基本介紹
簡介,分類,接觸式感測器,霍爾感測器,套用,直流無刷電機,曲軸與凸輪軸,
簡介
位置感測器（position sensor），能感受被測物的位置並轉換成可用輸出信號的感測器。它能感受被測物的位置並轉換成可用輸出信號的感測器。國內主要廠商有OTRON品牌。
分類
位置感測器可用來檢測位置，反映某種狀態的開關，和位移感測器不同，位置感測器有接觸式和接近式兩種。
接觸式感測器
接觸式感測器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關、二維矩陣式位置感測器等。行程開關結構簡單、動作可靠、價格低廉。當某個物體在運動過程中，碰到行程開關時，其內部觸頭會動作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關，則可以控制移動範圍。二維矩陣式位置感測器安裝於機械手掌內側，用於檢測自身與某個物體的接觸位置。
接近開關是指當物體與其接近到設定距離時就可以發出“動作”信號的開關，它無需和物體直接接觸。接近開關有很多種類，主要有電磁式、光電式、差動變壓器式、電渦流式、電容式、乾簧管、霍爾式等。接近開關在數控工具機上的套用主要是刀架選刀控制、工作檯行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。
霍爾感測器
霍爾感測器是利用霍爾現象製成的感測器。將鍺等半導體置於磁場中，在一個方向通以電流時，則在垂直的方向上會出現電位差，這就是霍爾現象。將小磁體固定在運動部件上，當部件靠近霍爾元件時，便產生霍爾現象，從而判斷物體是否到位。
套用
直流無刷電機
位置感測器是組成無刷直流電動機系統的三大部分之一，也是區別於有刷直流電動機的主要標誌。其作用是檢測主轉子在運動過程中的位置，將轉子磁鋼磁極的位置信號轉換成電信號，為邏輯開關電路提供正確的換相信息，以控制它們的導通與截止，使電動機電樞繞組中的電流隨著轉子位置的變化按次序換向，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，驅動永磁轉子連續不斷地旋轉。
直流無刷電機需要位置感測器來測量轉子的位置，電機控制器通過接受位置感測器信號來讓逆變器換相與轉子同步來驅動電機持續運轉。儘管直流無刷電機也可以通過定子繞組產生的反感生電動勢來檢測轉子的位置，而省去位置感測器，但是電機啟動時，轉速太小，反感生電動勢信號太小而無法檢測。
可以用作直流無刷電機位置感測器的霍爾感測器晶片分為開關型和鎖定型兩種。對於電動腳踏車電機，這兩種霍爾感測器晶片都可以用來精確測量轉子磁鋼的位置。用這兩種霍爾感測器晶片製作的直流無刷電機的性能，包括電機的輸出功率、效率和轉矩等沒有任何差別，並可以兼容相同的電機控制器。
位置感測器的套用，降低電機運行的噪音、提高電機的壽命與性能，同時達到降低耗能的效果。位置感測器的套用無疑給電機市場的發展提供了強大的推動力。
可以用作直流無刷電機位置感測器的霍爾感測器晶片分為開關型和鎖定型兩種。對於電動腳踏車電機，這兩種霍爾感測器晶片都可以用來精確測量轉子磁鋼的位置。用這兩種霍爾感測器晶片製作的直流無刷電機的性能，包括電機的輸出功率、效率和轉矩等沒有任何差別，並可以兼容相同的電機控制器。
位置感測器的套用，降低電機運行的噪音、提高電機的壽命與性能，同時達到降低耗能的效果。位置感測器的套用無疑給電機市場的發展提供了強大的推動力。
曲軸與凸輪軸
曲軸位置感測器(Crankshaft Position Sensor，CPS)又稱為發動機轉速與曲軸轉角感測器，其功用是採集曲軸轉動角度和發動機轉速信號，並輸入電子控制單元(ECu)，以便確定點火時刻和噴油時刻。
凸輪軸位置感測器(Camshaft Position Sensor，CPS)又稱為氣缸識別感測器(Cylinder Identification Sensor，CIS)，為了區別於曲軸位置感測器(CPS)，凸輪軸位置感測器一般都用CIS表示。凸輪軸位置感測器的功用是採集配氣凸輪軸的位置信號，並輸入ECU，以便ECU識彆氣缸1壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號還用於發動機起動時識別出第一次點火時刻。因為凸輪軸位置感測器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到達上止點，所以稱為氣缸識別感測器。
光電式曲軸與凸輪軸位置感測器
(1)結構特點
日產公司生產的光電式曲軸與凸輪軸位置感測器是由分電器改進而成的，主要由信號盤(即信號轉子)、信號發生器、配電器、感測器殼體和線束插頭等組成。
信號盤是感測器的信號轉子，壓裝在感測器軸上，如圖2-22所示。在靠近信號盤的邊緣位置製作有均勻間隔弧度的內、外兩圈透光孔。其中，外圈製作有360個透光孔(縫隙)，間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，用於產生曲軸轉角與轉速信號；內圈製作有6個透光孔(長方形孑L)，間隔弧度為60。，用於產生各個氣缸的上止點信號，其中有一個長方形的寬邊稍長，用於產生氣缸1的上止點信號。
信號發生器固定在感測器殼體上，它由Ne信號(轉速與轉角信號)發生器、G信號(上止點信號)發生器以及信號處理電路組成。Ne信號與G信號發生器均由一個發光二極體(LED)和一個光敏電晶體(或光敏二極體)組成，兩個LED分別正對著兩個光敏電晶體。
(2)工作原理
光電式感測器的工作原理如圖2-22所示。信號盤安裝在發光二極體(LED)與光敏電晶體(或光敏二極體)之間。當信號盤上的透光孔旋轉到LED與光敏電晶體之間時，LED發出的光線就會照射到光敏電晶體上，此時光敏電晶體導通，其集電極輸出低電平(0．1～O．3V)；當信號盤上的遮光部分旋轉到LED與光敏電晶體之間時，LED發出的光線就不能照射到光敏電晶體上，此時光敏電晶體截止，其集電極輸出高電平(4．8～5．2V)。
如果信號盤連續旋轉，透光孔和遮光部分就會交替地轉過LED而透光或遮光，光敏電晶體集電極就會交替地輸出高電平和低電平。當感測器軸隨曲軸和配氣凸輪軸轉動時，信號盤上的透光孔和遮光部分便從LED與光敏電晶體之間轉過，LED發出的光線受信號盤透光和遮光作用就會交替照射到信號發生器的光敏電晶體上，信號感測器中就會產生與曲軸位置和凸輪軸位置對應的脈衝信號。
由於曲軸旋轉兩轉，感測器軸帶動信號盤旋轉一圈，因此，G信號感測器將產生6個脈衝信號。Ne信號感測器將產生360個脈衝信號。因為G信號透光孔間隔弧度為60。，曲軸每旋轉120。就產生一個脈衝信號，所以通常G信號稱為120。信號。設計安裝保證120。信號在上止點前70。(BTDC70。)時產生，且長方形寬邊稍長的透光孔產生的信號對應於發動機氣缸1上止點前70。，以便ECU控制噴油提前角與點火提前角。因為Ne信號透光孔間隔弧度為1。(透光孔占0．5。，遮光孔占0．5。)，所以在每一個脈衝周期中，高、低電平各占1。曲軸轉角，360個信號表示曲軸旋轉720。。曲軸每旋轉120。，G信號感測器產生一個信號，Ne信號感測器產生60個信號。
磁感應式曲軸與凸輪軸位置感測器
磁感應式感測器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過的路徑為永久磁鐵N極一定子與轉子間的氣隙一轉子凸齒一轉子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導磁板一永久磁鐵S極。當信號轉子旋轉時，磁路中的氣隙就會周期性地發生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發生周期性變化。根據電磁感應原理，感測線圈中就會感應產生交變電動勢。
當信號轉子按順時針方向旋轉時，轉子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通量φ增多，磁通變化率增大(dφ/dt>0)，感應電動勢E為正(E>0)，如圖2-24中曲線abc所示。當轉子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量φ急劇增多，磁通變化率最大[dφ/dt=(dφ/dt)max]，感應電動勢E最高(E=Emax)，如圖2-24中曲線b點所示。轉子轉過b點位置後，雖然磁通量φ仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應電動勢E降低。
當轉子旋轉到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時(見圖2-24b)，雖然轉子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量φ最大，但是由於磁通量不可能繼續增加，磁通變化率為零，因此感應電動勢E為零，如圖2-24中曲線c點所示。
當轉子沿順時針方向繼續旋轉，凸齒離開磁頭時(見圖2-23c)，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量φ減少(dφ/dt< 0)，所以感應電動勢E為負值，如圖2-24中曲線cda所示。當凸齒轉到將要離開磁頭邊緣時，磁通量φ急劇減少，磁通變化率達到負向最大值[dφ/df=-(dφ/dt)max]，感應電動勢E也達到負向最大值(E=-Emax)，如圖2-24中曲線上d點所示。
由此可見，信號轉子每轉過一個凸齒，感測線圈中就會產生一個周期性交變電動勢，即電動勢出現一次最大值和一次最小值，感測線圈也就相應地輸出一個交變電壓信號。磁感應式感測器的突出優點是不需要外加電源，永久磁鐵起著將機械能變換為電能的作用，其磁能不會損失。當發動機轉速變化時，轉子凸齒轉動的速度將發生變化，鐵心中的磁通變化率也將隨之發生變化。轉速越高，磁通變化率就越大，感測線圈中的感應電動勢也就越高。轉速不同時，磁通和感應電動勢的變化情況如圖2-24所示。
由於轉子凸齒與磁頭間的氣隙直接影響磁路的磁阻和感測線圈輸出電壓的高低，因此在使用中，轉子凸齒與磁頭間的氣隙不能隨意變動。氣隙如有變化，必須按規定進行調整，氣隙一般設計在0．2～0．4mm範圍內。
捷達、桑塔納轎車磁感應式曲軸位置感測器
1)曲軸位置感測器結構特點：捷達AT和GTX、桑塔納2000GSi型轎車的磁感應式曲軸位置感測器安裝在曲軸箱內靠近離合器一側的缸體上，主要由信號發生器和信號轉子組成，如圖2-25所示。
信號發生器用螺釘固定在發動機缸體上，由永久磁鐵、感測線圈和線束插頭組成。感測線圈又稱為信號線圈，永久磁鐵上帶有一個磁頭，磁頭正對安裝在曲軸上的齒盤式信號轉子，磁頭與磁軛(導磁板)連線而構成導磁迴路。
信號轉子為齒盤式，在其圓周上均勻間隔地製作有58個凸齒、57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準信號，對應發動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。所以信號轉子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉角為360。
2)曲軸位置感測器工作情況：當曲軸位置感測器隨曲軸旋轉時，由磁感應式感測器工作原理可知，信號轉子每轉過一個凸齒，感測線圈中就會產生一個周期性交變電動勢(即電動勢出現一次最大值和一次最小值)，線圈相應地輸出一個交變電壓信號。因為信號轉子上設有一個產生基準信號的大齒缺，所以當大齒缺轉過磁頭時，信號電壓所占的時間較長，即輸出信號為一寬脈衝信號，該信號對應於氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。電子控制單元(ECU)接收到寬脈衝信號時，便可知道氣缸1或氣缸4上止點位置即將到來，至於即將到來的是氣缸1還是氣缸4，則需根據凸輪軸位置感測器輸入的信號來確定。由於信號轉子上有58個凸齒，因此信號轉子每轉一圈(發動機曲軸轉一圈)，感測線圈就會產生58個交變電壓信號輸入電子控制單元。
每當信號轉子隨發動機曲軸轉動一圈，感測線圈就會向電子控制單元(ECU)輸入58個脈衝信號。因此，ECU每接收到曲軸位置感測器58個信號，就可知道發動機曲軸旋轉了一圈。如果在1min內ECU接收到曲軸位置感測器116000個信號，ECU便可計算出曲軸轉速n為2000(n=116000/58=2000)r/rain；如果ECU每分鐘接收到曲軸位置感測器290000個信號，ECU便可計算出曲軸轉速為5000(n=290000/58=5000)r/min。依此類推，ECU根據每分鐘接收曲軸位置感測器脈衝信號的數量，便能計算出發動機曲軸旋轉的轉速。發動機轉速信號和負荷信號是電子控制系統最重要、最基本的控制信號，ECU根據這兩個信號就能計算出基本噴油提前角(時間)、基本點火提前角(時間)和點火導通角(點火線圈一次電流接通時間)三個基本控制參數。
捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車磁感應式曲軸位置感測器信號轉子上大齒缺產生的信號為基準信號，ECU控制噴油時間和點火時間是以大齒缺產生的信號為基準進行控制的。當ECu接收到大齒缺產生的信號後，再根據小齒缺信號來控制點火時間、噴油時間和點火線圈一次電流接通時間(即導通角)。
3)豐田轎車TCCS磁感應式曲軸與凸輪軸位置感測器
豐田計算機控制系統(1FCCS)採用的磁感應式曲軸與凸輪軸位置感測器由分電器改進而成，由上、下兩部分組成。上部分為檢測曲軸位置基準信號(即氣缸識別與上止點信號，稱為G信號)發生器；下部分為曲軸轉速與轉角信號(稱為Ne信號)發生器。
a)Ne信號發生器的結構特點：Ne信號發生器安裝在G信號發生器的下面，主要由No．2信號轉子、Ne感測線圈和磁頭組成，如圖2-26a所示。信號轉子固定在感測器軸上，感測器軸由配氣凸輪軸驅動，軸的上端套裝分火頭，轉子外製有24個凸齒。感測線圈及磁頭固定在感測器殼體內，磁頭固定在感測線圈中。
b)轉速與轉角信號的產生原理與控制過程：當發動機曲軸旋轉時，配氣凸輪軸便驅動感測器信號轉子旋轉，轉子凸齒與磁頭間的氣隙交替發生變化，感測線圈的磁通隨之交替發生變化，由磁感應式感測器工作原理可知，在感測線圈中就會感應產生交變電動勢，信號電壓的波形如圖2-26b所示。因為信號轉子有24個凸齒，所以轉子旋轉一圈，感測線圈就會產生24個交變信號。感測器軸每轉一圈(360。)相當於發動機曲軸旋轉兩圈(720。)，所以一個交變信號(即一個信號周期)相當於曲軸旋轉30。(720。÷24=30。)，相當於分火頭旋轉15。(30。÷2=15。)。ECU每接收Ne信號發生器24個信號，即可知道曲軸旋轉了兩圈、分火頭旋轉了一圈。ECU內部程式根據每個Ne信號周期所占時間，即可計算確定發動機曲軸轉速和分火頭轉速。為了精確控制點火提前角和噴油提前角，還需將每個信號周期所占的曲軸轉角(30。角)分得更小。微機完成這一工作十分方便，由分頻器將每個Ne信號(曲軸轉角30。)等分成30個脈衝信號，每個脈衝信號就相當於曲軸轉角1。(30。÷30=1。)。如將每個Ne信號等分成60個脈衝信號，則每個脈衝信號相當於曲軸轉角0．5。(30。÷60=0．5。)。具體設定由轉角精度要求和程式設計確定。
c)G信號發生器的結構特點：G信號發生器用來檢測活塞上止點位置與判別是哪一個氣缸即將到達上止點位置等基準信號。故G信號發生器又稱為氣缸識別與上止點信號發生器或基準信號發生器。G信號發生器由No．1信號轉子、感測線圈G1、G2和磁頭等組成。信號轉子帶有兩個凸緣，固定在感測器軸上。感測線圈G1、G2相隔180。安裝，G1線圈產生的信號對應於發動機第六缸壓縮上止點前10。、G2線圈產生的信號對應於發動機第一缸壓縮上止點前lO。。
d)氣缸識別與上止點信號的產生原理與控制過程：G信號發生器的工作原理與Ne信號發生器產生信號的原理相同。當發動機凸輪軸驅動感測器軸旋轉時，G信號轉子(No．1信號轉子)的凸緣便交替經過感測線圈的磁頭，轉子凸緣與磁頭之間的氣隙交替發生變化，在感測線圈Gl、G2中就會感應產生交變電動勢信號。當G信號轉子的凸緣部分接近感測線圈G1的磁頭時，由於凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此感測線圈G1中產生正向脈衝信號，稱為G1信號；當G信號轉子的凸緣部分接近感測線圈G2時，由於凸緣與磁頭之間的氣隙減小、磁通量增大、磁通變化率為正，因此感測線圈G2中也產生正向脈衝信號，稱為G2信號。當G信號轉子的凸緣部分經過G1、G2的磁頭時，由於凸緣與磁頭之間的氣隙不變、磁通量不變、磁通變化率為零，因此感測線圈G1、G2中的感應電動勢均為零。當G信號轉子的凸緣部分離開G1、G2的磁頭時，由於凸緣與磁頭之間的氣隙增大、磁通量減小、磁通變化率為負，因此感測線圈G1、G2中將感應產生負向交變電動勢信號。感測器每轉一圈(360。)相當於曲軸轉兩圈(720。)，因為感測線圈G1、G2相隔180。安裝，所以G1、G2中各產生一個正向脈衝信號。其中G1信號對應於發動機第六缸，用來檢測第六缸上止點的位置；G2信號對應於第一缸，用來檢測第一缸上止點的位置。電子控制單元檢測的對應位置實際上是G轉子凸緣的前端接近並與感測線圈G1、G2的磁頭對齊時刻(此時磁通量最大、信號電壓為零)的位置，該位置對應於活塞壓縮上止點前10。(BT-DCl0。)位置。
霍爾式曲軸與凸輪軸位置感測器
(1)霍爾式感測器的結構與工作原理
霍爾式曲軸與凸輪軸位置感測器及其他形式的霍爾式感測器都是根據霍爾效應製成的感測器。
1)霍爾效應：霍爾效應(Hall Effect)是美國約翰霍普金斯大學物理學家霍爾博士(Dr．E．H．Hall)於1879年首先發現的。他發現把一個通有電流I的長方體形白金導體垂直於磁力線放入磁感應強度為B的磁場中時(見圖2-27)，在白金導體的兩個橫向側面上就會產生一個垂直於電流方向和磁場方向的電壓UH，當取消磁場時，電壓立即消失。該電壓後來稱為霍爾電壓，UH與通過白金導體的電流I和磁感應強度B成正比，即(見下頁）
利用霍爾效應製成的元件稱為霍爾元件，利用霍爾元件製成的感測器稱為霍爾式感測器。利用霍爾效應不僅可以通過接通和切斷磁場來檢測電壓，而且可以檢測導線中流過的電流，因為導線周圍的磁場強弱與流過導線的電流成正比關係。20世紀80年代以來，汽車上套用的霍爾式感測器與日劇增，主要原因在於霍爾式感測器有兩個突出優點：一是輸出電壓信號近似於方波信號；二是輸出電壓高低與被測物體的轉速無關。霍爾式感測器與磁感應式感測器不同的是需要外加電源。
2)霍爾式感測器基本結構：霍爾式感測器主要由觸發葉輪、霍爾積體電路、導磁鋼片(磁軛)與永久磁鐵等組成。觸發葉輪安裝在轉子軸上，葉輪上制有葉片(在霍爾式點火系統中，葉片數與發動機氣缸數相等)。當觸發葉輪隨轉子軸一同轉動時，葉片便在霍爾積體電路與永久磁鐵之間轉動。霍爾積體電路由霍爾元件、放大電路、穩壓電路、溫度補償電路、信號變換電路和輸出電路等組成。
3)霍爾式感測器工作原理：當感測器軸轉動時，觸發葉輪的葉片便從霍爾積體電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過：當葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經霍爾積體電路和導磁鋼片構成迴路，此時霍爾元件產生電壓(UH=1．9～2．0V)，霍爾積體電路輸出級的電晶體導通，感測器輸出的信號電壓U0為低電平(實測表明：當電源電壓Ucc=14．4V或5V時，信號電壓U0=0．1～0．3 V)。
當葉片進入氣隙時，霍爾積體電路中的磁場被葉片旁路，霍爾電壓UH為零，積體電路輸出級的電晶體截止，感測器輸出的信號電壓U0為高電平(實測表明：當電源電壓Ucc=14．4V時，信號電壓U0=9．8 V；當電源電壓Ucc=5V時，信號電壓U0=4．8 V)。
(2)捷達、桑塔納轎車霍爾式凸輪軸位置感測器
1)結構特點：捷達AT和GTx、桑塔納2000GSi型轎車採用的霍爾式凸輪軸位置感測器安裝在發動機進氣凸輪軸的一端，結構如圖2-28所示。它主要由霍爾信號發生器和信號轉子組成。信號轉子又稱為觸發葉輪，安裝在進氣凸輪軸上，．用定位螺栓和座圈定位固定。信號轉子的隔板又稱為葉片，在隔板上制有一個視窗，視窗對應產生的信號為低電平信號，隔板(葉片)對應產生的信號為高電平信號。霍爾式信號發生器主要由霍爾積體電路、永久磁鐵和導磁鋼片等組成。霍爾元件用矽半導體材料製成，與永久磁鐵之間留有0．2～0．4mm的間隙，當信號轉子隨進氣凸輪軸一同轉動時，隔板和視窗便從霍爾積體電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過。
該感測器接線插座上有三個引線端子，端子1為感測器電源正極端子，與控制單元端子62連線：端子2為感測器信號輸出端子，與控制單元端子76連線：端子3為感測器電源負極端子，與控制單元端子67連線。
2)工作情況：由霍爾式感測器工作原理可知，當隔板(葉片)進入氣隙(即在氣隙內)時，霍爾元件不產生電壓，感測器輸出高電平(5V)信號；當隔板(葉片)離開氣隙(即視窗進入氣隙)時，霍爾元件產生電壓。感測器輸出低電平信號(0．1V)。凸輪軸位置感測器輸出的信號電壓與曲軸位置感測器輸出的信號電壓之間的關係如圖2-29所示。發動機曲軸每轉兩圈(720。)，霍爾式感測器信號轉子就轉過一圈(360。)，對應產生一個低電平信號和一個高電平信號，其中低電平信號對應於氣缸1壓縮上止點前一定角度。
發動機工作時，磁感應式曲軸位置感測器(CPS)和霍爾式凸輪軸位置感測器(CIS)產生的信號電壓不斷輸入電子控制單元(ECU)。當ECU同時接收到曲軸位置感測器大齒缺對應的低電平(15。)信號和凸輪軸位置感測器視窗對應的低電平信號時，便可識別出此時為氣缸1活塞處於壓縮行程、氣缸4活塞處於排氣行程，並根據曲軸位置感測器小齒缺對應輸出的信號控制點火提前角。電子控制單元識別出氣缸1壓縮上止點位置後，便可進行順序噴油控制和各缸點火時刻控制。
如果發動機產生了爆燃，電子控制單元還能根據爆燃感測器輸入的信號判別出是哪一個缸產生了爆燃，從而減小點火提前角，以便消除爆燃。
差動霍爾式曲軸位置感測器
切諾基(Cherokee)吉普車與紅旗CA7220E型轎車採用了差動霍爾式曲軸位置感測器，其凸輪軸位置感測器均為普通霍爾式感測器。
(1)差動霍爾式感測器結構特點
差動霍爾式感測器又稱為雙霍爾式感測器，其結構與磁感應式感測器相似，如圖2-30a所示。它由帶凸齒的信號轉子和霍爾信號發生器組成。差動霍爾式感測器的工作原理與普通霍爾式感測器相同。根據霍爾式感測器的工作原理。當發動機飛輪上的齒缺與凸齒轉過差動霍爾電路的兩個探頭時，齒缺或凸齒與霍爾探頭之間的氣隙就會發生變化，磁通量隨之變化，在感測器的霍爾元件中就會產生交變電壓信號，如圖2-30b所示。其輸出電壓由兩個霍爾信號電壓疊加而成。因為輸出信號為疊加信號，所以轉子凸齒與信號發生器之間的氣隙可以增大到(1±0．5)mm(普通霍爾式感測器僅為0．2～0．4mm)，因而便可將信號轉子製成像磁感應式感測器轉子一樣的齒盤式結構，其突出優點是信號轉子便於安裝。在汽車上，一般將凸齒轉子裝在發動機曲軸上或將發動機飛輪作為感測子。
器的信號轉
(2)切諾基吉普車差動霍爾式曲軸位置感測器
1)結構特點：切諾基吉普車2．5L(四缸)、4．0L(六缸)電子控制燃油噴射式發動機採用了差動霍爾電路的霍爾式曲軸位置感測器。它安裝在變速器殼體上。該感測器向ECu提供發動機轉速與曲軸位置(轉角)信號，作為計算噴油時刻和點火時刻的重要依據之一。
2．5L四缸電子控制發動機的飛輪上制有8個齒缺，如圖2-31a所示。8個齒缺分成兩組，每4個齒缺為一組，兩組之間相隔角度為180。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度為20。。4．0L六缸電子控制發動機的飛輪上制有12個齒缺，如圖2．3lb所示。12個齒缺分成三組，每4個齒缺為一組，相鄰兩組之間相隔角度為120。，同一組中相鄰兩個齒缺之間間隔角度也為20。
2)工作情況：飛輪上的每一組齒缺轉過霍爾探頭時，感測器就會產生一組共4個脈衝信號。其中，四缸發動機每轉一圈產生兩組共8個脈衝信號；六缸發動機每轉一圈產生三組共12個脈衝信號。
對於四缸發動機，ECU每接收到8個信號，即可知道曲軸旋轉了一轉，再根據接收8個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉速。對於六缸發動機，ECU每接收到12個信號，即可知道曲軸旋轉了一轉，再根據接收12個信號所占用的時間，就可計算出曲軸轉速。
電子控制單元控制噴油和點火時，都有一定的提前角，因此需要知道活塞接近上止點的位置。切諾基吉普車在每組信號輸入ECU時，可以知道有兩個氣缸的活塞即將到達上止點位置。 例如，在四缸發動機控制系統中，利用一組信號，ECU可知氣缸1、4活塞接近上止點；利用另一組信號可知氣缸2、3活塞接近上止點。在六缸發動機控制系統中。利用一組信號，可知氣缸1與6、2與5、3與4活塞接近上止點。由於第4個齒缺產生的脈衝下降沿對應於壓縮上止點前4。(BTDC4。)，因此第1個齒缺產生的脈衝信號下降沿對應於壓縮上止點前64。(BT-DC64。)，如圖2-32所示。當氣缸1、4對應的第1個脈衝下降沿到來時，ECU即可知道此時氣缸1、4活塞位於壓縮上止點前64。(BTDC64。)，從而便可控制噴油提前角和點火提前角。但是，僅有曲軸轉角信號，ECU還不能確定是哪一個缸位於壓縮行程，哪一個缸位於排氣行程，為此還需要一個氣缸判別信號(即需要一隻凸輪軸位置感測器)。
(3)切諾基吉普車霍爾式凸輪軸位置感測器
1)結構特點：切諾基吉普車發動機控制系統的氣缸判別信號由霍爾式凸輪軸位置感測器提供，該感測器又稱為同步信號感測器，安裝在分電器內，主要由脈衝環(信號轉子)、霍爾信號發生器組成。
脈衝環上制有凸起的葉片，占180。分電器軸轉角(相當於360。曲軸轉角)。沒有葉片的部分也占180。分電器軸轉角(360。曲軸轉角)。脈衝環安裝在分電器軸上，隨分電器軸一同轉動。
2)工作情況：當脈衝環上的葉片進入信號發生器時，感測器輸出高電平(5V)；當脈衝環上的葉片離開信號發生器時，感測器輸出低電平(0V)。分電器軸轉一圈，感測器輸出一個高電平和一個低電平，高、低電平各占180。分電器軸轉角(分別相當於360。曲軸轉角)。同步信號的波形如圖2-32所示。
當脈衝環的葉片前沿進入信號發生器、感測器輸出高電平(5V)時，對於四缸發動機，表示氣缸1、4活塞即將到達上止點，其中氣缸1活塞位於壓縮行程，氣缸4活塞位於排氣行程；對於六缸發動機，表示氣缸3、4活塞即將到達上止點，其中氣缸4活塞位於壓縮行程，氣缸3活塞位於排氣行程。
當脈衝環的葉片後沿進入信號發生器、感測器輸出低電平(0V)時，對於四缸發動機，表示即將到達上止點的仍然是氣缸1、4活塞，其中氣缸4活塞位於壓縮行程，氣缸1活塞位於排氣行程；對於六缸發動機，表示氣缸3活塞位於壓縮行程，氣缸4活塞位於排氣行程。
利用凸輪軸位置感測器判別出是哪一個氣缸即將到達排氣上止點之後，ECU根據曲軸位置感測器信號，即可控制噴油提前角和點火提前角。
設某一時刻的噴油提前角為上止點前64。(BTI)C64。)，當凸輪軸位置感測器脈衝環的葉片進入信號發生器、感測器輸出高電平(5V)時，ECU判定四缸發動機的氣缸4活塞位於排氣行程(六缸發動機的氣缸3活塞位於排氣行程)，此時ECU在接收到曲軸位置感測器(CPS)第一個脈衝信號的下降沿(BTDC64。)時，向噴油器發出噴油信號，從而實現提前64。噴油。在凸輪軸位置感測器輸出高電平(5V))時，ECU還判定四缸發動機的氣缸1活塞(六缸發動機氣缸4活塞)位於壓縮行程，此時ECU根據曲軸位置感測器CPS信號和點火提前角計算值，在活塞運行到上止點前點火提前角度時，向點火控制器發出點火指令，控制火花塞點火，實現點火提前。
利用凸輪軸位置感測器對兩個氣缸的位置判定作為參考點，即可按照四缸發動機1—3—4—2(六缸發動機l一5—3—6—2—4)的工作順序，對各個氣缸進行提前噴油與提前點火控制。
(4)紅旗CA7720E型轎車差動霍爾式曲軸位置感測器
紅旗CA7220E型轎車CA488．3型發動機上裝備的SIMOS4S3型電子控制燃油噴射系統採用的差動霍爾式曲軸位置感測器由信號轉子與信號發生器組成。信號轉子為齒盤式，安裝在變速器殼體前端，它與捷達AT、GTX型轎車用磁感應式曲軸位置感測器轉子相似，在其圓周上均勻間隔地製作有58個凸齒、 57個小齒缺和一個大齒缺。大齒缺輸出基準信號，對應於發動機氣缸1或氣缸4壓縮上止點前一定角度。大齒缺所占的弧度相當於兩個凸齒和三個小齒缺所占的弧度。
因為信號轉子隨曲軸一同旋轉，曲軸旋轉一圈(360。)，信號轉子也旋轉一圈(360。)，所以信號轉子圓周上的凸齒和齒缺所占的曲軸轉角為 360。，每個凸齒和小齒缺所占的曲軸轉角均為3。(58×3。+57×3。=345。)，大齒缺所占的曲軸轉角為15。(2×3。+3×3。= 15。)，信號波形如圖2-33a所示。
