霍尔传感器在离心机转子识别中的应用

　　介绍了运用霍尔传感器A3144来实现离心机的转子编码识别。介绍了转子编码识别原理,并给出了硬件电路图和终的测试结果。该技术只利用4只霍尔传感器A3144和4片磁钢,就可对16种转子进行识别,简单易行,安全可靠。

　　关键词:霍尔传感器;离心机;编码识别

　　前　言

　　离心机每种转子都有自己的极限转速,如果操作人员一时失误而设置了比极限转速高的转速,就会发生严重的事故。有的造成转子开裂,甚至碎成几块,砸向缸体,严重时撞开门盖对操作人员造成极大的人身伤害。若能采用转子识别技术就可避免这种事故的发生。每种转子在低转速时进行转子识别,确认转子型号后,将操作人员设定的转速与系统已存储的相应转子的极限转速相比较,如果设定转速超出极限转速,系统会自动修正操作人员设定的转速,使其在安全的转速下运行,并提醒操作人员设置的转速超出安全范围。

　　转子识别还有许多其它功能。例如:对每种转子的运行时间进行存储,超过允许运行时间就会提醒操作人员更换新转子,从而可完全取代以往操作人员的手工记录。

　　本文介绍了一种运用霍尔传感器A3144在单片机上实现的转子识别技术,能够对16种转子进行识别,保障了离心机的安全运行,并实现了工作记录自动化。

　　1　霍尔传感器A3144

霍尔传感器广泛应用于各种恶劣环境的开关控制和测速电路。A3144是一种霍尔效应开关集成电路。图1为其原理框图。

　　它包括4.5~24V稳压源、反向电池保护二极管、霍尔电压产生器、温度补偿电路、小信号放大器、施密特触发器和一个集电极开路输出电路[1],其输出电流为25mA,呈单极性特性,可与普通的磁钢片配合工作。

　　当传感器感应面的磁场强度超过工作点阈值时,电路输出低电平;当磁场强度减小到释放点阈值以下时,电路输出高电平。工作点阈值和释放点阈值之差称为器件的迟滞。

　　2　转子识别原理

　　本文的转子编码识别方案只用到6个磁钢片就可完成16种转子的编码,其中,2片磁钢片与2只霍尔传感器提供同步信号,其它4片磁钢片完成编码任务。

图2是离心机运转示意图。

　　电机通过中轴带动转子转动,磁钢片嵌在转子的下端面,与转子一起转动。6片磁钢片呈一定角度分布在同一同心圆上,其下方安装了2只固定的霍尔传感器,高度相差2~6mm,也分布在同一同心圆上。

如图3所示,2个长方块表示产生同步信号的磁钢片,4个圆块表示完成编码的磁钢片。

　　在产生同步信号的磁钢片下面有2只固定的霍尔传感器A3144,2只传感器在一个同心圆上,相隔角度β=112.5°,与产生同步信号的磁钢片严格对应。当转子转到当前位置时,传感器1和传感器2同时产生低电平。规定2只传感器都产生低电平为同步信号,每运转一周仅产生一个同步信号。设转子逆时针运转。因为在低速时就应该完成转子识别,约定转速为600r/min时转子识别(其它转速也可)。规定:传感器1产生脉冲(磁钢片接近传感器时,传感器输出低电平),而传感器2没有产生脉冲,编码为“1”;反之,传感器1没有脉冲,而传感器2有脉冲,编码为“0”。如果2只传感器都没有脉冲,就说明对应的磁钢片掉了,这时就报警,并将此问题反馈给用户。各磁钢片相隔22.5°,所以,相邻信号的来临间隔6.25ms(22.5/360×100ms)。当同步信号来了以后,就进入转子识别子程序,程序中延时6.25ms,然后,单片机读转子编码的位;再延时6.25ms,读转子编码的第二位;以此类推,先后读出转子编码的四位。由此可以得出图3的转子编码为“1111”,即为16号转子。

不难看出,图4中15号转子的编码为“1110”;14号转子的编码为“1101”。改变编码磁钢片的位置,就可得出不同的转子编码,从而用6片磁钢片实现了16种转子的编码。

　　3　硬件连接

转子编码识别的硬件实现仅需占用单片机[2]的2根I/O口线。硬件连接图如图5所示。

　　4　试验结果

对上述转子识别在高速离心机上做了试验测试,结果如表1所示。

　　5　结束语

　　霍尔传感器A3144具有良好的高温特性,且其不受光线影响,能够适应各种恶劣的环境。介绍的转子识别技术已应用于工程产品,运行稳定可靠。相信此技术在工业自动化中会得到更广泛的应用。