Что же все таки за зверь этот Датчик Холла?
ДАТЧИК ХОЛА (Официальное название — датчик положения на эффекте Холла.)
Это датчик, работающий на эффекте Холла, суть которого заключается в том, что при при помещении в магнитное поле некоторого проводника с постоянным током, в этом проводнике возникает поперечная разность потенциалов. Также называет холловским напряжением.
Датчик Холла весьма широко распространен в автомобилестроении, с его помощью измеряют угол положения распредвала, на некоторых автомобилях — угол положения коленвала, на более старых автомобилях он сигнализировал о моменте искрообразования.
Эффект Холла заключается в том, что при пропускании тока через клеммы «а» полупроводниковой пластины, помещенной в поле магнита, на боковых клеммах «б» появляется напряжение.
Еще в 1879 году американский физик Э. Холл, работавший в балтиморском университете, открыл интересное явление, суть которого состояла в следующем. Если в магнитное поле поместить прямоугольную полупроводниковую пластину и к узким ее граням подвести электрический ток, то на широких, гранях пластины возникнет напряжение, величина которого может быть от десятков микровольт до сотен милливольт. Однако техническое применение этого эффекта вынужденно задержалось почти на 75 лет, до той поры, когда началось промышленное производство полупроводниковых пленок с нужными свойствами.
Устройство датчика Холла:
1 — постоянный магнит;
2 — лопасть ротора;
3 — магнитопроводы;
4 — пластмассовый корпус;
5 — микросхема;
6 — выводы.
Датчик Холла: принцип работы
Прибор назван по имени создателя — учёного Эдвина Холла. Открытие, которое учёный совершил в 1879 году, оказалось поистине фундаментальным, нашло применение не только в автомобилестроении. А открыл физик гальваномагнитный эффект, суть которого — различие в воздействии магнитного поля на свойства подключенных к электричеству проводников.
Датчик Холла — что это такое в автомобиле?
Прибор заменяет собой контакты, используется для контроля величины напряжения. Благодаря ему при перегрузках в бортовой сети происходит деактивация двигательной системы. При перегреве контроллера включается температурная защита. Металлический экран датчика имеет прорези, на которых формируется магнитное поле. Благодаря этому в пластине появляется напряжение. Из-за того, что прорези чередуются, оно является пониженным.
Поломка прибора приводит к возникновению неисправностей инжектора.
За что отвечает датчик Холла?
Прибор отвечает за передачу командных сигналов. Он определяет скорость машины и переключает контакты. Это аналоговый преобразователь, активируемый при помощи коммутатора, который излучает магнитное поле. Если в работе двигательной системы возникнут сбои, устройство сможет замерить текущее напряжение без разрыва цепи.
У устройства есть и другие функции. Речь идет о повышении мощности двигательной системы и динамизации работы систем автомобиля. Датчик соединен с распределителем, составляет с ним единый механизм. Прибор напоминает прерыватель с аналоговым приводом. Иногда его совмещают с коленвалом двигателя. Назначение данного прибора можно охарактеризовать так — оперативное включение антиблокиратора тормозов ДВС и тахометра.
Как работает датчик Холла и как он устроен?
Проводя свои исследования, Холл установил: когда пластина в магнитном поле и под напряжением, в ней происходит отклонение электронов. Поток магнитных частиц движется перпендикулярно этому движению. Направление отклонения электронов напрямую зависит от полярности магнитного поля. Значит, на различных сторонах металлической пластинки плотность электронов будет разной.
Технологии совершенствовались, и этот принцип лег в основу прибора, который сейчас принято называть по имени человека, открывшего это явление.
Схема работы датчика следующая:
Есть аналоговые и цифровые измерители. Аналоговый трансформирует магнитную индуктивность в электричество. Сила тока находится в зависимости от величины магнитного поля.
Эту конструкцию не используют в новых машинах — она устарела. Индукция цифрового прибора достигается, только если значение магнитного поля переходится через определенный рубеж. Устройство не активируется при слишком слабом магнитном поле. В старых авто датчик применяли для подачи искры на свечи.
Устройство датчика Холла таково:
Всего в контроллере 3 контакта. Первый подводится к массе. Второй нужен для подключения напряжения, сила которого составляет 6 вольт. С третьего контакта происходит передача импульсов на коммутатор.
Достоинства устройства
Автопроизводители обычно используют датчик для контроля скоростного режима валов и колес. Также его применяют в бесщеточных двигателях, работающих от постоянного тока — в них он определяет место нахождения постоянного магнита.
Датчик Холла увеличивает эффективность двигательной системы, повышает ее ресурс. Отвечает за коммуникацию систем машины. Конструктивные особенности прибора зависят от возложенных на него функций. Время от времени прибор нужно проверять. Как правило, проверку проводят при помощи осциллографа.
Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить
Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.
Кратко о принципе работы
В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).
В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.
До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.
Типы и сфера применения
Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:
Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:
Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.
Пример использования аналогового элемента
Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.
Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла
Обозначения:
Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I
Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля
Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.
Рис. 5. Принцип устройства СБЗ
Обозначения:
Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:
Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.
Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110
Проявление неисправности и возможные причины
Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:
Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:
Как проверить работоспособность датчика Холла?
Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:
Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.
На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.
Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.
Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ
Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:
Датчик Холла: мини-энциклопедия для начинающего автолюбителя
Что такое датчик Холла в автомобиле
Датчик холла это небольшое устройство, которое имеет электромагнитный принцип действия. Даже в старых автомобилях советского автопрома эти датчики имеются – они управляют работой бензинового мотора. Если в устройстве появляются неисправности, двигатель в лучшем случае потеряет стабильность.
Они используются для работы системы зажигания, распределения фаз в газораспределяющем механизме и других. Чтобы понять, какие неисправности относятся к поломке датчика, следует разобраться с его устройством и принципом действия.
Где находится и как выглядит?
Эффект Холла нашел применение во многих системах автомобиля, таких как:
В процессе вращения вала двигателя датчик реагирует на величину прорезей зубцов, от чего образуется ток низкого напряжения, который поступает на коммутирующее устройство. Попадая в катушку зажигания, сигнал преобразуется в высокое напряжение, которое нужно для создания искры в цилиндре. Если датчик положения коленчатого вала неисправен, запуск мотора невозможен.
Подобный датчик стоит в прерывателе бесконтактной системы зажигания. Когда он срабатывает, происходит переключение обмоток катушки зажигания, что позволяет ей производить заряд на первичной обмотке и совершать разряд со вторичной.
На фото ниже показано, как выглядит датчик и где его устанавливают в некоторых автомобилях.
В трамблере
Датчик коленвала
Датчик распредвала
Датчик тахометра
Датчик холла в электродвигателе
Принцип работы
Принцип эффекта Холла (он получил свое название в честь ученого, впервые обнаружившего его еще во второй половине XVIII века):
Многие датчики в автомобилях работают именно на основе вышеописанного эффекта Холла. Естественно, напряжение на полупроводниковой пластинке минимально и его недостаточно для непосредственной подачи на бортовой компьютер. Современные технологии позволили создать на основе эффекта чип, состоящий из нескольких функциональных устройств:
В результате при изменении интенсивности магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую пластинку, на выходе устройства получают «понятные» бортовому компьютеру нули и единицы.
Технологически современные сенсоры Холла представляют собой микросхему с тремя выводами для:
Устройство
Устройство простого датчика холла состоит из:
Где располагается ДХ
Прибор, отвечающий за определение момента зажигания, обычно располагают в трамблёре. Такой датчик применяется вместо контактов, являясь более надёжной заменой в составе бесконтактных электронных систем зажигания.
Чтобы его увидеть, нужно снять крышку трамблёра, а также бегунок и некоторые другие детали. Он расположен в непосредственной близости от вала трамблёра, на пластине рядом с постоянным магнитом. Сверху датчик прикрывает магнитопроводящая пластина с зубьями в виде короны, количество которых соответствует числу цилиндров силового агрегата.
Снаружи распределителя устанавливается колодка с проводами, посредством которой осуществляется связь между датчиком и ЭБУ.
ДХ, устанавливаемый на распредвале, обычно крепится на его задней крышке. Датчик Холла выглядит как цилиндрическая деталь, помещённая в корпус из прочного пластика, с внешней стороны которого имеется разъем для подключения проводку. Сверху можно увидеть ту самую пластину с прорезями.
Типы и сфера применения
На сегодняшний день существует несколько видов датчиков, которые работают по принципу Холла. Условно они делятся на два типа: цифровой и аналоговый.
Аналоговый датчик холла – самое первое устройство данного типа. Функционирование прибора зависит от силы магнитного поля: чем оно сильнее, тем больше напряжение будет вырабатывать сердечник. В автомобилях такие датчики сейчас не используются, потому что они имеют большие габариты и не всегда эффективную конструкцию.
Элемент аналогового датчика Холла
Цифровой датчик холла часто используется в автомобилях и может быть униполярным и биполярным. Вот их основные отличия:
Оба вида относятся к типу линейных датчиков холла. Но в категорию цифровых устройств также входит оптический датчик холла. В отличие от классического устройства, этот прибор не реагирует на магнитное поле. В нем установлен фотоэлемент, который фиксирует положение лопастей вращающегося ротора или вала намного эффективней.
Элемент цифрового датчика Холла
Плюсами такого типа датчиков являются:
Помимо привычной сферы применения (в системе зажигания и в некоторых автомобилях для контроля фаз газораспределения) датчики холла также используются для замеров силы тока, вибраций или углов поворота. Такие устройства работают как с переменным, так и с постоянным током.
В автомобилях в основном используются цифровой тип датчиков, которые фиксируют наличие и отсутствие магнитного поля определенной величины. По этому принципу срабатывают разные датчики скорости и положения.
Датчики, работающие по принципу Холла, также нашли свое применение и в электротранспорте. Так, их устанавливают для того, чтобы фиксировать и контролировать ток в электродвигателе в процессе езды, а также регулировать заряд/разряд АКБ.
Основные виды
Прибор Холла имеет следующую классификацию:
Аналоговый датчик
Цифровой датчик
Пример использования аналогового элемента
На схеме показан принцип действия классического аналогового датчика:
Когда ротор вращается, его лопасти периодически перекрывают воздействие магнита на пластину. Как только напротив магнита оказывается прорезь, магнитное поле провоцирует в датчике импульс.
Какие могут быть неисправности?
Вот таблица основных неисправностей датчика холла и их визуальные проявления:
| Неисправность: | Как проявляется: |
| Датчик срабатывает чаще, чем коленвал проходит полный цикл | Возрастает потребление топлива (при этом другие системы, например, топливная, работают исправно) |
| Устройство через раз срабатывает или периодически полностью отключается | Во время движения автомобиля мотор может глохнуть, машина дергается, падает мощность двигателя, невозможно разогнать авто быстрее 60 км/ч. |
| Сбой в работе датчика холла | В некоторых иномарках последнего поколения блокируется рычаг переключения передач |
| Датчик положения коленвала сломался | Мотор невозможно запустить |
| Ошибки в электросистеме, в которой основным элементом является датчик холла | На приборной панели загорается лампочка ошибки системы самодиагностики конкретного узла, например, двигателя на холостом ходу, но исчезает, когда мотор набирает обороты. |
Нередко бывает так, что сам датчик исправный, однако по ощущениям кажется, что он вышел из строя. Вот какие могут быть причины этому:
Немного истории
Схема включения датчика холла на ваз
В 1879-м г. западным ученым Балтиморского ВУЗа – Э. Холлом, был открыт сенсационный и никем ранее не замеченный эффект — ежели в радиусе зоны воздействия электромагнита расположить кристаллический материал с полупроводниковыми свойствами (какую-либо пластину прямоугольного типа), а к его малым сторонам подвести напряжение, то на широких сторонах полупроводника появится ток.
Величина тока может дотягивать пары сот мВ.
Интересно, но в техническом применении это сенсационное открытие задержалось лет на семьдесят пять, что было связано со сложностями фабричного выпуска пластин этого типа.
Колодка разъем датчика холла
Уже после, с мерой прогресса в области изучения и производства электронных компонентов, удалось изготовить небольшой прибор, содержащий все нужное в себе. Другими словами, и чип, и магнит, и все остальное.
Проверка датчика
Чтобы точно убедиться в неисправности датчика, перед его заменой необходимо выполнить проверку. Самый простой способ выявить неисправность – действительно ли проблема в датчике – это провести диагностику на осциллографе. Прибор не только выявляет неисправности, но также укажет на скорую поломку устройства.
Так как не у каждого автомобилиста есть возможность проводить такую процедуру, есть более доступные способы диагностики датчика.
Диагностика мультиметром
Вначале мультиметр выставляется в режим замера постоянного тока (переключатель на 20В). Процедура производится в следующей последовательности:
Далее проверяется датчик в работе. Для этого необходимо сделать следующее:
Проверка сопротивления
Для замера сопротивления потребуется резистор (1 кОм), диодная лампочка и провода. К ножке лампочки припаивается резистор, а к нему подсоединяется провод. Второй провод фиксируется на второй ножке лампочки.
Проверка производится в следующей последовательности:
Создание имитации контроллера Холла
Этот метод позволяет диагностировать датчик холла при отсутствии искры. Планка с контактами отключается от трамблера. Активируется зажигание. Небольшой проволокой выходные контакты датчика соединяются между собой. Это своеобразный имитатор датчика холла, который создал импульс. Если при этом на центральном кабеле образовалась искра, значит, датчик вышел из строя, и он нуждается в замене.
Устранение неисправностей
Если есть желание отремонтировать датчик холла своими руками, в первую очередь потребуется приобрести так называемый логический компонент. Подобрать его можно в соответствии с моделью и типом датчика.
Сам ремонт выполняется следующим образом:
Как заменить датчик своими руками?
Чтобы поменять контроллер, надо действовать так: