Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.2 Diagnostická měření (pracovní listy) Kapitola 31 PL Hallova sonda Ing. Igor Třaska 1.9.2013
Obsah ÚVOD... 1 BEZPEČNOSTNÍ PŘEDPISY PŘI DIAGNOSTICKÉM MĚŘENÍ... 2 OBSAH ELEKTROTECHNICKÉHO MĚŘICÍHO PANELU... 3 1 PL - HALLOVA SONDA... 4 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 7 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 8 4 SEZNAM OBRÁZKŮ... 9
Úvod Výukový materiál obsahuje pracovní list. Účelem pracovního listu je seznámit se s činností Hallovy sondy. Hallova sonda tvoří základ Hallova snímače, který se v automobilovém průmyslu používá jako snímač otáček motoru, vačkového hřídele, kol apod. Cílem měření je detailně prozkoumat činnost sondy, uvědomit si její vlastnosti a procvičit si základní elektrická měření. Pracovní list obsahuje zadání, schéma zapojení, tabulku pro zápis naměřených hodnot a kontrolní otázky k procvičovanému tématu. Součástí pracovního listu jsou bezpečnostní předpisy při diagnostickém měření, obsah elektrotechnického měřicího panelu a kontrolní otázky k procvičovanému tématu. Výukový materiál je přednostně určen studentům 3. a 4. ročníku vzdělávacího oboru 39-41-L/01 Autotronik. Vzdělávací materiál pokrývá nejdůležitější obsahovou část odborných předmětů Diagnostická měření, Aplikovaná elektronika a Odborný výcvik. Pracovní list (dále jen PL) provede studenta probíranou tématikou ve formě praktického zapojování, měření a výpočtu, kdy si student sám ověří platnost fyzikálních a elektrotechnických zákonů. Při všech zapojeních se využívá elektrotechnický měřící panel, který v maximální míře napodobňuje činnost reálných komponentů ve vozidle a zároveň umožňuje jejich měření v podmínkách učebny. Pracovní listy pokrývají oblast analogové, digitální a měřící techniky, jejichž znalost je pro vzdělávací obor Autotronik nezbytná. Pro úspěšné zvládnutí měřicích úloh je nezbytná dostatečná teoretická příprava studentů v elektrotechnických odborných předmětech, zejména v předmětu Elektronika a elektrotechnika. 1
Bezpečnostní předpisy při diagnostickém měření Osoba, pracující s elektrickým zařízením a konávající práci na elektrickém zařízení musí dodržovat platné normy a předpisy, a to vše na vlastní zodpovědnost. Bezpečnostní předpisy jsou platné v průběhu celého měření. Osoby pracující s elektrickým zařízením zahrnujeme do třech skupin: Odborník Poučená osoba Nevyučený / laik Během výuky je každá osoba považována za neškolenou (laika). Z bezpečnostního hlediska se od každého vyučujícího očekává, že před praktickým měřením žáky dostatečně teoreticky připraví Elektrotechnický měřící panel. 1. Zařízení pracuje s malým napájecím napětím, proto bezprostřední dotek s připojovacími body nemůže způsobit úraz elektrickým proudem. 2. Žáci mohou používat zařízení jen v přítomnosti vyučujícího. 3. Před zapnutím zařízení se musí pohledem zkontrolovat stav zařízení! Použití zařízení při jakémkoliv mechanickém poškození je přísně ZAKÁZÁNO! 4. Dotek otáčivých součástek může způsobit úraz, proto dotýkat se jich je přísně ZAKÁZÁNO! 5. Během měření používejte jen přiložené měřící kabely. Měřící kabely a přiložené prostředky na jiné účely je přísně ZAKÁZÁNO! Před začátkem měření je třeba zkontrolovat stav měřících kabelů! Použití měřících kabelů s poškozenou izolací je ZAKÁZÁNO! Použití jiných, popř. poškozených měřících kabelů může způsobit úraz, a nebo může vést k poškození přístroje! 6. Aby nedošlo k poškození zařízení, je při měření nezbytné postupovat opatrně! Během měření, je nezbytné dbát pokynů pro měření a z měřícím zařízením pracovat dle návodu na použití. Sestavovat elektrické obvody je možné jen při vypnutém měřícím panelu v beznapěťovém stavu! Před začátkem měření musí vyučující zkontrolovat zapojený obvod! 7. Před výměnou pojistky zařízení odpojte napájecí napětí od zařízení. Poškozené pojistky je možné nahradit jen pojistkami se shodnými vlastnostmi a charakteristikami! 2
Obsah elektrotechnického měřicího panelu Síťový adaptér. 230 V AC / 12V DC (2A) Digitální multimetr (Voltcraft VC120) Spojovací vodiče (15 ks bílý, 8 ks černý, 5 ks červený, 1 pár červený/černý banánek) Permanentní magnet zapuštěný do šroubu M5 Uvedení měřícího panelu do provozu Napájecí napětí měřícího panelu je U = 12-15 V DC (stejnosměrných). Maximální proud je 2A (jištěno přístrojovou pojistkou). Síťový adaptér se připojuje na dvojpólovou svorku nacházející se v pravém horním rohu měřícího panelu. Při zapojení dbejte na správnou polaritu! Správné zapojení signalizuje zelená LED, nesprávné zapojení červená LED. Po správném zapojení naměříme mezi svokou 30(kladná svorka) a svorku 31 (kostra) 12 V DC. Spínač K1, symbolizuje spínací skříňku. Jeho zapnutím se přivede napájecí napětí na svorku 15, přitom zapne i pomocné napájecí napětí (+5V DC, +10V DC). 3
1 PL - Hallova sonda Účelem pracovního listu je seznámit se s činností Hallovy sondy. Hallova sonda tvoří základ Hallova snímače, který se v automobilovém průmyslu používá jako snímač otáček motoru, vačkového hřídele, kol apod. Cílem měření je detailně prozkoumat činnost sondy, uvědomit si její vlastnosti a procvičit si základní elektrická měření. Zadání: Sestavte elektrický obvod podle obrázku. Obrázek 1. Hallova sonda K Halově snímači přibližujte magnet a měřte elektrické napětí na výstupu snímače U B4. Naměřené údaje zapište do tabulky. Stav U B4 [V] Magnet v blízkosti Hallovy sondy Odstranění magnetu Magnet v blízkosti Hallovy sondy (opačným pólem) Odstranění magnetu 4
Připojte na napájecí svorky Hallovy sondy a odporu na různé napětí. Opakujte měření a rozhodněte o jaký typ Hallovy sondy se jedná. a) Unipolární b) Bipolární Sestavte elektrický obvod podle obrázku a proveďte měření na hallově sondě. Magnet Obrázek 2. Funkce magnetické závory Generátor v tomto případě používáme jako motor (konstrukčně jsou shodné). Potenciometrem R28 a R29 měníme frekvenci PWM a střídu (činitel plnění), tím měnime střední hodnotu napětí U GS, kterým ovládáme FET tranzistor T3. Velikostí napětí U GS přímo ovládáme otáčky motoru (v našem případě G). Přiblížením magnetu k Hallově snímači aktivujeme jeho funkci. Přiložený magnet nastavte tak, aby měřič frekvence fungoval, ale aby brzdil motor jen v malé míře. Propojením svorek 89 a 42 připojíme pulzující výstup Hallova snímače na měřič frekvence. 5
Podle hodnoty frekvence přepočítejte otáčky motoru. Přepočet otáček motoru: Změřte tvar výstupního signálu osciloskopem a ověřte, jak se mění činitel plnění výstupního signálu, když pohneme magnetem do nějakého směru. Výstup Hallovy sondy proměřte multimetrem. Odpor R14 připojte nejprve na +5V, potom na +10V a zkoumejte, jak se mění napětí a frekvence měřená multimetrem. Kontrolní otázky: Zdůvodněte, jakou funkci má odpor R41 a proč je možné připojit odpor R41 na různá napětí. Vysvětlete princip Hallova jevu: Jaká napětí můžeme naměřit na výstupu Halových snímačů používaných v automobilech? a) 0V, 5V, 12V b) 0V, 4,5V c) 5V, 12V d) 0V. 5V, palubní napětí 6
2 Doporučená literatura 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 4. Maťátko, Ján. ELEKTRONIKA, Praha : IDEA SERVIS., 2007. ISBN 978-80-85970-64-7. 7
3 Použitá literatura a zdroje 1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-13-1. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2. 8
4 Seznam obrázků OBRÁZEK 1. HALLOVA SONDA... 4 OBRÁZEK 2. FUNKCE MAGNETICKÉ ZÁVORY... 5 9