Датчик Холла: назначение и принцип работы

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

• мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
• на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
• при движении машина внезапно глохнет;
• на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

Принципы работы и устройство датчика Холла

Датчик любого вида устанавливается на автомобиль с одной целью: получение информации об одном из многочисленных параметров его работы. Какой-то идентификатор отвечает за определение температуры в двигателе, другой отслеживает количество расходуемого воздуха, а третий всегда готов ответить за положение того или иного узла мотора. Именно для достижения последней цели нужен датчик Холла, который беспрерывно следит за положением коленчатого или распределительного вала.

Принцип работы датчика Холла основан на применении гальваномагнитного явления, открытого в 1879 году Эдвином Холлом. Суть последнего заключается в том, что посредством интеграции некоторого полупроводника (датчика Холла) в электросистему с магнитным полем на его выводах возникает напряжение

При помощи измерения напряжённости магнитного поля в системе зажигания и получается определять углы расположения коленвала и распредвала машины, что крайне важно для грамотного формирования знаний о моменте искрообразования на данный момент времени. Благодаря своей специфике, магнитный датчик Холла применяется исключительно в бесконтактных системах с протекающим в них током (в случае с автосферой – в бесконтактных системах зажигания или, в сокращении, БСЗ)

Обобщая отмеченную выше информацию, стоит поэтапно рассмотреть то, как работает датчик Холла

Если обращать внимание на этот процесс максимально просто, то его сущность заключается в следующем:

Аналоговый датчик Холла монтируется в систему зажигания автомобиля, что с точки зрения физики означает включение в электросеть (магнитное поле) дополнительного проводника

Уточняя этот момент, важно отметить, что устройство идентификатора предполагает использование высокотехнологичных проводников, которые позволяют не нарушать сопротивление и напряжение в цепи;
В процессе работы мотора, а именно в моменты искрообразования в датчике Холла формируется некоторое напряжение, которое и необходимо для определения точного угла коленвала и распредвала в конкретный момент времени;
После этого, выявленное изменение в магнитном поле системы зажигания автомобиля, передаётся на коммутатор, а затем отходит на иные узлы машины. Последние, к слову, основываясь на данном изменении в магнитном поле и расположении валов, могут принимать наиболее оптимальные решения в плане организации своей работы.

Возникновение и точная передача напряжения Холла через соответствующий датчик возможна благодаря уникальной схеме подключения последнего. Уникальность заключается в расположении датчика, который просто вмонтирован в электроцепь системы зажигания автомобиля и не нарушает работу таковой. Именно подобные характеристики идентификатора Холла позволяют ему оставаться наилучшим способом определения положения коленвала и распредвала мотора вот уже долгие годы.

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.

Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.

Устройство и примеры использования

Простейшая система с датчиком Холла включает в свой состав следующие элементы:

1. Постоянный магнит (его функция – создание магнитного поля).
2. Подвижный ротор с лопастями или зубцами.
3. Особый стержень из магнитного материала (магнитопровод).
4. Пластиковый корпус.

Помимо этого, техническая характеристика датчика предусматривает применение микросхем, задействованных в измерительном процессе.

Понять принцип работы этого прибора удается, если ознакомиться с подробной схемой включения датчика Холла в зоне проведения измерений. Схема подключения и суть работы сенсора может быть представлена следующим образом:

• В зазоре, образованном половинками магнитопровода, перемещаются металлические лопасти ротора.
• При их вращении происходит периодическое шунтирование магнитного потока.
• Встроенной микросхемой предусмотрено определение нулевого показателя индукции (в эти моменты напряжение на ее выходе максимально).
• По частоте таких всплесков, подсчитываемой той же микросхемой, судят о скорости вращения контролируемого объекта (двигательного вала в мотоцикле, например).

Чтобы этот процесс протекал нормально – при включении сенсора в измерительную цепь должна учитываться цоколевка данного образца (она бывает разной).

Обобщая рассмотренную схему, следует предположить, что датчики этого класса способны измерять скорость вращения коленвала любого движущегося средства. Универсальность сенсора, не исключающая возможности его установки в скутере, например, позволяет применять датчик Холла не только в сложных технических устройствах, но и в обычной бытовой технике.

Применение в системе зажигания и стиральных машинах

При использовании датчика Холла в системе зажигания автомобиля с его помощью удается фиксировать момент размыкания трамблера. В данном случае он работает как аналоговый преобразователь, определяющий мгновения прерывания бортового питания. На этом же принципе базируется его применение в рабочих модулях стиральной машины, что позволяет по скорости вращения барабана определять увеличение веса белья.

Датчики Холла устанавливаются и в некоторых образцах измерительной аппаратуры. Чаще всего ими комплектуются бесконтактные клещи, применяемые для измерения тока в проводниках. Встроенный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля, образующегося вокруг силового кабеля. Кроме того, он подходит для ручки газа электровелосипеда, позволяя контролировать угол ее поворота.

В бытовых условиях

В клавиатурах компьютеров эти приборы обеспечивают бесконтактный способ снятия информации. Сенсор, входящий в состав кулера бытового ПК, способен управлять полярностью обмоток ротора, то есть менять направление его вращения.

При использовании такого элемента в смартфоне, в частности, он обеспечивает выключение устройства при помещении его в чехол с «магнитной» застежкой.

Рассматривая области применения датчики Холла простыми словами можно сказать, что его использование в технической сфере практически ничем не ограничено. В электронном конструкторе Ардуино, например, имеется набор с таким датчиком, позволяющий на практике проиллюстрировать эффект Холла.

Это не единственный пример его использования в целях обучения, помогающий начинающим пользователям понять, как подключить и использовать сенсоры полевых структур.

В заключение отметим, что к недостаткам датчиков Холла относят их чувствительность к электромагнитным помехам, нередко возникающим в рабочих цепях. Кроме того, использование сложных электронных модулей в конструкции прибора в какой-то мере влияет на его надежность, несколько снижая ее. Эти минусы сенсора не рассматриваются как его дефекты, а просто учитываются при работе с аппаратурой.

Теперь вы знаете, что такое датчик Холла, как он работает и зачем нужен. Надеемся, предоставленная информация была для полезной и интересной!

Материалы по теме:

• Что такое тензодатчик и как он устроен
• Для чего нужны концевые выключатели
• Чем отличается переменный ток от постоянного

Опубликовано:
09.07.2019
Обновлено: 09.07.2019

Основные элементы 2-контурного зажигания

Датчик положения коленчатого вала методы проверки, признаки неисправности, расположение

Такой вариант зажигания состоит, как и обычная СЗ нового образца, из коммутатора, катушки и трамблера. Обязательны, естественно свечи зажигания, различные крепления и фишки, ну и хорошая, соответствующая новому зажиганию, проводка.

Прежде чем приступить к сборке двухконтурного зажигания, потребуется изменить кое-что в трамблере. Речь идет о шторке ДХ, которую следует теперь поставить уже 2-прорезную (стандартный вариант шторки – 4 прорези). Другими словами, шторка будет иметь всего 2 положения: начало экранирования и конец экранирования.

Шторка 2-контурного зажигания (слева) и обычного

Такую шторку принято называть также 90х90.

Трамблер в 2-контурном зажигании можно использовать обычный, классический. Жигулевский, фольксвагеновский и т. д.

Что касается количества ДХ в трамблере. Более привычным принято видеть 2-контурное зажигание с двумя ДХ. Однако, не менее популярна схема двухконтурного зажигания с одним датчиком. Она, в свою очередь, может быть реализована тоже 2-я способами: если в распределителе установлена 2 ДХ, но работает один или если изначально стоит 1 ДХ.

Катушка тоже может использоваться обычная, без какой-либо сложной схемы. Как правило, ставятся также 2 катушки.

Вот, как выглядит схема двухконтурного зажигания с 1 ДХ на автомобилях обычно:

• 1 ДХ или трамблер с одним работающим датчиком;
• естественно, один распределить;
• две катушки зажигания, поставленные рядом;
• 1 двухканальный коммутатор Астра или 2 обычных (бывает Астра и плюс 1 простой для аварийного питания ДХ).

Как работает магнитный чехол

Рынок изобилует самыми разными чехлами для смартфонов, но особым спросом всегда пользовались магнитные чехлы-книжки, которые автоматически отключают или активизируют экран смартфона, на примере Smart Case для iPad. Как это работает? Блокировка или активация дисплея происходит благодаря реакции датчика Холла в смартфоне на приближающийся магнит, запрятанный в крышке чехла. Когда вы открываете крышку чехла, то происходит снижение интенсивности излучения, поэтому экран включается.

Привычные чехлы для Samsung Galaxy работают именно с датчиком Холла

Датчик Холла очень удобно работает с флип-чехлами, у которых есть небольшой вырез для управления плеером или для ответа на звонки. Благодаря такой фиче можно пользоваться отдельными функциями, не открывая чехол, например, просматривать уведомления из нашего Telegram-чата или смотреть время. Как это работает? Возможность наличия или отсутствия высокого магнитного поля позволяет смартфону оставлять экран активным или же подсвечивать только необходимую область дисплея. Кстати, сам магнит, установленный в чехле, не вредит смартфону.

Назначение ДХ и принцип его функционирования

ДХ имеют много преимуществ, среди которых выделяются:

• небольшие размеры;
• прямоугольный формат электросигнала, что дает возможность мгновенно набирать конкретную константу без каких-либо скачков и всплесков.

Среди недостатков ДХ выделяют:

• чрезмерная чувств-сть к помехам ЭЛМ полей, возникающих в цепочке питания;
• более высокая стоимость ДХ относительно магнитоэлектрического устройства, обладающего при этом большей надежностью (с точки зрения теории).

В условном понимании ДХ можно разделить на 2 группы: линейные и логические. Другими словами, в одном из датчиков выход подразумевает линейность, в другом – логичность.

Схема зажигания БСК

Например, линейный датчик используется для вычисления незначительных сдвигов или для конструирования иных, менее упрощенных приборов. Кроме того, такой ДХ может быть использован, как сверхчувствительный компонент регулятора напряжения с химической основой.

Назначение логического датчика – вычисление наличия любых соединений с магнитными свойствами, что реализуется чувствительной областью ДХ.

Самое главное в применении ДХ – отлаженное и проверенное годами производство, ведь только таким образом обеспечивается полная и несомненная надежность изделия.

Датчики с магнитом – одни из самых распространенных приборов в автомобильной промышленности. Родившись в эру прогресса электро, они остались популярными до сих пор.

Взаимосвязь магнита и тока, выраженная тем, что трансформация импульса всегда связана с возникновением магнитного поля, привела к сегодняшним реалиям. Другими словами, контроль перемены силы тока в автомобильных системах зажигания регулируется с помощью ДХ.

ДХ – обязательный элемент современной бесконтактной системы зажигания. Кроме того, эти датчики нашли применение и в других автомобильных системах. Например, используются они в качестве счетчиков оборотов – тахометров, но обязательно в связке с постоянными магнитами.

Современный трамблер

ДХ состоят, как и говорилось выше, из пластины холла и магнита. Однако, это не аксиома, так как встречаются ДХ и без встроенного магнита.

Функционирование и назначение ДХ можно легко объяснить его составом. На прямоугольнике-полупроводнике, размером в несколько квадратных миллиметров или пленке, изготовленной из кристаллического материала имеются 4 электрода. Они предназначены для подвода тока и съема информации.

Принцип работы датчика холла

В целях исключения случайных механических сбоев, полупроводниковый материал крепится на прочной подложке, а пленка обрабатывается диэлектрическим веществом.

Чтобы обеспечить лучший эффект, толщина пластинки или пленки датчика делается как можно меньше.

ДХ применяются для бесконтактного контроля магнитной зоны. В некоторых случаях можно применять ДХ с вмонтированным ферритовым стержнем, что позволяет в разы увеличить КПД регулятора.

Еще один способ представить работу датчика холла, выглядит следующим образом.

• В ДХ имеется постоянный магнит, образующий магнитную зону.
• Пластина-полупроводник пересекает это самое поле, образуется преобразование – замыкание промежутка зубца, расположенного на распредвале.

Этот самый зуб называется репером (в геодезии – знак, метка).

• Итак, это самая точка в момент соприкосновения образует токоимпульс, подающийся к ЭБУ.
• Передаваемый импульс зависит полностью от амплитуды вращения распредвала. Это означает, что он поступает на различных временных промежутках.
• Импульс, как и говорилось, идет на ЭБУ.
• Последний раскодирует импульс, таким образом определяя положение ВМТ в 1-м цилиндре двигателя.
• Только после этого идет разрешение на поступление горючего в камеру сгорания с ее последующим возгоранием.

Примечательно, что несколько иначе функционирует аналогичный датчик дизельного мотора. Топливо в данном случае более тяжелое, что и определяет разницу. Датчик холла дизеля больше нужен для контроля прохождений поршней ВМТ. Таким образом, с наибольшей точностью выставляется отношение валов между собой.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

1. Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
2. Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
3. Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

Конструкция датчиков Холла

В ходе эксплуатации отлично проявились традиционные полупроводниковые материалы – арсениды галлия и индия. Обычно сенсор Холла представляет небольшую пластинку, к противоположным граням которой подходят парные электроды. Питающие широкие и располагаются на протяжении стороны прямоугольника. Где снимается сигнал – простейшие точечные. В любой схеме отмечается общая точка (нулевой провод, нейтраль), сумма контактов равняется трём. Отрицательные линии объединяются.

Специалисты отмечают, что даже в отсутствии магнитного поля на электродах остаётся, как правило, небольшой сигнал. Это объясняется не влиянием нашей планеты, как подумают читатели. Потенциал вдоль боковой кромки пластинки распределяется неравномерно. И выявлять эквивалентные точки не всегда целесообразно. Проще тарировать сопрягаемую с датчиком электронику, либо ориентироваться на точечные импульсы, что часто делается на практике. Для коррекции часто применяются дифференциальные усилители (на выход выдаётся лишь изменение сигнала).

Особенности конструкции датчика

Толщина плёнки проводника обычно мала, едва достигает 10 мкм. Для нанесения на подложку используется способ литографии. Это позволяет создать датчики Холла с малой чувствительной площадью, что сильно и часто повышает точность измерений, ведь поверхность невелика. В приборах это используется для оценки положений деталей механизмов. Впрочем малогабаритные датчики обнаруживают сравнительно низкий отклик, измеряемый в величинах Вт/Тл (выдаваемая мощность полезного сигнала в зависимости от напряжения магнитного поля). Для серийных датчиков Холла параметр обычно укладывается в пределы от 0,03 до 1.

На практике это выглядит как генератор импульсов. Допустим, на валу двигателя стиральной машины стоит ряд магнитов, при обороте вырабатывается определённое количество пиков. В результате электронная начинка оценивает скорость вращения, угловое положение ротора, что используется, к примеру, в вентильных двигателях (с электронным переключением обмоток).

Сделаем отступление и объясним, почему малогабаритный датчик Холла отличается слабым откликом. Амплитуда вырабатываемых импульсов зависит от протекающего постоянного тока, а он не может быть велик, в противном случае плёнка проводника (обладающая достаточно большим сопротивлением) перегреется и сгорит. Поэтому допустимые значения (в амперах) составляют от 5 до 50 мА.

Аналоговые/пропорциональные датчики для повышения стабильности и точности

Аналоговые измерительные приложения позволяют конечному пользователю мгновенно получать обратную связь о положении магнита. Аналоговый датчик Холла обладает высокоточным выходным сигналом с высоким разрешением.

Ранее аналоговые датчики Холла измеряли у магнитов плотность потока и в значительной степени зависели от внешней температуры. Так как в последние годы аналоговые технологии эффекта Холла развивались, теперь, вместо традиционной амплитуды поля, микросхема с датчиком Холла теперь измеряет угол поля, делая его намного менее чувствительным к изменениям температуры. Это улучшение позволяет датчику обеспечивать более стабильный аналоговый выходной сигнал в широком диапазоне температур.

Рассмотрим два типа датчиков Холла, которые могут быть выбраны для аналоговых измерительных схем:

Поворотный датчик Холла: преимущества и применение

Этот полупроводниковый датчик изменяет выходное напряжение при изменении магнитного поля. Он сочетает в себе измерительный элемента на основе эффекта Холла и электрическую схему, обеспечивающую аналоговый выходной сигнал, который соответствует изменению вращающегося магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Этот датчик предлагает два варианта выходного сигнала: аналоговый или широтно-импульсно-модулированный (ШИМ). Устройство программируется таким образом, чтобы инженер мог связать определенное выходное напряжение или ШИМ сигнал с точной степенью поворота. При повороте до 360° доступны несколько точек программирования. Каждая программируемая точка представляет собой напряжение или ШИМ сигнал, который соответствует заданному углу магнитного поля. Это приводит к получению выходного сигнала, пропорционального углу поворота.

В отличие от механического и резистивно-плёночного поворотных устройств поворотный датчик Холла не испытывает механического износа или изменения значений сопротивления. Кроме того, он очень стабилен при нормальных рабочих температурах вплоть до +105°C. Результаты измерения угла поворота в диапазоне 0°–360° точно калибруются в соответствующем диапазоне выходного постоянного напряжения 0,5В–4,5В или коэффициента заполнения ШИМ сигнала 10–90%.

Поворотные датчики Холла становятся очень популярными для замены механических резистивно-пленочных потенциометров. Они используются в автомобильных и внедорожных приложениях, таких как определение положения клапана EGR в двигателях. Эти датчики также могут использоваться для определения положения поворотных ручек в приборах и бытовой технике.

Рисунок 3 – Поворотный датчик Холла, используемый в поворотной ручке стиральной машины

Линейный датчик Холла: преимущества и применение

Линейные датчики Холла похожи на поворотные датчики Холла, за исключением того, что они измеряют не угловое, а линейное движение магнитного поля. Датчик Холла программируется для выдачи заданного напряжения, пропорционального заданному расстоянию. Типы выходного сигнала у него такие же, как и у поворотного датчика Холла. Датчик измеряет линейное перемещение и относительный угол потока магнитного привода на расстоянии до 30 мм на каждую микросхему с датчиком Холла. Это дает в результате выходной сигнал, точно пропорциональный перемещению датчика.

Перед программированием выходных напряжений или значений ШИМ-сигнала, соответствующих относительному значению магнитного поля от магнита на приводе, датчик и привод могут быть помещены на место окончательного монтажа в устройстве, чтобы в процессе программирования учесть все магнитные воздействия от близлежащего окружения. Это позволит инженеру отрегулировать выходной сигнал датчика, поскольку в процессе программирования будут учтены любые шунтирующие, механические воздействия и воздействия посторонних магнитных полей.

Линейные датчики Холла часто используются в качестве датчиков контроля уровня жидкости. В этом применении датчик определяет положение движущегося поплавка с прикрепленным магнитом. Линейные датчики также полезны в более сложных конструкциях, таких как автомобильная коробка передач.