Was ist das Funktionsprinzip eines Tachometersensors?

Tachometersensoren wandeln die Geschwindigkeit eines Objekts in ein messbares elektrisches Signal (z. B. Spannung, Frequenz oder Impulszahl) um, das dann elektronisch verarbeitet wird, um eine Nadel anzutreiben oder einen Geschwindigkeitswert auf einem Bildschirm anzuzeigen. Ihr Kernprinzip basiert auf der elektromagnetischen Induktion, dem Hall-Effekt, dem photoelektrischen Effekt oder dem Doppler-Effekt. Hier sehen Sie, wie verschiedene Arten von Tachosensoren funktionieren und wofür sie verwendet werden:
I. Elektromagnetischer Induktionsgeschwindigkeitssensor
Wie es funktioniert: Wenn sich Leiter (z. B. Spulen) in einem Magnetfeld bewegen, erzeugt das Schneiden magnetischer Feldlinien gemäß dem elektromagnetischen Induktionsgesetz von Faraday eine induzierte elektromotorische Kraft (EMF) (Spannung). Die Größe der Induktions-EMK ist wie folgt proportional zur Geschwindigkeit, mit der der Leiter die Magnetfeldlinie schneidet:
E.L.v.
Wo,
Klasse B
Es ist die magnetische Feldstärke,
l/
ist die effektive Länge der Spule und
v. EINFÜHRUNG
Es ist die Schnittgeschwindigkeit.
Struktur:
Magnetkerne und Spulen: im Sensorgehäuse fixiert, um ein stabiles Magnetfeld zu bilden.
Mit dem zu messenden Objekt verbundene Magnetkernachse: Wenn sich das Objekt bewegt, treibt es die Kernwelle in Rotation, wodurch die Spule die Magnetfeldlinie durchschneidet.
Ausgangssignal: Die induzierte elektromotorische Kraft (Spannung) ist proportional zur Geschwindigkeit und erfordert keine externe Stromversorgung (passives Design).
Anwendung:
Motordrehzahlsensor: Auf einem Antriebsachsgehäuse oder Getriebegehäuse montiert, werden durch die Drehung eines Magnetrads (Rotor mit Zahnrädern) Wechselstromsignale erzeugt. Die Signalamplitude ist proportional zur Geschwindigkeit und die Frequenz spiegelt die Geschwindigkeit wider.
Vibrationsüberwachung: Der Drehzahlsensor SZ-6K überwacht beispielsweise die Geschwindigkeit, Amplitude und Frequenz von Vibrationen, um frühzeitig vor Fehlfunktionen rotierender Maschinen wie Pumpen und Lüfter zu warnen.
Stärken und Schwächen:
Stärken: Einfache Struktur, zuverlässig, niedriger Frequenzgang, keine externe Stromversorgung erforderlich.
Schwächen: Kleine Größe, nicht für Geschwindigkeitsmessung geeignet; temperaturempfindlich, erfordern eine Kompensationsschaltung.
ii. Hall-Effekt-Geschwindigkeitssensor
So funktioniert es: Wenn ein elektrischer Strom durch einen Halbleiter (Hall-Element) fließt, der sich in einem Magnetfeld befindet, erzeugt er eine Spannungsdifferenz (Hall-Spannung) senkrecht zur Richtung des Stroms und des Magnetfelds. Wenn sich die magnetische Feldstärke ändert, ändert sich auch die Hall-Spannung, wodurch Rechteckwellenimpulse erzeugt werden, die proportional zur Geschwindigkeit sind.
Struktur:
Hall-Element: Sorgt für einen konstanten Arbeitsstrom.
Trigger-Zahnrad/Magnetpolrad: Ändert die Magnetfeldstärke, wenn sich die gemessene Achse dreht.
Ausgangssignal: Die Frequenz ist proportional zur Geschwindigkeit, die Amplitude ist eine nachträgliche Schaltungsformung erforderlich.
Zweck: Kurbelwellen-/Nockenwellen-Positionssensor für Kraftfahrzeuge: Auslösen von Zünd- und Kraftstoffeinspritzkreisen.
Radgeschwindigkeitssensor (ABS): Erkennt die Radgeschwindigkeit, um ein Blockieren beim Bremsen zu verhindern.
Stärken und Schwächen:
Vorteile: Berührungslose Messung, lange Lebensdauer, schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, komfortable digitale Ausgangssignalverarbeitung.
Schwächen: Externe Stromversorgung erforderlich, Ziel muss ausgelöst werden (Zahnrad/Stange).
III. Geschwindigkeitssensor mit photoelektrischem Effekt
So funktioniert es: Geschwindigkeit wird anhand der Emission, Blockierung oder Reflexion von Licht gemessen. Licht von einer Lichtquelle (z. B. LED) beleuchtet die Oberfläche eines rotierenden Objekts (oder einer perforierten/gezahnten Scheibe), während ein lichtempfindlicher Empfänger (z. B. eine Fotodiode) Lichtänderungen erkennt und ein Impulssignal erzeugt.
Aufbau: Lichtquelle und Empfänger: einander gegenüber (Transmission) oder auf der gleichen Seite (Reflexion) platziert.
Codescheibe/reflektierender Marker: Verändert den Lichtweg während der Rotation und erzeugt Impulse.
Ausgangssignal: Die Frequenz ist proportional zur Geschwindigkeit und erfordert eine nachträgliche Schaltungsverarbeitung.
Zweck: Servomotoren, CNC-Werkzeugmaschinen, Drucker und andere hochpräzise Messungen.
Optische Mausgeschwindigkeitsmessung: Die Bewegungsgeschwindigkeit wird durch die Erkennung von Änderungen im reflektierten Licht auf dem Desktop berechnet.
Stärken und Schwächen:
Stärken: Berührungslos, hohe Präzision, schnelle Reaktionszeit.
Schwächen: Empfindlich gegenüber Verschmutzung, kann durch Umgebungslicht gestört werden, komplexe Struktur.
IV. EINFÜHRUNG EINFÜHRUNG Doppler-Effekt-Geschwindigkeitssensor
So funktioniert es: Wenn sich eine Wellenquelle relativ zu einem Beobachter bewegt, ändert sich die Frequenz der vom Beobachter empfangenen Wellen (Doppler-Verschiebung). Sensoren senden elektromagnetische Wellen (Radarwellen oder Laser) aus, deren Frequenz proportional zur Geschwindigkeit des Objekts (v) ist und deren Frequenz zwischen der reflektierten und der emittierenden Welle (Δf) liegt:
Vf
Verwendung: Wird zur Geschwindigkeitsmessung verwendet: Radargeschwindigkeitsmesser, Lasergeschwindigkeitsmesser.
Industrielle Überwachung: Messung der Siebgeschwindigkeit von Blechen und Papier.
Messung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit: Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser (LDVs) messen die Strömungsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit oder eines Gases.
Für und Wider
Stärken: Berührungslose Messung über große Entfernung-, hohe Genauigkeit.
Schwächen: Hohe Kosten, Fokussierung auf das Ziel erforderlich, Winkel beeinflusst die Messergebnisse (Kosinuskompensation erforderlich).
V. Spezifische Anwendungen von Tachometersensoren in Automobilen
Fahrzeuggeschwindigkeitsanzeige: Das Ausgangssignal des Sensors wird elektronisch verarbeitet und die Fahranzeige oder der Bildschirm zeigen die Geschwindigkeit an.
Elektromagnetischer Tachometer: Antrieb des Zeigerausschlags durch Stromsignal, hohe Präzision.
Digitaler Tachometer: Zeigt Zahlen direkt an, möglicherweise integriert in eine Instrumententafel oder einen zentralen Kontrollbildschirm.
Steuerfunktionen
Servosteuerung für die Leerlaufdrehzahl des Motors: Passen Sie die Leerlaufdrehzahl an und senken Sie den Kraftstoffverbrauch.
Schalten des Automatikgetriebes: Bestimmen Sie den Schaltzeitpunkt basierend auf Geschwindigkeit und Motordrehzahl.
Tempomat: Behalten Sie die eingestellte Geschwindigkeit bei, um die Ermüdung des Fahrers zu verringern.
Kühlgebläsesteuerung: Passen Sie die Lüftergeschwindigkeit an die Geschwindigkeit und die Motortemperatur an.