Наиболее распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим магнитным потоком. Принцип действия такого датчика заключается в изменении магнитного сопро­тивления магнитной цепи, а следовательно, и магнитного потока в ней, при изме­нении зазора с помощью ферромагнитного зубчатого ротора (коммутатора).

На рис. А.27 показана принципиальная схема магнитоэлектрического датчика коммутаторного типа. При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соот­ветствии с законом электромагнитной индукции возникает переменное напряжение с частотой, соответствующей частоте вращения зубчатого ротора.

Рисунок А.27 – Принципиальная схема коммутаторного датчика и осциллограмма выходного сигнала

Напряжение определяется по формуле:

 ,

где k — коэффициент, зависящий от характеристик магнитной цепи; w — количе­ство витков обмотки; n — частота вращения зубчатого ротора; — изменение потока Ф в зависимости от угла поворота ά.

Когда зубцы ротора 4 приближаются к полюсам 5 статора, в обмотках 2, вклю­ченных последовательно и согласованно, нарастает напряжение £/„„,. При совпаде­нии фронтов зубцов ротора с полюсами статора (со средней их линией) напряже­ние  достигает максимума, затем быстро меняет знак и при удалении зубцов увеличивается в противоположном направлении снова до максимума. Такие дат­чики еще и по настоящее время применяются в распределителях зажигания, в ко­торых зубчатый ротор устанавливается на распределительный валик и изготавли­вается из мягкой стали. Число зубцов зависит от числа цилиндров двигателя. Не­обходимое магнитное поле создают постоянные магниты 1.

Интересно отметить, что в данной симметричной магнитной системе для каж­дого положения ротора обеспечивается усредненное значение зазора 3, за счет чего компенсируются погрешности изготовления отдельных деталей и биение ротора.

Датчики на эффекте Холла

Благодаря развитию микроэлектроники широкое распространение получили датчики углового положения на эффекте Холла. Эффект Холла возникает в плос­кой полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока. Если поместить пластинчатый элемент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток / через плас­тину в продольном направлении, то в поперечном направлении между противопо­ложными гранями пластины возникнет ЭДС Холла:

Ех = kIB/h,

где k— постоянная Холла, м²/А.

Чувствительность элемента Холла зависит от соотношения между длиной и шириной пластины и повышается при уменьшении ее толщины. Для пленки тол­щина h достигает 10^{-6 м, для пластины из полупроводникового кристалла — 10-4 м. Для изготовления элементов Холла используются германий, кремний, арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).}

Электродвижущая сила самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние электромагнит­ных помех. Конструктивно элемент Холла и преобразовательная схема, содержа­щая усилитель, пороговый элемент, выходной каскад и стабилизатор напряжения, выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой.

Такие интегральные схемы (ИС) с датчиками Холла выпускаются дискретными и аналоговыми. Дискретные ИС применяются в датчиках относительного положе­ния и скорости. Аналоговые — в датчиках абсолютного положения вместо контак­тных потенциометрических. Дискретные датчики Холла, работающие в условиях подкапотного пространства, имеют погрешность менее 0,5% и используются, как правило, в качестве датчиков положения коленчатого или распределительного ва­лов, в системах зажигания. Описание конструкции и принципа действия датчика-распределителя зажигания на эффекте Холла см. в [3].

Выходное напряжение аналоговых датчиков Холла пропорционально магнит­ной индукции поля и напряжению питания, что упрощает их сопряжение с АЦП. На практике для определения углового положения может применяться аналоговый датчик Холла, конструкция которого показана на рис. А.28. При повороте кольце­вого магнита относительно статоров, между которыми размещен датчик Холла, выходное напряжение датчика меняется. В диапазоне 150° характеристика линей­на, погрешность преобразования менее 1%. В подобных датчиках нет трущихся ча­стей, кроме подшипников, они безинерционны и имеют высокую надежность.

Рисунок А.28 – Датчик абсолютного углового положения с чувствительным элементом Холла

Однако стоимость аналоговых датчиков Холла высокая, кроме того, на их чув­ствительность влияет температура (порядок 0,001/°С). Стоимость — очень суще­ственный фактор для автомобильных датчиков, поэтому в датчиках Холла приме­няются более дешевые магнитные материалы с низкой температурной стабильно­стью: ферриты и сплавы AlNiCo (0,002...0,02/°С). Приходится вводить внешние компенсирующие элементы, программировать характеристики датчика через ин­терфейс.