基于霍尔传感器的机油压力检测装置
摘 要 利用霍尔传感器工作频带宽、响应速度快、测量精度高的特性，设计出了一种精度高、稳定性好，带低压自动报警功能的的油压检测装置。
关键词 霍尔效应 油压 检测 传感器
发动机润滑系统的机油压力是一个关键性参量，对发动机运行具有重要意义。检测油压的装置有多种多样，其性能好坏主要取决于传感器类型，电阻式传感器线性差、精度低、响应慢，而利用霍尔传感器则可有效提高检测装置的性能。
1、霍尔传感器的基本原理
霍尔传感器工作的理论基础是建立在带电粒子在磁场中运动所产生的霍尔效应基础上的，霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场力、电场力作用的结果。霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势。其大小取决于外磁场的强度及电流的大小成，实验和理论证明，在磁场不太强时，霍尔电势与电流大小和磁感应强度成正比。
U*K.I.B
式中，U为霍尔电势;
I为载流体中的激励电流(控制电流);
B为磁场的磁感应强度;
K为霍尔器件的灵敏度系数。
利用霍尔电势正比于控制电流和磁感应强度乘积的关系，可分别使其中一个量保持不变，另一个作为变量;或者两者都作为变量。霍尔器件具有对磁场敏感，结构简单，体积小，频带响应宽，动态特性好，输出电势变化范围大，使用寿命长等优点，因此在测试技术、自动化技术和信息处理等方面有着广泛的应用。
2、检测装置结构设计
机油压力检测装置由传感器、指示器和连接导线组成。
传感器的进油口连接一条专用油管，油管的另一端与发动机润滑系统的接口相连接。油压传感器主要由两个弹簧管、霍尔器件、电路板、外壳和电线插座组成。两个弹簧管按上下位置平行安装，下面弹簧管的一端固定在底座上，其管口与底座上的进油口相通，另一端悬空，并且封死。上面弹簧管的一端也固定在底座上，另一端悬空但不封口。在下面弹簧管悬空的一端安装一个永久磁钢，上面弹簧管悬空的一端安装一个霍尔器件。霍尔器件与永久磁钢之间的.间隙约1毫米，电路板上有集成电路、电容器、电阻等。
油压指示器主要由十字线圈组件、电路板组件、发光刻度盘组件、指针组件、外壳和电线插座等组成。电路板上装有集成电路、稳压器和超限报警发光管十字线圈组件外部是交叉安装的两组线圈，线圈中间位置有带轴的转子，该转子为一圆形永久磁钢，指针安装在转子轴的顶端。
3、检测装置的工作原理
3.1油压测量原理
当发动机润滑系统的机油在一定压力下进入传感器内下面的弹簧管时，由于该弹簧管一端是悬空的，在机油压力作用下，悬空的一端将产生微小的变形，从而使安装在该端上的永久磁钢与安装在另一弹簧管上的霍尔器件之间的间隙加大。两者距离的变化就会引起磁场强度的变化，进而引起霍尔器件上感应电压信号的变化。机油压力越大，两者之间的距离则越大，霍尔器件上输出的电压就越大。
霍尔器件产生的电压信号经传感器内部集成运算放大器进行处理后，通过连接导线输出到指示器，经集成电路进行函数转换，分别转换成正弦电压信号和余弦电压信号，并分别送入十字线圈的相应线圈中，两个线圈产生的合成磁场与转子上的永久磁钢相互作用，从而驱动转子带动指针转动，指示出相应的机油压力。
为保证霍尔传感器产生相互更具线性化，在传感器中设置了恒流源。
油压传感器的工作温度跨度很大，在高温和低温状态，传感器中弹簧管的机械形变有很大差别，这样势必使永久磁钢与霍尔之间的距离难以控制。为了尽可能消除工作温度变化对传感器输出所产生的干扰，在传感器结构设计中采用了两个弹簧管上下放置，这样，不论是高温还是低温，两个弹簧管同步膨胀或收缩，有效起到了温度补偿作用。
3.2超限报警原理
在油压指示器中设计了超限报警环节。电压比较器采集传感器的输出电压，并将其与设定的电压进行比较，当油压高于报警点时，比较器输出高电平，发光二极管不亮;当油压低于报警点时，比较器输出低电平，发光二极管点亮，提醒驾驶员停车检查。报警油压值可通过电位器设定和调整。
参考文献：
[1] 常健生.检测与转换技术[M].机械工业出版社，2001(1).
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1.霍尔传感器原理