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           0引言
　　
　　國標規定:柴油機低溫起動時間小于30s;起動電機的起動電流達到600A時,起動電壓不小于8V;此時起動轉速要達到200r/min,這樣才能良好起動。因此對起動電機電壓、電流和柴油機起動轉速能進行準確快速檢測顯得非常重要。測量電流、電壓、轉速的傳感器很多,如:分流、分壓電位器,互感器,光電式等。但它們都很難適應柴油機的低溫工作環境。經過比較發現:目前最理想的元件應是霍爾傳感器,它可以傳送數百千兆頻率的各種形狀的電流、電壓及脈沖信號,并且精度高、線性度好、響應快、頻帶寬及過載能力強。故基于霍爾傳感器工作原理,設計了柴油機低溫起動系統的霍爾電壓、電流和轉速傳感器,并對其信號處理電路的參數進行優化匹配;介紹了柴油機低溫起動試驗方案;進行了柴油機低溫起動系統低溫起動電壓、起動電流、起動轉速的性能試驗,最終證明了霍爾傳感器能夠準確測試柴油機低溫起動系統的電壓、電流、轉速信號,完全能滿足柴油機低溫起動性能要求。
　　
　　1傳感器的設計
　　
　　依據霍爾電流閉、開環傳感器工作原理[6-8],研發了霍爾型的電流、電壓、轉速傳感器,分別如圖1、圖2、圖3所示。
　　
　　圖1圖2
　　
　　霍爾電流、電壓傳感器均由初級線圈、次級線圈、外殼、插孔等主要部件構成。由圖1知:霍爾電流傳感器的插孔1、2、3、4端分別接+15V、-15V、起動機電壓、地線。OFS是零點調節旋鈕;GIN是幅度調節旋鈕。由圖2知:霍爾電壓傳感器的1、2兩端分別接負、正兩個輸入信號,M、+、-分別接信號輸出端、+15V、-15V.由圖3知:霍爾轉速傳感器是利用霍爾開關以觸發方式測柴油機轉速。霍爾轉速傳感器的工作機理:由于柴油機飛輪磁圈上粘貼多對小磁鋼,霍爾開關固定在小磁鋼附近。飛輪以角速度ω旋轉時,當一個小磁鋼轉過霍爾開關集成電路,霍爾開關便產生一個相應的脈沖。檢測出單位時間的脈沖數,即可確定柴油機的轉速。
　　
　　圖3霍爾轉速傳感器
　　
　　2匹配參數
　　
　　圖4是柴油機低溫起動系統電路原理圖。由圖知:霍爾型的電流、電壓、轉速傳感器所檢測的信號先通過測量電阻Rm分壓處理,再經信號調理模塊進行多信號優化處理,最后經A/D輸送到計算機。由此可見,優化選取測量電阻是該電路系統的關鍵。根據波峰因素,測量電阻Rm在100～800Ω內選取。結合霍爾型電流、電壓、轉速傳感器的性能特點,通過不斷地電路調試優化得到:Rm1=275Ω;Rm2=410Ω;Rm3=750Ω.
　　
　　圖4柴油機低溫起動系統電路原理圖
　　
　　3試驗
　　
　　3.1試驗方案
　　
　　圖5是柴油機低溫起動試驗方案圖。試驗在低溫起動試驗室中進行,溫度可由制冷機組控制,溫度在-40～0℃之間設定,誤差不超過±015℃.進氣、潤滑油、電解液、冷卻液等溫度信號用Pt100型溫度傳感器檢測,并采用SKE-32AD穩定巡測儀進行監測。轉速、電壓、電流等信號用霍爾傳感器檢測,經電控單元來控制柴油機,并由DAQP-308型柴油機瞬態參數采集系統進行信號采集。利用該試驗方案,采用霍爾型的電流、電壓主、轉速傳感器進行了柴油機低溫性能試驗。
　　
　　圖5柴油機的低溫起動電流試驗方案
　　
　　3.2霍爾電流傳感器的性能試驗
　　
　　在柴油機低溫起動試驗中,霍爾電流傳感器用來檢測蓄電池的瞬態電流I,即供柴油機低溫起動的電動機電流。用霍爾電流傳感器檢測出起動過程的瞬態電流I與起動時間t的性能曲線如圖6所示。由圖6知:在預熱階段0～2s、起動末段24～30s,瞬間電流約在4～5A內變化,測得電流波動率為0.125%,完全滿足柴油機低溫起動的性能要求。在2～24s起動階段內,瞬時電流在220～680A范圍內變化,且測得電流波動率為0.122%,因此,所設計的霍爾電流傳感器的動態響應、靈敏度等性能完全滿足柴油機低溫起動要求。
　　
　　圖6柴油機低溫起動性能曲線
　　
　　3.3霍爾電壓傳感器的性能試驗
　　
　　在柴油機低溫起動試驗中,霍爾電壓傳感器用來檢測蓄電池的瞬態電壓U.依據霍爾電壓傳感器檢測出起動過程中的瞬時電壓U與起動時間t的性能曲線如圖7所示。由圖7知:在整個起動過程中,起動電壓大于816V,滿足柴油機低溫起動的性能要求。在預熱0～2s內,蓄電池的瞬時電壓在1218～1115V之間變化;起動末段24～30s內,瞬間電壓基本維持1115V不變。電壓波動率為0.135%;在2～24s起動階段內,瞬時電壓在816～1115V之間變化,此時電壓波動率為0.12%,因此,所設計的閉環霍爾電壓傳感器的動態響應、靈敏度等性能完全滿足柴油機低溫起動的性能要求。
　　
　　圖7柴油機的低溫起動電壓性能曲線
　　
　　3.4霍爾轉速傳感器的性能試驗
　　
　　把霍爾轉速傳感器應用于柴油機低溫起動系統,進行柴油機低溫起動轉速的性能試驗,得到起動轉速與起動時間的性能曲線如圖8所示。由圖8知:起動倒拖的柴油機最大轉速為400r/min,拖動平均轉速為280r/min,起動時間為20s,這些參數使柴油機很好地實現了低溫起動,同時也證實了霍爾轉速傳感器的動態響應、線性度、靈敏度等性能完全能夠滿足低溫起動系統要求。
　　
　　圖8柴油機低溫起動轉速性能曲線
　　
　　4結束語
　　
　　(1)所設計的霍爾型起動電流、電壓、轉速傳感器工作可靠,動態響應快,線性度和靈敏度比較高。能夠對性能參數進行低溫快速、準確檢測。
　　
　　(2)利用所設計的霍爾電流、電壓、轉速傳感器進行柴油機低溫起動實驗,最大起動電流達到680A,起動電壓大于816V,起動倒拖的柴油機最大轉速為400r/min,拖動平均轉速為280r/min,起動時間為10s,這些性能完全滿足柴油機低溫起動系統要求。
　　
　　責任編輯：Kelly