RU63926U1 - RACK POSITION SENSOR - Google Patents

Abstract

Датчик положения рейки относится к измерительной технике и предназначен для работы в системе управления топливоподачей дизельного двигателя. Датчик положения рейки содержит двухкамерный корпус, что позволяет исключить попадание картерных газов и масла на печатную плату с микросхемой-датчиком. В одной камере установлены: шток, магнит и пружина, совершающие поступательное движение. Во второй камере установлена плата с микросхемой-датчиком и концентратором. Микросхема-датчик типа КМА200, представляет собой программируемый датчик угла поворота, содержащая чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов. В зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняется напряжение на ее выходе. Напряжение зависит от положения магнита относительно микросхемы и штока, с которым магнит жестко связан. Шток под воздействием пружины находится в постоянном контакте с контролируемым объектом Диапазон измеряемого угла и нулевой угол задаются константами в EEPROM микросхемы и могут быть изменены после установки микросхемы в изделии. Благодаря этому упрощается настройка и снижаются требования к точности изготовления деталей датчика.The rail position sensor belongs to the measuring technique and is designed to work in the fuel supply control system of a diesel engine. The rail position sensor contains a two-chamber housing, which eliminates the ingress of crankcase gases and oil onto a printed circuit board with a sensor chip. In one chamber are installed: a rod, a magnet and a spring, making translational motion. In the second chamber, a board with a microcircuit-sensor and a hub is installed. The KMA200 type sensor microcircuit is a programmable angle sensor containing a sensor element based on magnetoresistors and a signal processing circuit. Depending on the angular orientation of the external magnetic field passing through the sensitive element of the microcircuit, the voltage at its output changes. The voltage depends on the position of the magnet relative to the microcircuit and the rod with which the magnet is rigidly connected. Under the influence of a spring, the rod is in constant contact with the controlled object. The range of the measured angle and zero angle are set by constants in the EEPROM of the microcircuit and can be changed after the microcircuit is installed in the product. This simplifies setup and reduces the requirements for precision manufacturing of sensor parts.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к системе управления топливоподачей дизельного двигателя.The utility model relates to engine building, namely to a diesel engine fuel supply control system.

Известен патент СССР 1420346 МПК G01В 7/00, «Потенциометрический датчик перемещения» содержащий токосъемный элемент, выполненный в виде катящегося ролика с расположенным на его оси постоянным магнитом взаимодействующим с разноименными полюсами прямоугольного постоянного магнита, расположенного под изоляционным основанием датчика. Благодаря магнитному прижиму ролика к резистивной и низкоомной коллекторной дорожкам датчика, размещенным на основании, предотвращается проскальзывание ролика, что повышает точность измерения перемещенийKnown USSR patent 1420346 IPC G01В 7/00, "Potentiometric displacement sensor" containing a current collector made in the form of a rolling roller with a permanent magnet located on its axis interacting with unlike poles of a rectangular permanent magnet located under the insulating base of the sensor. Due to the magnetic pressure of the roller to the resistive and low-resistance collector tracks of the sensor located on the base, the slippage of the roller is prevented, which increases the accuracy of measuring movements

Недостатком указанного устройства является его недостаточная надежность вследствие наличия механического контакта между токосъемным элементом и резистивными дорожками, в результате чего происходит быстрый износ дорожек.The disadvantage of this device is its lack of reliability due to the presence of mechanical contact between the collector element and the resistive tracks, resulting in rapid wear of the tracks.

Наиболее близким техническим решением, прототипом к предлагаемому устройству является заявка на изобретение РФ 2005 113 860. МПК G01B 7/30 (2006.01) «Бесконтактный датчик положения педали», содержащий статор датчика положения, представляющий собой программируемую интегральную схему двухосевого углового энкодера интегрированным крестообразным массивом чувствительных элементов Холла для детектирования относительно изменения магнитного поля, параллельного лицевой поверхности интегральной схемы, запаиваемой способом поверхностного монтажа на печатной плате, ротор датчика выполнен из материала, не проводящего магнитное поле, включает диаметрально намагниченный магнит, образующий рабочее параллельное магнитное поле для выравнивания в процессе сборки механически связанном с вращающим валом детектируемого объекта и имеющим возможность поворота в корпусе на угол, определенный ориентирующей лыской в установочной втулке ротора, для механической изоляции статора от движущихся механических частей и ограничения осевых перемещений ротора в датчике применяется внутренняя крышка.The closest technical solution, the prototype of the proposed device is an application for the invention of the Russian Federation 2005 113 860. IPC G01B 7/30 (2006.01) "Contactless pedal position sensor" containing a stator position sensor, which is a programmable integrated circuit of a two-axis angle encoder integrated cross-shaped array of sensitive Hall elements for detection with respect to changes in the magnetic field parallel to the front surface of the integrated circuit, sealed by surface mounting on a circuit board, the sensor rotor is made of a material that does not conduct a magnetic field, includes a diametrically magnetized magnet that forms a working parallel magnetic field for alignment during assembly mechanically connected with the rotating shaft of the detected object and having the ability to rotate in the housing by an angle defined by the orientation flat in the installation the rotor sleeve, for the mechanical isolation of the stator from moving mechanical parts and limiting the axial movements of the rotor in the sensor, an internal cover is used.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность микросхемы - датчика на основе элементов Холла, результатом чего является недостаточная точность измерений, а также недостаточная защищенность от внешних магнитных полей.The disadvantage of this device is the low sensitivity of the microcircuit - a sensor based on Hall elements, which results in insufficient measurement accuracy, as well as insufficient protection from external magnetic fields.

Целью предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы системы управления топливоподачи дизельных двигателей, упрощение настройки датчика положения рейки и снижению требований к точности изготовления деталей.The purpose of the proposed utility model is to increase the reliability of the fuel supply control system for diesel engines, simplify the adjustment of the rail position sensor and reduce the requirements for precision manufacturing of parts.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике положения рейки, представляющим собой двухкамерный корпус, исключающим попадание картерных газов и масла на печатную плату с микросхемой-датчиком, с закрепленным на нем экраном из пермаллоя, служащим защитой от внешних магнитных полей, внутри корпуса в одной камере на штоке жестко закреплен магнит, который, совместно с концентратором при движении штока создает вращающееся магнитное поле, во второй камере установлена плата с микросхемой-датчиком типа КМА200 (микросхема), являющейся программируемым датчиком угла поворота и содержащий чувствительный элемент на основе магниторезисторов, и схему обработки сигналов.This goal is achieved by the fact that in the rail position sensor, which is a two-chamber housing, eliminating the ingress of crankcase gases and oil on a printed circuit board with a sensor microcircuit, with a permalloy screen mounted on it, which serves as protection against external magnetic fields, inside the case in one chamber a magnet is rigidly fixed on the rod, which, together with the concentrator, when the rod moves creates a rotating magnetic field, in the second chamber there is a board with a KMA200 type microcircuit-sensor (microcircuit), which is a program a rotational angle sensor and containing a sensitive element based on magnetoresistors, and a signal processing circuit.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что оснащение датчика положения рейки двухкамерным корпусом, исключает попадание картерных газов и масла на печатную плату с микросхемой-датчиком типа КМА200, являющейся программируемым датчиком угла поворота и содержащий чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов, в зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняется напряжение на ее выходе, при этом данное напряжение зависит от положения магнита относительно микросхемы и следовательно от положения штока, с которым магнит жестко связан, шток под воздействием пружины находится в постоянном контакте с контролируемым объектом; диапазон измеряемого угла и нулевой угол задающиеся константами в EEPROM микросхемы и могут быть изменены после установки микросхемы в изделие, что упрощает настройку и снижает требования точности изготовления деталей датчика, кроме того, микросхема работает в режиме преобразования угла в цифровой код с возможностью диагностирования состояния микросхемы и передачи кодов ошибки во внешнее устройство, позволяющей использовать датчик в полностью цифровых системах управления дизельным двигателем.Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that equipping the rail position sensor with a two-chamber housing eliminates the penetration of crankcase gases and oil onto a printed circuit board with a KMA200 type sensor chip, which is a programmable angle sensor and contains a sensor element based on magnetoresistors and a signal processing circuit, depending on the angular orientation of the external magnetic field passing through the sensitive element of the microcircuit, the voltage at its output changes, while this voltage depends on the relative position of the magnet circuit and hence the stroke position to which the magnet is rigidly linked, the piston rod under the action of the spring is in permanent contact with the controlled object; the range of the measured angle and the zero angle are set by constants in the EEPROM microcircuit and can be changed after installing the microcircuit in the product, which simplifies the setup and reduces the accuracy requirements for manufacturing sensor parts, in addition, the microcircuit works in the mode of converting the angle into a digital code with the ability to diagnose the state of the microcircuit and transmitting error codes to an external device that allows the sensor to be used in fully digital diesel engine control systems.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», т.к. сочетание признаков описанного устройства неизвестно в технике на данном этапе. Существенные признаки заявленного объекта, а именно:Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty", because the combination of features of the described device is unknown in the art at this stage. The essential features of the claimed object, namely:

- использование микросхемы-датчика типа КМА200 представляющей собой программируемый датчик угла поворота и содержащий чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов, в зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняет напряжение на ее выходе, диапазон измеряемого угла и нулевой угол задаются константами в EEPROM микросхемы и могут быть изменены после установки микросхемы в изделие;- the use of a KMA200 type sensor microcircuit, which is a programmable rotation angle sensor and contains a sensitive element based on magnetoresistors and a signal processing circuit, depending on the angular orientation of the external magnetic field passing through the sensitive element of the microcircuit, changes the voltage at its output, the range of the measured angle and the zero angle is set by constants in the EEPROM microcircuit and can be changed after installing the microcircuit in the product;

- наличие, двухполюсного магнита, представляющего собой параллелепипед, совместно с концентратором создающего магнитное поле, воздействующего на микросхему-датчик типа КМА200;- the presence of a bipolar magnet, which is a parallelepiped, together with a hub creating a magnetic field, acting on a sensor chip type KMA200;

- наличие штока с жестко закрепленным магнитом, совершающего поступательное движение;- the presence of a rod with a rigidly fixed magnet that performs translational motion;

- наличие экрана из пермаллоя, уменьшающего влияние внешних магнитных полей на микросхему;- the presence of a permalloy screen that reduces the effect of external magnetic fields on the microcircuit;

- наличие двух камер в корпусе позволяет исключить попадание картерных газов и масла на печатную плату с микросхемой-датчиком типа КМА200 необходимы и достаточны для достижения цели.- the presence of two cameras in the housing eliminates the ingress of crankcase gases and oil on a printed circuit board with a KMA200 type sensor chip necessary and sufficient to achieve the goal.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображен датчик положения рейкиThe essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows the rail position sensor.

Датчик положения рейки содержит двухкамерный корпус 1, шток 2, магнит 3, стальной концентратор 4, микросхема-датчик типа КМА200 5 (микросхема), печатная плата 6, пружина 7, пластмассовая крышка 8 резиновая прокладка 9, резиновая крышка 10, экран из пермаллоя 11, кабель 12.The rail position sensor contains a two-chamber housing 1, a rod 2, a magnet 3, a steel hub 4, a KMA200 type 5 sensor chip (microchip), a printed circuit board 6, a spring 7, a plastic cover 8, a rubber gasket 9, a rubber cover 10, a permalloy screen 11 cable 12.

Рассмотрим работу датчика положения рейки. В корпусе 1 установлен шток 2, который связан с топливной рейкой системы управления топливоподачей дизельного двигателя. На штоке 2 жестко закреплен двухполюсный магнит 3, представляющего собой параллелепипед, который совместно с концентратором 4, при движении штока 2 с магнитом 3 создает вращающееся магнитное поле, проходящее через чувствительный элемент микросхемы-датчика КМА200 5. Микросхема-датчик типа КМА200 5 установлена на печатной плате 6. Микросхема-датчик типа КМА200 5 представляет собой программируемый датчик угла поворота и содержащий чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов. В зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняется напряжение на ее выходе. Диапазон измеряемого угла и нулевой угол задаются константами в EEPROM микросхемы и могут быть изменены после установки микросхемы в изделие. Благодаря этому упрощается настройка датчика и снижаются требования к точности изготовления деталей датчика. Кроме аналогового режима микросхема 5 работает в режиме преобразования угла в цифровой код с возможностью диагностирования состояния микросхемы и передачи кодов ошибки во внешнее устройство, что позволяет использовать датчик в полностью цифровых системах управления дизельным двигателем. Микросхема 5 полностью приспособлена к работе в подкапотном пространстве автомобиля как по рабочей температуре, так и по помехам в цепи питания, что позволяет не применять дополнительных внешних защитных элементов. Благодаря наличию пружины 7 шток 2 отслеживает перемещение топливной рейки в обеих направлениях. Корпус 1 разделен на две изолированные камеры, что позволяет исключить попадание масла на печатную плату 6 с микросхемой 5. Пластмассовая крышка 8 совместно с резиновой прокладкой 9 и резиновой крышкой 10 исключает попадание масла в камеру с печатной платой. Экран 11 выполнен из пермаллоя и служит защитой от внешних магнитных полей. Выходной разъем 12 содержит функциональные выводы используемые в процессе эксплуатации датчика.Consider the operation of the rack position sensor. A rod 2 is installed in the housing 1, which is connected to the fuel rail of the diesel engine fuel supply control system. A bipolar magnet 3, which is a parallelepiped, is fixed on the rod 2, which, together with the hub 4, when the rod 2 moves with the magnet 3, creates a rotating magnetic field passing through the sensing element of the KMA200 5 sensor chip. The KMA200 5 sensor chip is mounted on a printed circuit circuit board 6. The KMA200 5 type microcircuit sensor is a programmable angle-of-rotation sensor and contains a sensor element based on magnetoresistors and a signal processing circuit. Depending on the angular orientation of the external magnetic field passing through the sensitive element of the microcircuit, the voltage at its output changes. The range of the measured angle and the zero angle are set by constants in the EEPROM microcircuit and can be changed after installing the microcircuit in the product. This simplifies the adjustment of the sensor and reduces the requirements for precision manufacturing of sensor parts. In addition to the analog mode, the microcircuit 5 operates in the mode of converting the angle to a digital code with the ability to diagnose the state of the microcircuit and transmit error codes to an external device, which allows the sensor to be used in fully digital diesel engine control systems. Microcircuit 5 is fully adapted to work in the engine compartment of a vehicle both in operating temperature and in interference in the power supply circuit, which allows not to use additional external protective elements. Due to the presence of the spring 7, the rod 2 monitors the movement of the fuel rail in both directions. The housing 1 is divided into two insulated chambers, which eliminates the ingress of oil onto the printed circuit board 6 with the microcircuit 5. The plastic cover 8 together with the rubber gasket 9 and the rubber cover 10 prevents oil from entering the chamber with the printed circuit board. The screen 11 is made of permalloy and serves as protection against external magnetic fields. The output connector 12 contains the functional conclusions used in the operation of the sensor.

Таким образом, оснащение датчика положения рейки двухкамерным корпусом, исключает попадание картерных газов и масла на печатную плату с Thus, equipping the rail position sensor with a two-chamber housing eliminates the ingress of crankcase gases and oil onto a printed circuit board with

микросхемой-датчиком типа КМА200, являющейся программируемым датчиком угла поворота и содержит чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов, в зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняет напряжение на ее выходе, зависящее от положения магнита относительно микросхемы, следовательно, от положения штока, с которым магнит жестко связан, шток под воздействием пружины находится в постоянном контакте с контролируемым объектом; диапазон измеряемого угла и нулевой угол задаются константами в EEPROM микросхемы и могут быть изменены после установки микросхемы в изделие, упрощается настройка и снижаются требования к точности изготовления деталей. Микросхема-датчик типа КМА200 полностью приспособлена к работе в подкапотном пространстве автомобиля как по рабочей температуре, так и по помехам в цепи питания, что позволяет не применять дополнительных внешних защитных элементов.KMA200 type sensor microcircuit, which is a programmable angle sensor and contains a sensor element based on magnetoresistors and a signal processing circuit, depending on the angular orientation of the external magnetic field passing through the sensor element, changes the voltage at its output, depending on the position of the magnet relative to the chip therefore, from the position of the rod, with which the magnet is rigidly connected, the rod is in constant contact with the controlled object under the influence of the spring; the range of the measured angle and the zero angle are set by constants in the EEPROM of the microcircuit and can be changed after the microcircuit is installed in the product, the setup is simplified and the requirements for precision manufacturing of parts are reduced. The KMA200 type sensor chip is fully adapted to work in the engine compartment of a vehicle both in operating temperature and in interference in the power circuit, which eliminates the need for additional external protective elements.

Claims (1)

Датчик положения рейки, содержащий двухкамерный корпус, внутри которого в одной камере на штоке установлен магнит с пружиной, во второй камере установлена плата с микросхемой-датчиком и концентратором, отличающийся тем, что использующий двухкамерный корпус исключает попадание картерных газов и масла на печатную плату с микросхемой-датчиком типа КМА200, являющейся программируемым датчиком угла поворота и содержащий чувствительный элемент на основе магниторезисторов и схему обработки сигналов, в зависимости от угловой ориентации внешнего магнитного поля, проходящего через чувствительный элемент микросхемы, меняется напряжение на ее выходе, зависящее от положения магнита относительно микросхемы и штока, с которым магнит жестко связан, под воздействием пружины находящихся в постоянном контакте с контролируемым объектом, диапазон измеряемого угла и нулевой угол, задающиеся константами в EEPROM микросхемы, и могут быть изменены после установки микросхемы в изделие, в результате чего упрощается настройка и снижаются требования точности изготовления деталей датчика, кроме того, микросхема работает в режиме преобразования угла в цифровой код с возможностью диагностирования состояния микросхемы и передачи кодов ошибки во внешнее устройство, позволяющей использовать датчик в полностью цифровых системах управления дизельным двигателем.

A rail position sensor containing a two-chamber housing, inside of which a magnet with a spring is mounted in one chamber on the rod, a circuit board with a sensor microcircuit and a hub is installed in the second chamber, characterized in that using a two-chamber housing eliminates the entry of crankcase gases and oil onto the printed circuit board with the microcircuit -mode KMA200, which is a programmable angle sensor and contains a sensor element based on magnetoresistors and a signal processing circuit, depending on the angular orientation externally of the magnetic field passing through the sensitive element of the microcircuit, the voltage at its output varies, depending on the position of the magnet relative to the microcircuit and the rod with which the magnet is rigidly connected, under the influence of a spring in constant contact with the controlled object, the range of the measured angle and zero angle are constants in the EEPROM microcircuit, and can be changed after installing the microcircuit in the product, as a result of which setup is simplified and the accuracy requirements for manufacturing sensor parts are reduced, except Wow, the chip operates in the transformation angle into a digital code with the ability to diagnose the state of the chip and the transmission error codes to an external device, which allows to use the sensor in all-digital diesel engine management systems.