Датчик Холла: принцип роботи, типи, застосування, як перевірити

Для ефективної роботи всіх систем сучасного автомобіля виробники оснащують транспортний засіб безліччю електронних пристроїв, які маю більше переваг перед механічними елементами.

Кожен датчик має велике значення для стабільності роботи різних вузлів в машині. Розглянемо особливості датчика холу: які типи бувають, основні несправності, принцип роботи і де застосовується.

Що таке датчик Холла в автомобілі

Датчик холу це невеликий пристрій, який має електромагнітний принцип дії. Навіть в старих автомобілях радянського автопрому ці датчики є - вони керують роботою бензинового мотора. Якщо в пристрої з'являються несправності, двигун в кращому випадку втратить стабільність.

Вони використовуються для роботи системи запалювання, розподілу фаз в газорозподільних механізмі і інших. Щоб зрозуміти, які несправності відносяться до поломки датчика, слід розібратися з його пристроєм і принципом дії.

Для чого потрібен датчик Холла в автомобілі?

Датчик холу в авто потрібен для фіксування і вимірювань магнітних полів в різних вузлах автомобіля. Основне застосування ДХ - в системі запалювання.

Пристрій дозволяє визначати конкретні параметри безконтактним шляхом. Датчик створює електричний імпульс, який надходить в комутатор або ЕБУ. Далі ці пристрої подають сигнал на формування струму для створення іскри в свічках.

Коротко про принцип роботи

Принцип роботи даного пристрою був відкритий в 1879 р американським фізиком Є.Г. Холом. Коли напівпровідникова пластина потрапляє в зону дії магнітного поля постійно діючого магніту, в ній виникає струм невеликого значення.

Після припинення дії магнітного поля струм не виробляється. Переривання впливу магніту відбувається через прорізи в сталевому екрані, який поміщається між магнітом і напівпровідникової пластиною.

Де знаходиться і як виглядає?

Ефект Холла знайшов застосування в багатьох системах автомобіля, таких як:

• Визначає положення колінчастого вала (коли поршень першого циліндра виявиться у верхній мертвій точці такту стиснення);
• Визначає положення розподільного валу (для синхронізації відкриття клапанів в газорозподільному механізмі в деяких моделях сучасних ДВС);
• У переривнику системи запалювання (на трамблере);
• У тахометрі.

У процесі обертання валу двигуна датчик реагує на величину прорізів зубців, від чого утворюється струм низької напруги, який надходить на комутуючі пристрій. Потрапляючи в котушку запалювання, сигнал перетвориться в висока напруга, яке потрібно для створення іскри в циліндрі. Якщо датчик положення колінчастого вала несправний, запуск мотора неможливий.

Подібний датчик коштує в переривнику безконтактної системи запалювання. Коли він спрацьовує, відбувається перемикання обмоток котушки запалювання, що дозволяє їй виробляти заряд на первинній обмотці і здійснювати розряд із вторинною.

На фото нижче показано, як виглядає датчик і де його встановлюють в деяких автомобілях.

У трамблере

Датчик коленвалу

датчик распредвала

датчик тахометра

Датчик холу в електродвигуні

Пристрій

Пристрій простого датчика холу складається з:

• Постійного магніту. Він створює магнітне поле, яке впливає на напівпровідник, в якому створюється струм малої напруги;
• Муздрамтеатру. Цей елемент сприймає дію магнітного поля і виробляє струм;
• Обертового ротора. Це металева вигнута пластина, яка має прорізи. Коли вал основного пристрою обертається, лопаті ротора по черзі перекривають вплив магніту на стрижень, що створює усередині нього імпульси;
• Корпуси із пластику.

Типи і сфера застосування

Всі датчики Холла діляться на дві категорії. Перша категорія - цифрова, а друга - аналогова. Ці прилади успішно застосовуються в різних галузях, в тому числі і в автомобілебудуванні. Найпростіший приклад цього датчика - ДПКВ (вимірює положення колінчастого вала в процесі його обертання).

Елемент аналогового датчика Холла

В інших галузях подібні пристрої використовуються, наприклад, в пральних машинах (зважується білизна на підставі швидкості обертання повного барабана). Ще одна поширена застосування подібних пристроїв - в комп'ютерній клавіатурі (дрібні магніти знаходяться на тильній стороні клавіш, а сам датчик встановлений під еластичним полімерним матеріалом).

Професійні електрики при безконтактному вимірі сили струму в кабелі користуються спеціальним приладом, в якому теж встановлюється датчик Холла, який реагує на силу магнітного поля, створюваного дротами, і видає значення, відповідне силі магнітного вихору.

В автомобілебудуванні датчики Холла впроваджуються в різні системи. Наприклад, в електромобілях ці пристрої стежать за зарядом батареї. Положення колінчастого вала, заслінки дроселя, швидкість обертання коліс і т.д. - все це і багато інших параметрів визначаються саме датчиками Холла.

Лінійні (аналогові) датчики Холла

У таких датчиках напруга прямолінійно залежить від потужності магнітного поля. Іншими словами, чим ближче перебуватиме датчик до магнітного поля, тим вище вихідна напруга. У таких типах пристроїв немає тригера Шмідта і вихідного транзистора, що перемикає. Напруга в них береться безпосередньо з операційного підсилювача.

Вихідна напруга аналогових датчиків Холла може генеруватися або незмінним, або електричним магнітом. Також воно залежить від товщини пластин та сили струму, яка протікає через цю пластину.

Логіка нагадує, що вихідну напругу датчика можна нескінченно збільшувати зі збільшенням магнітного поля. Насправді, це не так. Напруга на виході з датчика обмежуватиметься напругою живлення. Пікова вихідна напруга на датчику називається напругою насичення. Коли цього піку досягнуто, безглуздо продовжувати збільшувати щільність магнітного потоку.

На цьому принципі працюють, наприклад, струмові кліщі, за допомогою яких вимірюється напруга у провіднику без контакту із самим дротом. Лінійні датчики Холла використовуються також у приладах, що вимірюють щільність магнітного поля. Подібні пристрої безпечні в роботі, оскільки вони не вимагають безпосереднього контакту з струмопровідним елементом.

Приклад використання аналогового елемента

На малюнку нижче представлена ​​проста схема датчика, що вимірює силу струму, і працює за принципом ефекту Холла.

А – провідник; В – незамкнене магнітне кільце; С – аналоговий датчик Холла; D – підсилювач сигналу

Такий датчик струму працює дуже просто. Коли провіднику подається струм, навколо нього створюється магнітне поле. Датчик фіксує полярність цього поля та його щільність. Далі в датчику утворюється відповідне цій величині напруга, яка надходить на підсилювач і потім індикатор.

Цифрові датчики Холла

Аналогові пристрої спрацьовують в залежності від сили магнітного поля. Чим воно вище, тим більшою буде напруга в датчику. З моменту впровадження електроніки в різні пристрої контролю датчик холу обзавівся логічними елементами.

Елемент цифрового датчика Холла

Прилад або фіксує наявність магнітного поля, або не визначає його. У першому випадку це буде логічною одиницею, і на виконавчий пристрій або на блок управління надходить сигнал. У другому випадку (навіть при великому, але не досяг граничний поріг, магнітному полі) пристрій нічого не фіксує, що називається логічним нулем.

У свою чергу цифрові пристрої бувають униполярного і біполярного типу. Коротенько розглянемо, в чому їх відмінності.

уніполярні

Що стосується уніполярних варіантів, то вони спрацьовують, коли з'являється магнітне поле тільки однієї полярності. Якщо до датчика піднести магніт з протилежного полярністю, пристрій взагалі не буде реагувати. Деактивация пристрою відбувається, коли сила магнітного поля знижується або воно взагалі зникає.

Потрібна одиниця виміру видається приладом в момент, коли сила магнітного поля максимальна. Поки цей поріг не буде досягнутий, прилад буде показувати значення 0. Якщо індукція магнітного поля маленька, пристрій не здатний його фіксувати, тому і показує нульове значення. Ще один фактор, який впливає на точність вимірювань приладом, це його віддаленість від магнітного поля.

Біполярний

У разі біполярної модифікації прилад активується, коли електромагніт створює конкретний полюс, а деактивується при впливі протилежної полюса. Якщо магніт при включеному датчику прибрати, пристрій не буде вимкнено.

Призначення ДХ в системі запалювання автомобіля

Датчики Холла використовуються у безконтактних системах запалювання. Вони цей елемент встановлений замість бігунка переривника, який відключає первинну обмотку котушки запалювання. На малюнку нижче показано приклад датчика Холла, який використовується в автомобілях сімейства ВАЗ.

А – датчик Холла; У – постійний магніт; З пластина, що перекриває вільну дію магніту

У сучасних системах запалювання датчик Холла використовується лише визначення положення колінчастого вала. Такий датчик називається датчиком положення колінчастого валу. Принцип його роботи ідентичний класичного датчика Холла.

Тільки за переривання первинної обмотки та розподіл високовольтного імпульсу вже відповідає електронний блок керування, що програмується під особливості двигуна. ЕБУ здатний адаптуватися під різні режими роботи силового агрегату, змінюючи кут випередження запалення (у контактних та безконтактних системах старого зразка ця функція покладена на вакуумний регулятор).

Запалювання з датчиком Холла

У безконтактних системах запалення старого зразка (бортова система такого автомобіля не оснащена електронним блоком керування) датчик працює у такій послідовності:

1. Вал трамблера обертається (з'єднаний із розподільним валом).
2. Пластина, закріплена на валу, розташована між датчиком Холла та магнітом.
3. У пластині є прорізи.
4. Коли пластина провертається і між магнітом утворюється вільний простір, датчик за рахунок впливу магнітного поля утворюється напруга.
5. Вихідна напруга надходить на комутатор, який забезпечує перемикання між обмотками котушки запалювання.
6. Після відключення первинної обмотки у вторинній обмотці генерується високовольтний імпульс, який надходить на розподільник (трамблер) та йде на конкретну свічку запалювання.

Незважаючи на просту схему роботи, безконтактна система запалення повинна бути ідеально налаштованою, щоб у кожній свічці у потрібний момент з'являлася іскра. В іншому випадку двигун буде працювати нестабільно або взагалі не заведеться.

Переваги автомобільного датчика Холла

З впровадженням електронних елементів, особливо у системи, що вимагають тонке налаштування, інженерам вдалося зробити системи стабільнішими порівняно з аналогами, що управляються механікою. Прикладом цього є безконтактна система запалювання.

У датчика, що працює за принципом ефекту Холла, є кілька важливих переваг:

1. Він компактний;
2. Його можна встановити абсолютно в будь-якій частині автомобіля, а в деяких випадках навіть у самому механізмі (наприклад, в трамблері);
3. У ньому немає механічних елементів, завдяки чому його контакти не підгоряють, як, наприклад, у переривнику контактної системи запалення;
4. Електронні імпульси набагато ефективніше реагують зміну магнітного поля, незалежно від швидкості обертання вала;
5. Крім надійності, пристрій забезпечує стабільний електричний сигнал на різних режимах роботи мотора.

Але цей пристрій має і суттєві недоліки:

• Найголовнішим ворогом будь-якого електромагнітного пристрою є перешкоди. Їх у будь-якому двигуні достатньо;
• Порівняно зі звичайним електромагнітним датчиком даний пристрій буде коштувати дорожче;
• На його працездатність впливає тип електричної схеми.

Застосування датчиків Холла

Як ми вже говорили, пристрої, засновані на принципі Холла, використовуються не тільки в автомобілях. Ось лише деякі галузі, в яких або можливо, або обов'язкова наявність датчика Холла.

Застосування лінійних датчиків

Датчики лінійного типу зустрічаються в:

• Приладах, що визначають силу струму безконтактним шляхом;
• тахометр;
• Датчиках, що визначають рівень вібрації;
• Датчики феромагніту;
• Сенсорах, що визначають кут повороту;
• Безконтактних потенціометр;
• Безколекторних двигунах, що працюють на постійному струмі;
• Датчиках витрати робочої речовини;
• Детекторах, що визначають положення робочих механізмів.

Застосування цифрових датчиків

Що стосується цифрових моделей, то вони використовуються в:

• Датчиках, що визначають частоту обертання;
• Пристроях синхронізації;
• Датчиках системи запалювання в машині;
• Датчиках положення елементів робочих механізмів;
• Лічильниках імпульсів;
• Датчиках, що визначають положення клапанів;
• Пристроях блокування дверей;
• Вимірі витрати робочої речовини;
• Датчиках наближення;
• Безконтактних реле;
• У деяких моделях принтерів як датчики, що визначають наявність або положення паперу.

Які можуть бути несправності?

Ось таблиця основних несправностей датчика холу і їх візуальні прояви:

несправність:	Як проявляється:
Датчик спрацьовує частіше, ніж колінвал проходить повний цикл	Зростає споживання палива (при цьому інші системи, наприклад, паливна, працюють справно)
Пристрій через раз спрацьовує або періодично повністю відключається	Під час руху автомобіля мотор може глухнути, машина смикається, падає потужність двигуна, неможливо розігнати авто швидше 60 км / год.
Збій в роботі датчика холу	У деяких іномарках останнього покоління блокується важіль перемикання передач
Датчик положення коленвала зламався	Мотор неможливо запустити
Помилки в електросистемі, в якій основним елементом є датчик холу	На приладовій панелі загоряється лампочка помилки системи самодіагностики конкретного вузла, наприклад, двигуна на холостому ходу, але зникає, коли мотор набирає обертів.

Нерідко буває так, що сам датчик справний, однак по відчуттях здається, що він вийшов з ладу. Ось які можуть бути причини цього:

• Бруд на датчику;
• Обрив проводу (одного або декількох);
• На контакти потрапила волога;
• Коротке замикання (через вологу або пошкодження ізоляції сигнальний провід замкнуло з масою);
• Порушення ізоляції або екрану кабелю;
• Неправильно підключений датчик (перепутана полярність);
• Проблеми з високовольтними дротами;
• Порушення в роботі блоку управління авто;
• Неправильно встановлено відстань між елементами датчика і контрольованою деталлю.

Перевірка датчика

Щоб точно переконатися в несправності датчика, перед його заміною необхідно виконати перевірку. Найпростіший спосіб виявити несправність - чи дійсно проблема в датчику - це провести діагностику на осцилографі. Прилад не тільки виявляє несправності, але також вкаже на швидку поломку пристрою.

Так як не у кожного автомобіліста є можливість проводити таку процедуру, є більш доступні способи діагностики датчика.

діагностика мультиметром

Спочатку мультиметр виставляється в режим виміру постійного струму (перемикач на 20В). Процедура проводиться в такій послідовності:

• Від'єднується бронепровода від розподільника. Він підключається до маси, щоб в результаті діагностики, бува, не запустити авто;
• Активується запалювання (ключ повернуть до упору, але мотор не заводити);
• З розподільника знімається роз'єм;
• Мінусовий контакт мультиметра приєднується до маси авто (кузову);
• У роз'ємі датчика є три контакту. Плюсовій контакт мультиметра під'єднується до кожного з них окремо. Перший контакт повинен показати значення 11,37В (або до 12В), другий - також в районі 12В, а третій - 0.

Далі перевіряється датчик в роботі. Для цього необхідно зробити наступне:

• З боку входу проводів в роз'єм вставляються металеві штирі (наприклад, невеликі цвяхи) так, щоб вони не торкалися один до одного. Один вставляється в центральний контакт, а інший - до проводу мінуса (зазвичай білого кольору);
• Роз'єм надаватися на датчик;
• Чи включається запалювання (але мотор не заводимо);
• Мінусовий контакт тестера фіксуємо на мінусі (білий провід), а плюсової - до центрального штиря. Робочий датчик видасть показник приблизно 11,2В;
• Тепер помічник повинен стартером кілька разів провернути коленвал. Показання мультиметра будуть коливатися. Потрібно зауважити мінімальне і максимальне значення. Нижня планка не повинна перевищувати 0,4 В, а верхня не повинна опускатися нижче 9В. В цьому випадку датчик можна вважати справним.

Перевірка опору

Для виміру опору потрібно резистор (1 кОм), діодний лампочка і дроти. До ніжці лампочки припаивается резистор, а до нього приєднується провід. Другий провід фіксується на другий ніжці лампочки.

Перевірка проводиться в такій послідовності:

• Знімаємо кришку трамблера, від'єднуємо колодку і контакти самого розподільника;
• Тестер під'єднують до клем 1 і 3. Після активації запалювання на дисплеї повинно з'явитися значення в межах 10-12 вольт;
• За такою ж схемою до розподільника приєднується лампочка з резистором. Якщо полярність правильна, контролька засвітиться;
• Після цього провід з третьої клеми під'єднується на другу. Потім помічник за допомогою стартера провертає мотор;
• Морган лампочка свідчить про справний датчику. В іншому випадку його необхідно замінити.

Створення імітації контролера Холла

Цей метод дозволяє діагностувати датчик холу при відсутності іскри. Планка з контактами відключається від трамблера. Активується запалювання. Невеликий дротом вихідні контакти датчика з'єднуються між собою. Це своєрідний імітатор датчика холу, який створив імпульс. Якщо при цьому на центральному кабелі утворилася іскра, значить, датчик вийшов з ладу, і він потребує заміни.

Усунення несправностей

Якщо є бажання відремонтувати датчик холу своїми руками, в першу чергу потрібно придбати так званий логічний компонент. Підібрати його можна відповідно до моделі і типом датчика.

Сам ремонт виконується наступним чином:

• Дрилем в центрі корпусу робиться отвір;
• Канцелярським ножем обрізаються дроти старого компонента, після чого прокладаються канавки для нових проводів, які будуть підключені до схеми;
• Новий компонент вставляється в корпус і з'єднується зі старими контактами. Перевірити, чи правильно підключено можна за допомогою контрольної диодной лампочки з резистором на одному контакті. Без впливу магніту лампочка повинна згаснути. Якщо цього не відбувається, то потрібно поміняти полярність;
• Нові контакти необхідно припаяти до колодки приладу;
• Щоб переконатися в правильно виконаних роботах, слід діагностувати новий датчик за допомогою вищезазначених способів;
• На завершення корпус необхідно герметично закрити. Для цього краще скористатися термоустойчивим клеєм, так як на пристрій часто впливають високі температури;
• Контролер збирається в зворотній послідовності.

Як замінити датчик своїми руками?

Не у кожного автолюбителя є час для ручного ремонту датчиків. Їм простіше купити новий і встановити його замість старого. Дана процедура проводиться таким чином:

• В першу чергу потрібно зняти клеми з акумулятора;
• Знімається розподільник, від'єднується колодка з проводами;
• Знімається кришка трамблера;
• Перед тим, як повністю демонтувати пристрій, важливо запам'ятати, як був розташований сам розподільник. Необхідно поєднати позначки ГРМ і клонували;
• Знімається вал розподільника;
• Від'єднується сам датчик холу;
• На місце старого датчика встановлюється новий;
• Здійснюється складання блоку в зворотній послідовності.

Датчики останнього покоління відрізняються великим робочим ресурсом, тому часта заміна пристрою не потрібно. При обслуговуванні системи запалювання необхідно також звертати увагу і не це стежить пристрій.

Відео на тему

На завершення докладний огляд пристрою та принципу роботи датчика Холла в автомобілі:

Що таке ДАТЧИК ХОЛЛА | Як працює і як влаштований

Питання та відповіді:

Що таке датчик Холла? Це прилад, який реагує на появу або відсутність магнітного поля. Схожий принцип дії мають оптичні датчики, які реагують на потрапляння світлового пучка на фотоелемент.

Де використовується датчик холу? В автомобілях цей датчик використовується для визначення швидкості обертання колеса або певного вала. Також цей сенсор встановлюється в тих системах, в яких важливо визначити положення конкретного вала для синхронізації різних систем. Прикладом тому служить датчик колінчастого і розподільного валів.

Як перевірити датчик Холла? Існує кілька способів перевірки датчика. Наприклад, коли харчування в системі запалювання є, а свічки не видають іскру, на машинах з безконтактним трамблером знімається кришка розподільника і знімається штекерна колодка. Далі включається запалювання авто і замикаються контакти 2 і 3. Високовольтний провід повинен триматися біля маси. У цей момент повинна з'явитися іскра. Якщо іскра є, а при підключенні датчика її немає, то його потрібно замінити. Другий спосіб - вимірюється вихідна напруга датчика. У справному стані цей показник повинен знаходитися в межах від 0.4 до 11В. Третій метод - поставити замість старого датчика справний аналог. Якщо система запрацювала, значить, проблема в датчику.