与信号盘转子齿之间必须保持一定间隙。

当信号盘旋转时，由于铁芯和信号盘之间间隙不断变化，通过线圈的磁通量也不断变化，这将在电磁线圈内感应出感应电动势，即输出信号，可产生与齿数相等且大小和方向均周期性变化的感应电动势，并以交流形式输出，如图2所示。

1.2 应用

磁电式转速传感器是无源的，不用另外提供电源，所以只有信号输出线和屏蔽地线。传感器插头接线形式主要有两线制和三线制两种。两线制的两根线为信号回路线，信号正负交替变化，如图3所示;三线制多出的一根线为屏蔽线，如图4所示，G28的1号和2号引脚为信号正负极，3号线为屏蔽线。

2  霍尔式转速传感器

2.1 霍尔效应

如图5所示，霍尔效应是指把一块金属或半导体薄片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流Ⅰ时，会在薄片的另一对侧面间产生电动势UH，所产生的电动势称为霍尔电动势，这种薄片（一般为半导体）称为霍尔片或霍尔元件。

2.2 工作原理

霍尔元件在受到磁场力的作用后，就可以在霍尔元件上测得一个电压，阈值开关闭合，如图6所示，反过来磁场消失，在霍尔元件上就测量不到电压，开关就会断开。只有存在一定数值的霍尔电压时，阈值开关才会被接通。开关开闭的同时，将闭合和断开一个外部电路。因此，实际上霍尔式发动机转速传感器就是一个电子开关。霍尔元件和阈值开关是一个部件，因此无法测量位于传感器前段的霍尔电压，而只能测量传感器供电情况及信号输出。

霍尔传感器并不会对控制单元产生信号电压，而是控制单元提供电压到信号线上。图6所示，控制单元的输出端上有一个正电压，而控制单元对输出端进行监控，如果开关断开，控制单元就会识别到输出端上有正电压。如果开关闭合，电流就会直接流到接地点上，于是形成短路，这时电流直接流向接地点，控制单元的输入端电位下降，因此，为防止发生短路，中间安装一个电阻很高的上拉电阻R，该电阻相当于一个用电器，可以防止短路。如果开关再次断开，正电位就会通过电阻加到控制单元上，开关的作用由霍尔传感器取代。

2.3 应用

图7为某款霍尔式发动机转速传感器G28电路图，G28侧T3V/3为发动机转速传感器的接地，T3V/1提供传感器5V正电，T3V/2为发动机控制单元监控信号电压的位置，所在导线称之为信号线。控制单元需要识别开关的状态，开关本身一侧通过发动机控制单元T60/20接地，另外一侧连接到控制单元的T60/5引脚。开关断开时，T3V/2引脚上的对地电压为5V，开关闭合时，电压为0V。因此，圖9所示，随着安装在曲轴上的信号盘转动（如图8所示），G28信号线上的波形是一个连续完整的0V和5V矩形波形。G28的低电平信号和高电平信号长度大致相同的，缺齿部分对应的波形为高电平且比较宽。缺齿部分与传感器相对时，霍尔电压微弱，阈值开关不会被接通，所在电路处于断路状态，控制单元监控到T60/2引脚位置处的电压为5V，这与缺齿部分的波形是高电位正好对应。

3  总结

磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入的运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它直接将被测物体的机械能量转换成电信号输出，工作不需要外加电源，是一种典型的无源传感器。由于这种传感器输出功率较大，因而大大地简化了配用的二次仪表电路[3]。

霍尔式转速传感器虽需要电源，但其抗电磁干扰性强，对于传感器和靶轮之间的距离以及震动等因素，并不十分敏感;输出信号电压振幅值不受转速的影响;频率响应高等优点被广泛应用。

参考文献：

[1]李春明，主编.汽车发动机燃油喷射技术[M].四版.北京：北京理工大学出版社，2013.

[2]冯健.迈腾轿车无法着车的故障诊断[J].汽车维修，2018（02）：42-43.

[3]磁电式传感器.https：//baike.so.com/doc/3970250-4166049.html[EB/OL].