ДАТЧИК ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФЕРРОМАГНИТНОГО ОБЪЕКТА

Изобретение относится к устройствам, формирующим электрический сигнал при прохождении ферромагнитного объекта через зону чувствительности устройства, и может быть использовано, например, в автомобилестроении в системе управления двигателем внутреннего сгорания для измерения скорости вращения или в качестве датчика положения.

Известен «Датчик на эффекте Холла для определения фазы положения» (заявка на изобретение РФ №2000101462, G 01 P 3/42 от 17.01.2000, публикация 10.11.2001), содержащий корпус, постоянный кольцевой магнит, микросхему Холла, расположенную в одной из областей изменения направления магнитного поля постоянного магнита, а именно, между внутренней торцевой поверхностью корпуса и поверхностью магнита.

Магнит имеет аксиальное намагничивание и вследствие этого зона изменения направления магнитного поля расположена вне магнита.

Недостатком такого решения является наличие промежуточной прокладки между магнитом и микросхемой Холла, толщину которой необходимо индивидуально подбирать для каждого отдельного датчика вследствие разброса свойств постоянного магнита и расположения чувствительного элемента в микросхеме. Кроме того, применение подобной конструкции приводит к снижению чувствительности датчика из-за увеличения воздушного зазора между ферромагнитным объектом и постоянным магнитом, что требует применения более чувствительной и дорогостоящей микросхемы Холла или магнита с увеличенными размерами и стоимостью.

Известен также «Датчик для регистрации ферромагнитного объекта» (заявка на изобретение РФ №2002123676, G 01 Р 3/48 от 06.09.2002, публикация 10.06.2004), содержащий корпус, магниточувствительный узел, состоящий из постоянного кольцевого магнита прямоугольного профиля и микросхемы Холла, расположенный внутри корпуса датчика. Корпус датчика снабжен каркасом с пазом для фиксирования микросхемы Холла, связанной с электрическими выводами через печатную плату с радиоэлементами. Магнит с ферромагнитным сердечником жестко зафиксированы внутри каркаса в процессе его отливки.

Жесткая фиксация магниточувствительного узла в данной конструкции способствует повышению точности измерения местоположения ферромагнитного объекта.

Недостатком данного технического решения является то, что микросхема Холла находится между рабочим полюсом постоянного магнита и ферромагнитным объектом, что приводит к увеличению немагнитного зазора между магнитом и регистрируемым объектом. Большая величина зазора снижает чувствительность датчика. Кроме того, известное устройство предполагает индивидуальную настройку путем перемещения по резьбе ферромагнитного сердечника, что увеличивает трудоемкость изготовления датчика. В процессе заливки пластмассой существует вероятность изменения взаимного положения магнита и ферромагнитного сердечника, что нарушает настройку и требует дополнительного контроля.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение точности и чувствительности датчика, а также повышение надежности работы, снижение стоимости и трудоемкости изготовления.

Указанная цель достигается тем, что предлагаемый «Датчик для регистрации ферромагнитного объекта» содержит магниточувствительную микросхему и постоянный магнит в виде втулки с отверстием для микросхемы. Магнит имеет распределение намагничивания в виде конуса с вершиной в области регистрации объекта, а микросхема расположена внутри отверстия втулки в зоне, где индукция магнитного поля не превышает порог чувствительности микросхемы.

Кроме того, отверстие в магните может быть выполнено в виде усеченного конуса, обращенного вершиной к зоне обнаружения объекта, а в зоне расположения микросхемы может находиться тонкостенная вставка из магнитомягкого материала с низкой индукцией насыщения.

Намагничивание в виде конуса с вершиной в области регистрации объекта позволяет сместить зону нулевой индукции постоянного магнита внутрь магнита, максимально приблизив магнит к зоне регистрации ферромагнитного объекта, что обеспечивает повышение чувствительности датчика. Такой вид намагничивания обеспечивается многовитковым соленоидом, при этом магнит помещается на краю соленоида в зоне, где магнитное поле в осевом направлении изменяется пропорционально квадрату расстояния от соленоида. В этом случае магнитное поле имеет близкий к конусному характер распределения магнитных силовых линий [1].

У известного технического решения с повышением температуры вектор напряженности магнитного поля может изменяться независимо от наличия ферромагнитного объекта. Это связано с тем, что магнитные свойства магнита и магнитомягкого сердечника с ростом температуры изменяются по различным законам и ранее проведенная настройка может нарушиться. В предлагаемом техническом решении зона нечувствительности микросхемы (нулевая зона) не зависит от внешних факторов, что повышает надежность и точность работы датчика.

Отсутствие необходимости индивидуальной настройки и регулировки датчика, минимальное по сравнению с аналогами количество деталей приводит к снижению стоимости и трудоемкости изготовления датчика.

Наличие в отверстии втулки рядом с микросхемой тонкостенной вставки из магнитомягкого материала с низкой индукцией насыщения позволяет в случае необходимости снизить чувствительность и повысить надежность работы датчика, не изменяя существенно его конструкцию. Она может быть выполнена, например, в виде соосной с магнитом тонкостенной (0,1-0,5 мм) втулки из пермаллоя или другого сплава с индукцией насыщения менее 1 Тл. Вставка компенсирует незначительные флюктуации магнитной индукции от посторонних ферромагнитных объектов, не подлежащих регистрации, а при существенном изменении магнитного поля магнитная индукция вставки достигает насыщения и вставка перестает оказывать влияние на распределение магнитного поля.

Выполнение отверстия во втулке в виде усеченного конуса позволяет увеличить величину индукции магнитного поля в зоне регистрации объекта и тем самым повысить чувствительность датчика.

Изотропный магнитопласт как материал, из которого выполнен магнит, позволяет достичь максимальной однородности магнитов в партии и однородности и воспроизводимости магнитных свойств по сечению магнита. Это позволяет отказаться от индивидуальной настройки датчиков и снизить стоимость и трудоемкость.

Наличие внешнего магнитопровода, соосного с магнитом, позволяет в случае необходимости увеличить чувствительность датчика за счет замыкания в магнитопроводе магнитных полей рассеяния. Размеры датчика при этом несколько увеличиваются.

Для более точного размещения микросхемы отверстие во втулке может быть выполнено по форме и размерам микросхемы, что снизит трудоемкость сборки.

На фиг.1 представлена схема распределения намагничивания постоянного магнита, а на фиг.2 - конструктивная схема датчика.

Датчик для регистрации ферромагнитного объекта 1 содержит корпус-магнитопровод 2, магниточувствительный узел, состоящий из постоянного магнита в виде втулки 3 и микросхемы Холла 4, связанной с электрическими выводами 5, через печатную плату 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Датчик устанавливается перпендикулярно рабочей поверхности регистрируемого ферромагнитного объекта и при изменении магнитного поля, вызванного приближением или удалением ферромагнитного объекта, происходит срабатывание микросхемы Холла. Когда ферромагнитный объект расположен в зоне чувствительности датчика, индукция магнитного поля в точке позиционирования микросхемы Холла превышает значение В_OP (точка включения) и микросхема Холла находится в состоянии «включено». Когда в зоне чувствительности датчика отсутствует ферромагнитный объект, величина магнитной индукции в точке позиционирования микросхемы Холла становится ниже В_RP (точка выключения) и микросхема Холла переходит в состояние «выключено».

Источник информации

1. Д.Монтгомери, Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов., Москва, «Мир», 1971 г.