Как выглядит датчик холла: принцип работы, как проверить своими руками, применение

принцип работы, как проверить своими руками, применение

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).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U_холла 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:

• Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля.
  На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
• Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

• униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
• биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.

Внешний вид цифрового датчика Холла

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:

• А – проводник.
• В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
• С – аналоговый датчик Холла.
• D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение U

ДТ, 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:

• А – датчик.
• B – магнит.
• С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

• При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
• В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
• В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

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:

• Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
• Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
• Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
• Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
• В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

• попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
• произошел обрыв сигнального провода;
• в разъем ДП попала вода;
• сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
• порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
• повреждение проводов, подающих питание к ДП;
• перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
• проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
• проблемы с блоком управления;
• неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
• возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку.
   Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:

• отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
• запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

2. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.

Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

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.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

3. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

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:

1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

[quads id=1]

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

• датчики тока
• тахометры
• датчики вибрации
• детекторы ферромагнетиков
• датчики угла поворота
• бесконтактные потенциометры
• бесколлекторные двигатели постоянного тока
• датчики расхода
• датчики положения

Применение цифровых датчиков

• датчики частоты вращения
• устройства синхронизации
• датчики систем зажигания автомобилей
• датчики положения
• счетчики импульсов
• датчики положения клапанов
• блокировка дверей
• измерители расхода
• бесконтактные реле
• детекторы приближения
• датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

Датчик Холла — назначение и принцип действия

На примере датчика Холла, применяемого в бесконтактной системе зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Назначение датчика Холла

Датчик Холла предназначен для определения момента искрообразования в бесконтактной системе зажигания (БСЖ) автомобиля.

Принцип действия датчика Холла

Принцип действия датчика основан на эффекте Холла, когда магнитное поле проводника изменяется при прохождении в нем специального экрана с прорезями.

На практике это выглядит так: датчик Холла автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 установлен на опорной пластине трамблера и состоит из двух частей – магнита и элемента Холла с усилителем. На датчик Холла подается напряжение с коммутатора (вывод 5) через токовый красный провод. «Масса» так же с коммутатора – бело-черный провод с вывода 3. Магнит создает магнитное поле, элемент Холла принимает его, создает напряжение, которое усиливает усилитель и через зеленый импульсный провод напряжение подается на коммутатор (вывод 6).

Для изменения магнитного поля применяется экран с четырьмя прорезями, который вращается вместе с валом распределителя зажигания (трамблера) проходя между магнитом и принимающей частью датчика Холла. При прохождении в пазу датчика прорези экрана магнитное поле имеет определенную величину и соответственно датчик выдает на коммутатор электрический ток определенного напряжения (9-12 В). При прохождении в пазу датчика зубца экрана магнитное поле экранируется и не поступает на приемник датчика, при этом напряжение, поступающее на коммутатор, падает (0-0,5 В).

Устройство датчика Холла. на примере трамблера системы зажигания карбюраторного двигателя автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС 22-25 кВ (ток высокого напряжения). Ток через бронепровода попадает на распределитель трамблера и далее на свечи зажигания, производя разряд, поджигающий топливную смесь. Прохождение каждого из четырех зубцов экрана в прорези датчика соответствует такту сжатия в одном из четырех цилиндров двигателя.

Примечания и дополнения

— На эффекте Холла основан принцип действия еще нескольких автомобильных датчиков, например, датчика скорости инжекторных ВАЗ 21083, 21093, 21099.

— Подробно о неисправностях датчика Холла — «Признаки неисправности датчика Холла».

— Самостоятельно снимаем Датчик Холла — «Как своими силами снять и заменить датчик Холла?».

Еще статьи по датчикам автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Проверка датчика Холла

— Датчик указателя температуры охлаждающей жидкости автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099

— Принцип действия бесконтактной системы зажигания

— Схема «устройство датчика кислорода ЭСУД ВАЗ 21083, инжектор»

— Датчик давления масла ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Датчик уровня тормозной жидкости ВАЗ 2108, 2109, 21099

— Датчик уровня топлива ВАЗ 2108, 2109, 21099

Датчик Холла — описание, схема, как проверить и заменить

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

В конце статьи смотрите видео-инструкцию по самостоятельной замене Датчика Холла.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

• одна соединяется с «массой»,
• ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
• с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео.

Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо «родного». Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

• Прежде всего, трамблер снимается с машины.
• Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
• Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
• При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
• Вал вытаскивают из трамблера.
• Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
• Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
• Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

признаки неисправности и порядок действий

Датчики есть в разных системах автомобилей и созданы они для того, чтобы сообщать электронной системе управления двигателем об изменении параметров работы.

В системе зажигания тоже присутствует чувствительный элемент, называемый датчиком Холла.

Для чего нужен

Датчик Холла применяется для определения углового положения коленчатого и распределительного валов двигателя. Встречается это устройство в таких автомобилях как AUDI, Volkswagen Golf и Passat, BMW, Suzuki, Opel, оснащённых бесконтактной системой зажигания.

В устаревшей контактной системе зажигания этот элемент применяется в качестве составной части трамблера (распределителя зажигания).

То есть, такая деталь есть в любом современном автомобиле, включая и многие проверенные годами модели, например, ВАЗ («2108», «2109», «1111») и  ГАЗ-24-10. В соответствии с показаниями этого прибора подаётся ток на свечи зажигания в цилиндрах.

Как работает

Принцип работы датчика Холла основан на эффекте увеличения напряжения в поперечном сечении проводника, помещённого в магнитное поле. В момент зажигания изменяется электродвижущая сила, что заставляет датчик-распределитель посылать сигналы на коммутатор и свечи зажигания.

Современный датчик Холла представляет собой устройство, улавливающее изменение магнитного поля при вращении распределительного вала. Для того, чтобы сенсор сработал, нужно определённое значение магнитной индукции. В таком виде как сейчас это устройство существует с 1980-х годов. В российской технике импульсный датчик применяется начиная с ВАЗ-2105.

Каким образом это происходит? На валу прерывателя-распределителя установлена специальная пластинка, имеющая вид короны. Особенность пластины – наличие прорезей (обычно их количество совпадает  с числом цилиндров в двигателе). В самом датчике распредвала установлен постоянный магнит.

В начале вращения  распределительного вала металлические лопатки  пересекают пространство около датчика, что порождает импульс тока, направленного к катушке зажигания, где оно преобразуется в более высокое и вызывает искрообразование на свечах, которые поджигают топливовоздушную смесь. С ростом числа оборотов распредвала растёт и частота импульсов от датчика, это обеспечивает соблюдение нормального цикла работы ДВС.

Явление, описанное выше, было открыто физиком Эдвином Холлом задолго до появления серийных автомобилей, но успешно применяется в автомобилестроении и сейчас. Это очень надёжная деталь, которая выходит из строя обычно из-за накопления на нём пыли и грязи.

Датчик положения распредвала имеет три контакта, один из которых связан с «массой», второй соединён с плюсовым проводом АКБ, а третий — с коммутатором системы зажигания.

Признаки неисправности датчика Холла

На неисправность датчика распределителя зажигания обычно указывают такие признаки:

• двигатель заводится дольше обычного либо совсем не заводится;
• резко изменяется число оборотов коленчатого вала, мотор работает рывками, в том числе и на холостом ходу;
• двигатель самопроизвольно останавливается, глохнет.

Как проверить

Есть несколько способов проверки датчика Холла, основанных на принципе его работы и доступных для применения в условиях личного гаража.

Видео — проверка системы зажигания с датчиком Холла:

Во-первых, можно взять полностью исправный прибор с другого автомобиля и поставить в свой. Если мотор после этого работает лучше, методом исключения можно предположить, что ваш датчик Холла неисправен.

Во-вторых, можно снять датчик с машины и подключить к нему мультиметр таким образом, чтобы плюсовой контакт тестера был подключён к сигнальному выходу датчика, а минусовой – к общему. Диапазон измерения напряжения задаётся в пределах  12 вольт. У исправного датчика тестер покажет значение не более 11 вольт.

Третий способ наиболее достоверен и выполняется при помощи самодельного индикатора напряжения из светодиода и последовательно соединенного резистора на 1 кОм, который подключается на место датчика Холла, имитируя его работу.

Можно сделать ещё проще: снять колодку проводов с датчика, включить зажигание и соединить между собой третий и шестой выходы. Если в результате появилась искра, то  устройство неисправно.

Как быть, если под рукой не оказалось мультиметра? Можно проверить прибор, применив следующий алгоритм действий:

1. Снимите жгут проводов трамблера.
2. Возьмите старый компьютерный вентилятор из системного блока (кулер процессора).
3. У кулера есть два провода белый и красный). Подсоедините их к колодке датчика в трамблере. Если всё хорошо, при включении зажигания вентилятор будет крутиться.  Этот метод аналогичен способу проверки датчика зажигания при помощи светодиода, о котором говорилось выше.  Такая проверка может указать на другие уязвимости системы зажигания, помимо распределителя.

Видео — как проверить датчик Холла с помощью компьютерного вентилятора:

На автомобилях серии ВАЗ при отсутствии каких-либо приборов можно поступить иначе. Достаньте одну из свечей зажигания и положите её на мотор. Включите зажигание и проверьте есть ли ток на катушке. Отсоедините центральный провод распределителя зажигания и подведите его к главному тормозному цилиндру между патрубками тормозов.

Далее отдельно взятым куском провода соедините центральный контакт трамблера с минусовой клеммой автомобильного аккумулятора. Если при этом видна искра между тормозным цилиндром и подведённым к нему проводом распределителя, значит, датчик Холла отслужил свой срок.

Самостоятельная замена датчика

При замене датчика зажигания алгоритм действий может отличаться в зависимости от того, на каком автомобиле выполняется операция. Для примера мы разберём ситуацию с выходом из строя датчика Холла на  ВАЗ-2108.

Для того, чтобы добраться до вышедшего из строя элемента, понадобятся плоская и крестовидная отвёртки, а также пассатижи. С помощью этого простого набора инструментов нужно снять с автомобиля распределитель зажигания, внутри которого расположен датчик Холла. Пошаговый алгоритм выглядит так:

• отсоединяется минусовой провод аккумулятора;
• снимаются высоковольтные провода с крышки распределителя зажигания;
• отсоедините шланг вакуум-корректора;
• снимите трамблер, открутив удерживающие его гайки.
• выставьте метку газораспределительного механизма относительно положения коленчатого вала;
• разберите трамблер, вытащите из него вал;
• снимите с трамблера клеммы датчика Холла и сам датчик.

Как искать неисправности в системе зажигания

При проверке датчика Холла и других компонентов системы зажигания на исправность нужно чётко представлять последовательность своих действий и их возможные результаты. Главное помнить одно важнейшее правило: неисправности нужно искать по цепочке от аккумулятора и до катушки зажигания.

Видео — устройство, позволяющее проверить работу датчика Холла:

Первым делом проверяются аккумуляторная батарея и генератор, для чего подойдёт стандартный мультиметр. Затем нужно посмотреть в каком состоянии находятся предохранители в центральном коммутаторе, уделив особое внимание тем, которые носят номера 13, 21, 25, 27, 28 и 32.

Потом сделайте визуальный осмотр проводов и их соединений, контактов, разъёмов, штекеров.

В процессе этой работы большинство неисправностей может устранить даже автомобилист, не имеющий ни малейших навыков механика. В последнюю очередь проверяются датчик Холла и катушка зажигания.

Если разрядился аккумулятор в машине что делать в первую очередь и на что следует обратить внимание.

Когда заметили грыжу на шине можно ли продолжать ездить в этом случае.

Зачем нужен лонжерон в автомобиле https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/to-i-remont/lonzheron-avtomobilya.html  и почему его повреждение очень опасно.

Видео — как проверить датчик Холла:

Датчик холла на ВАЗ 2109: замена своими руками, признаки поломки

Содержание:

1. Функции и расположение
2. Признаки поломки
3. Замена

Автомобили постоянно развиваются, потому появление новых устройств — не неожиданность. Примером развития отечественного автопроизводства стало появление датчика Холла на карбюраторных версиях ВАЗ 2109.

Функции и расположение

На карбюраторных ВАЗ 2109 датчик Холла (ДХ) отвечает за размыкание и замыкание контактной группы. При вращении экрана с окнами, на устройство подается сигнал, трансформирующийся в электрический. Посредством коммутатора сигнал идет на катушку зажигания, а там превращается в электрозаряд — искру.

Располагается ДХ у девятки на распределителе зажигания. Искать устройство необходимо под пылезащитным экраном. Датчик закреплен на опорной пластине с помощью заклепок или пары винтов. Это уже зависит от типа используемого распределителя.

На инжекторных ВАЗ 2109 датчик Холла отсутствует. Его функции выполняет датчик положения коленвала.

Признаки поломки

Если ДХ выйдет из строя, автомобиль сам вам сообщит о наличии неисправности. Для определения неполадок с ДХ существуют определенные признаки, идущие от двигателя:

• Вы попросту не можете завести двигатель;
• Возникают перебои в работе силового агрегата — плавный ход становится уже не таким плавным, появляются рывки;
• Холостой ход нарушен или отсутствует полностью;
• Двигатель может неожиданно выключиться, заглохнуть;
• Заметно теряется мощность мотора.

Прежде чем бежать к подкапотному пространству и менять датчик Холла, для начала нужно убедиться, что причина всех бед с двигателем заключается именно в нем. Все же признаки косвенные, и они могут быть вызваны нарушением работоспособности других элементов вашего автомобиля.

Место установки

Проверка состояния

Есть несколько основных способов, которые применяются сегодня для проверки текущего состояния датчика Холла. Познакомимся детальнее с каждым из них, а вы для себя решите, какой будете применять при очередной проверке ДХ на своем ВАЗ 2109.

Способ проверки	Ваши действия
Замена старого устройства новым	Это самый простой способ, который потребует от вас наличия под рукой запасного датчика Холла, в работоспособности которого вы уверены. Просто извлеките старый датчик, вставьте на его место новый и попробуйте завести автомобиль. Если все заработало, вы нашли причину. Если же нет, придется искать источник проблем в других система
Проверка напряжения на выходе	Для этого метода вам потребуется тестер, подключенный к выходу устройства. Если датчик Холла будет исправен, тестер покажет значения в пределах 0,4-11 Вольт. Если же данные не соответствуют установленным нормам, ДХ придется заменить
Имитация работы устройства	Популярный метод, в рамках которого вы обманываете собственный автомобиль, имитируя работу датчика Холла. Вам необходимо извлечь штекерную колодку, включить зажигание и соединить между собой 3 и 6 выходы. Если начнет проскакивать искра, будьте уверены, ваш датчик вышел из строя
Проверка без дополнительных приборов	Здесь вам тестер или вольтметр не потребуется. Сначала подключите вывод с катушки к свече зажигания, а резьбу свечи подключить на массу. Снимите каретку с датчиком и присоедините разъем. Теперь можно включать зажигание. С помощью отвертки проведите инструментом возле устройства — датчика Холла. Если на свече появится искра, это говорит об исправности ДХ. Если же нет, вывод очевиден.

Проверка устройства

Обнаружив, что ДХ неисправен, вам следует обязательно заменить устройство. Затягивать с этим мероприятием не рекомендуем.

Замена

Ничего особо сложного в замене ДХ на отечественной девятке нет. Потому за работу вполне можно браться своими руками даже начинающему водителю.

1. Отключите минусовую клемму от аккумулятора.
2. Отключите бронепровода от трамблера, отключите шланг от вакуум-корректора.
3. Далее извлекайте газовый трос и пока убирайте его в сторону, дабы не мешал процессу.
4. Открутите крепеж кронштейна, который удерживает провода. Кронштейн снимите со шпильки и отодвиньте. Иначе он будет вам мешать.
5. На корпусе привода вспомогательных узлов и трамблере обязательно нанесите прямую линию. Эта места позволит во время обратной сборки не нарушить момент зажигания.
6. Отключите питающую колодку с проводами.
7. Извлеките из картера сцепления заглушки и проверните отверткой маховик таким образом, чтобы установить поршень первого цилиндра в положении верхней мертвой точки.
8. Чтобы снять трамблер, вам необходимо открутить еще две крепежные гайки, удерживающие устройство.
9. Снимите крышку с трамблера, снимите бегунок и потяните его вверх. Только немного.
10. Снимите крышку пылезащиты.
11. Откручивайте теперь болт крепления, чтобы извлечь штекер.
12. Нужно еще открутить болты, которые держат пластину нашего искомого датчика.
13. Демонтируйте болты крепления вакуум-корректора, снимите стопорные кольца, корректор и тягу.
14. Чтобы достать провода, вам потребуется разжать имеющийся там зажим.
15. Снимите крепежную пластину, открутите крепежные болты, что позволит вам наконец-то снять вышедший из строя датчик Холла.
16. Необходимо теперь установить новый датчик и собрать узел, действуя в обратной последовательности.

Важно не сбить настройки зажигания

Не забудьте после завершения работ обязательно проверить, правильно ли работает ваш карбюраторный ВАЗ 2109, не нарушили ли вы момент зажигания.

Основная сложность процесса замены ДХ заключается в необходимости добраться до датчика, а также существующие риски нарушения правильной работы карбюратора. Но если действовать аккуратно и строго согласно инструкции, проблем удастся избежать.

 Загрузка …

---

Датчик холла ВАЗ 2110 инжектор где находится

Фото демонтажа датчика дроссельной заслонки Лады Калины, v-lada. ru.

Ваз 21102 датчик охлаждающей жидкости.

Что это такое и зачем нужен детонации датчик.

Демонтированный РХХ

Датчик холостого хода ваз 21099 фото.

ваз 2110 вентилятор охлаждения радиатора включается после 50 градусов.

Датчик холла ваз 2109 принцип работы.

Проверка датчика.

Глохнет ВАЗ 2109 на холостых оборотах.

Немного о диагностике и замене детонационного датчика.

На части распределителей зажигания датчик Холла крепится к опорной пластине. ..

холостого хода (рхх) ваз 2114: замена, ремонт.

Рулевые наконечники на ваз 2109 фото.

7.2.22. Снятие датчика положения дроссельной заслонки.

Comment on Снятие и замена дроссельного узла Ваз-2112.

Датчик холла ваз 2108 инжектор 1827287298.

Comment on Снятие и замена датчика положения дроссельной заслонки Ваз-2112. …

Снятие и разборка датчика-распределителя зажигания.

11. Если при замене дроссельного патрубка на новом патрубке не установлены датчик…

Датчики положения дроссельной заслонки.

Датчик температуры зашкаливает на прохладном двигателе на ваз 2110.

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла — Объясните, что материал Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумный элемент наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниках, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Давайте посмотрим поближе!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США.

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки тоже.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

“ Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен отводиться на одну сторону провода … ”

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны).Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В другом словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

1. Когда электрический ток течет через материал, электроны (показаны здесь синими пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этой картинке) больше электронов, чем на левой (наверху на картинке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец).Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

• Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
• Зонды на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.

Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух поверхностях когда вы помещаете их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии). На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики на эффекте Холла

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере.В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие и гибкие диски), вам необходимо иметь возможность в любой момент точно определить, где находится двигатель. Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12).Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение.Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История

• [PDF] Открытие эффекта Холла Г.С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, бросив вызов некоторым из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.

Статьи Эдвина Холла

• О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х. Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
• Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, No. 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
• Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для нескольких металлов Эдвина Х.Холл, PNAS США, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

• Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена. Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени. Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
• Устройства на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004.Несколько более крупная и подробная книга, но охватывающая схожую тему с смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
• Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда. Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла

В этом уроке мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

РЕКОМЕНДУЕТСЯ Обзор

---

Эффект Холла — это наиболее распространенный метод измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и находят множество современных применений.Например, они используются в транспортных средствах в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала. Также они часто используются как переключатели, компасы MEMS, датчики приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.

Что такое эффект Холла?

---

Вот эксперимент, объясняющий эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы настроим ток, протекающий через нее, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямой поток носителей заряда из-за силы, называемой Сила Лоренца (Википедия). В таком случае электроны отклонятся на одну сторону пластины, а положительные отверстия — на другую сторону пластины. Это означает, что если мы теперь поместим измеритель между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

Итак, эффект получения измеримого напряжения, как мы объясняли выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году.

Датчики на эффекте Холла

Базовый элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно производятся со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

Существует два типа датчиков Холла: один с аналоговым, а другой с цифровым выходом. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальной схемы видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорционален выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля.Датчики этого типа подходят и используются для измерения близости из-за их непрерывного линейного выхода.

С другой стороны, цифровые выходные датчики обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ». Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал может быть высоким или низким. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить это в моем конкретном руководстве.

Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

Другим современным применением датчиков Холла является измерение скорости вращения колеса / ротора или числа оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые расположены рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, изменяется окружающее магнитное поле, в результате чего выходной сигнал датчика становится либо высоким, либо низким. Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой прямоугольный сигнал, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.

Что такое датчик Холла?

Датчик на эффекте Холла — это электронное устройство, предназначенное для обнаружения эффекта Холла и преобразования его результатов в электронные данные, для включения и выключения цепи, для измерения переменного магнитного поля или обработки с помощью встроенного компьютера. или отображается в интерфейсе.В 1879 году ученый Эдвин Холл обнаружил, что если магнит поместить перпендикулярно проводнику с постоянным потоком тока, электроны, протекающие внутри проводника, тянутся в одну сторону, создавая разность потенциалов в заряде (то есть напряжении). Таким образом, эффект Холла указывает на наличие и величину магнитного поля вблизи проводника.

Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения таких переменных, как близость, скорость или смещение механической системы.Датчики на эффекте Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны контактировать с физическим элементом. Они могут генерировать цифровой (включенный и выключенный) или аналоговый (непрерывный) сигнал в зависимости от их конструкции и предполагаемой функции.

Переключатели и защелки на эффекте Холла включены или выключены. Переключатель на эффекте Холла включается в присутствии магнитного поля и выключается при удалении магнита. Защелка на эффекте Холла включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля и остается включенной даже при удалении магнита.При наложении отрицательного магнитного поля защелка на эффекте Холла отключается (открывается) и остается выключенной даже после удаления магнита.

Линейные датчики Холла (аналоговые) обеспечивают точные и непрерывные измерения на основе напряженности магнитного поля; они не включаются и не выключаются. В датчике на эффекте Холла элемент Холла передает разность электрических потенциалов (напряжение, вызванное магнитными помехами) в усилитель, чтобы сделать изменение напряжения достаточно большим, чтобы оно было воспринято встроенной системой.

Датчики

на эффекте Холла используются в сотовых телефонах и GPS, сборочных линиях, автомобилях, медицинских устройствах и многих устройствах Интернета вещей. Ожидается, что рынок датчиков на эффекте Холла будет расти более чем на 10% в год и к 2026 году достигнет 7,55 млрд долларов.

Причина и следствие

: поиск и устранение неисправностей датчиков Холла

Лампа из китового масла освещала место над кухонным столом, где Эдвин работал над тонкой прямоугольной полоской из золотой фольги. Он мог видеть свое отражение в полосе, и его мысли на мгновение заблудились, когда он подумал о том, каким усталым он выглядел.Было уже очень поздно, но Эдвин задумал что-то новое, что-то очень новое. Эдвин Холл работал над теорией электронного потока Кельвина, которая была представлена ​​около 30 лет назад в 1849 году. Во время работы он случайно заметил, что если ток течет через золотую полоску, а магнитное поле помещается перпендикулярно одной стороне полосы, на ее краях была обнаружена разность электрических потенциалов. Это открытие было приписано доктору Эдвину Холлу, и теперь оно называется эффектом Холла.

Как и многие другие открытия, блестящее наблюдение доктора Холла пришло не в результате его поиска, а в результате наблюдения чего-то необычного и последующего воздействия на него. Эффект Холла известен уже более 100 лет, но приложения для его использования не были разработаны до последних нескольких десятилетий. Автомобильная промышленность применила эту технологию ко многим системам, используемым в современных транспортных средствах, включая трансмиссию, систему контроля кузова, противобуксовочную систему и антиблокировочную тормозную систему. Чтобы охватить эти различные системы, датчик на эффекте Холла конфигурируется несколькими способами / переключением, аналоговым и цифровым.Это датчики приближения; они не имеют прямого контакта, но используют магнитное поле для активации электронной схемы.

Эффект Холла может быть получен с помощью таких проводников, как металлы и полупроводники, и качество эффекта меняется в зависимости от материала проводника. Материал будет напрямую влиять на протекающие через него электроны или положительные ионы. В автомобильной промышленности обычно используются три типа полупроводников для изготовления элемента Холла / арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs).Самый распространенный из этих полупроводников — арсенид индия. Как и в эксперименте доктора Холла, важно, чтобы проводник был прямоугольным и очень тонким. Это позволяет протекающим через него носителям разделяться и объединяться по краям.

Теперь давайте посмотрим на принцип эффекта Холла (рис. 1 и 2 выше). Если ток течет по проводнику и магнитному полю (магнитному потоку) позволяют перемещаться по проводнику перпендикулярно потоку тока, заряженные частицы дрейфуют к краям прямоугольной полосы.Эти заряженные частицы собираются на краях поверхности. Магнитный поток передает силу на проводник, которая заставляет напряжение (положительную силу) дрейфовать к одному краю, в то время как электроны (отрицательная сила) дрейфуют к противоположному краю. Сила, действующая на текущий поток, называется силой Лоренца.

Пока к проводнику прикладывается магнитная сила, носители остаются на противоположных сторонах, создавая падение напряжения на проводнике. Этот перепад напряжения и есть напряжение Холла. Он пропорционален току, протекающему через него, напряженности магнитного поля и типу материала проводника.Если любая из этих трех переменных изменится, разность напряжений на проводнике также изменится. Вот почему элемент Холла должен иметь регулируемое напряжение, подаваемое на путь тока. Если ток регулируется и материал проводника задан, остается изменить только магнитную напряженность. Когда магнитная напряженность изменяется до угла 90 ° по отношению к пути тока, падение напряжения на проводнике также изменяется. Чем сильнее магнитный поток, тем больше падение напряжения на проводнике.

Генерируемое напряжение Холла является аналоговым сигналом. Этот сигнал Холла очень мал / обычно около 30 микровольт при магнитном поле 1 гаусс. Из-за небольшого генерируемого напряжения сигнал Холла должен быть усилен, если устройство будет использоваться в практических целях.

Тип усилителя, который лучше всего подходит для использования с элементом Холла, — это дифференциальный усилитель (рис. 3 на стр. 56), который усиливает только разность потенциалов между положительным и отрицательным входами.Если нет разницы напряжений между положительным и отрицательным входами усилителя, выходное напряжение усилителя не будет. Однако при наличии разности напряжений эта разница будет иметь линейное усиление. Величина усиления определяется дифференциальным усилителем, используемым в схеме.

Элемент Холла подключается непосредственно к дифференциальному усилителю, поэтому активность элемента Холла отражается усилителем. Когда магнитное поле отсутствует в элементе Холла, не создается напряжение Холла и отсутствует выходное напряжение из усилителя.Когда к элементу Холла прикладывается магнитное поле, на элементе создается напряжение Холла. Дифференциальный усилитель обнаруживает этот перепад напряжения и усиливает его.

Способ использования датчика Холла определяет изменения схемы, необходимые для обеспечения правильного вывода на устройство управления. Этот выходной сигнал может быть аналоговым, например датчик положения ускорения или датчик положения дроссельной заслонки, или цифровым, например датчик положения коленчатого вала или распределительного вала.

Давайте рассмотрим эти различные конфигурации датчика Холла.Когда элемент Холла должен использоваться для аналогового датчика, который может использоваться для шкалы температуры в системе климат-контроля или датчика положения дроссельной заслонки в системе управления трансмиссией, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а усилитель — к транзистору NPN (рис. 4). Магнит прикреплен к вращающемуся валу. Когда вал вращается, магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла пропорционально напряженности магнитного поля.

Если бы вал дроссельной заслонки контролировался PCM, магнит вращался бы вместе с валом дроссельной заслонки. На холостом ходу дроссельная заслонка была закрыта. В этом случае напряженность магнитного поля будет низкой, а создаваемое напряжение Холла будет низким. Дифференциальный усилитель будет иметь небольшую разность потенциалов, а выход усилителя будет низким. База транзистора NPN будет получать выходной сигнал усилителя.

Поскольку напряжение на базе низкое, усиление транзистора NPN также низкое.В этом состоянии выходное напряжение TPS будет порядка 1 вольт. Когда двигатель находится под нагрузкой, вал дроссельной заслонки вращается, открывая дроссельную заслонку. При вращении вала дроссельной заслонки магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла увеличивается пропорционально напряженности магнитного поля. По мере увеличения напряжения Холла дифференциальный усилитель получает свою разность потенциалов. Затем усилитель усиливает разницу между отрицательным и положительным входами.Этот возрастающий выходной сигнал отправляется на базу транзистора NPN, который затем усиливает сигнал, создавая выходной сигнал датчика положения дроссельной заслонки. Этот линейный выход пропорционален вращению вала дроссельной заслонки.

Выходные данные TPS отправляются в PCM, где он сообщает об угле вала дроссельной заслонки. Микропроцессор PCM не может напрямую считывать аналоговое напряжение, отправляемое с TPS. Этот сигнал должен быть преобразован в двоичный формат — единицы и нули. Для этого используется устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем.В большинстве случаев используется 8-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует уровень напряжения в последовательность единиц и нулей, которые микропроцессор может декодировать и использовать для определения фактического угла вала дроссельной заслонки.

Когда элемент Холла должен использоваться для цифрового сигнала, например, в датчике положения коленчатого или распределительного вала или датчике скорости транспортного средства, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, который подключен к триггеру Шмитта. В этой конфигурации датчик выдает цифровой сигнал включения / выключения.В большинстве автомобильных цепей датчик Холла является поглотителем тока или заземляет сигнальную цепь. Для этого к выходу триггера Шмитта подключается NPN-транзистор (рис. 5). Магнит расположен напротив элемента Холла. Спусковое колесо, или цель, расположено так, чтобы затвор мог находиться между магнитным полем и элементом Холла.

Когда заслонка не находится между магнитом и элементом Холла, магнитное поле проникает через элемент Холла, создавая напряжение Холла.Это напряжение подается на положительный и отрицательный входы дифференциального усилителя. Усилитель увеличивает это дифференциальное напряжение и отправляет его на вход триггера Шмитта (цифрового пускового устройства). Когда напряжение от дифференциального усилителя увеличивается, оно достигает порога включения или рабочей точки. В этой точке срабатывания триггер Шмитта меняет свое состояние, позволяя отправить сигнал напряжения.

Точка срабатывания (отключения) установлена ​​на более низкое напряжение, чем точка включения.Целью этой разницы между точками включения и выключения (гистерезис) является устранение ложного срабатывания, которое может быть вызвано незначительными отклонениями от дифференциального усилителя. Триггер Шмитта включается, и выходное напряжение отправляется на базу NPN-транзистора. Когда на базе транзистора присутствует напряжение, транзистор включается.

Регулятор напряжения блока управления подает напряжение на резистор или нагрузку. Схема резистора подключена к коллектору транзистора NPN, и когда NPN включен, ток течет в коллектор и выходит из эмиттера на землю.В этом состоянии сигнал заземлен. Поскольку резистор находится внутри блока управления, напряжение находится на плече заземления и будет падать очень близко к напряжению заземления.

При вращении спускового колеса затвор перемещается между магнитом и элементом Холла. Поскольку спусковое колесо сделано из железа, оно притягивает магнитное поле к затвору. В этот момент элемент Холла больше не имеет магнитного поля, проникающего через него, и напряжение Холла не создается. Без напряжения Холла дифференциальный усилитель не имеет выхода на триггер Шмитта.В свою очередь, триггер Шмитта не имеет выхода напряжения на базу NPN-транзистора, и транзистор изменяет состояние и закрывается. Затем земля снимается с груза. Это создает разрыв цепи. В разомкнутой цепи присутствует напряжение источника. Если бы регулятор напряжения был источником 5 вольт, то напряжение в разомкнутой цепи было бы 5 вольт. При вращении заслонка выдвигается между магнитом и элементом Холла. Включается цепь, замыкающая заземляющую ногу от нагрузки.Таким образом, напряжение сигнала падает очень близко к земле. Этот цикл повторяется для создания цифрового сигнала от датчика Холла с экранированным полем.

Зубчатый датчик Холла (рис. 6) — это еще один тип цифровых датчиков включения / выключения. Подмагничивающий магнит размещен над элементом Холла. В этом датчике магнитное поле всегда проникает через элемент Холла, и всегда присутствует напряжение Холла. Когда зуб шестерни или цель проходит под элементом Холла, магнитное поле в элементе усиливается.По мере усиления магнитного поля напряжение Холла увеличивается. Это напряжение отправляется в схему, которая сравнивает выходное напряжение холла без зубцов с выходным напряжением холла.

Для срабатывания этого датчика цель должна пройти мимо элемента Холла. В не зубчатом положении конденсатор заряжается для хранения незубчатого напряжения Холла, чтобы его можно было сравнить с зубчатым напряжением Холла. Когда передний край зуба приближается к датчику, напряжение Холла увеличивается до заданной точки срабатывания.В этот момент компаратор отправляет сигнал в схему триггера. Триггер подает сигнал напряжения на NPN-транзистор и включает его. Транзистор NPN подключен к цепи резистора в блоке управления.

Одна сторона резистора подключена к регулятору напряжения, другая сторона — к коллектору NPN-транзистора. Когда транзистор меняет состояние и включается, сигнальное напряжение сбрасывается на землю. Когда цель вращается и задняя кромка зубца проходит через датчик Холла, напряжение падает ниже заданной точки срабатывания, и компаратор подает напряжение на цепь запуска и выключает транзистор NPN.Затем транзистор меняет состояние и размыкает цепь. Теперь в сигнальной цепи присутствует напряжение источника. Если регулятор представляет собой источник 5 В, напряжение сигнала теперь составляет 5 В. Когда зуб проходит под датчиком Холла, цепь активируется и тянет этот 5-вольтовый сигнал на землю. Этот цикл повторяется для создания цифрового выходного сигнала датчика Холла с зубчатым колесом.

Для поиска неисправностей в этих цепях (см. Рис. 7 и 8) необходимо измерить падение напряжения на питании, заземлении и сигнале.Если сигнал правильный на низком и высоком выходах, питание и заземление также будут в норме. Если источником питания является аккумуляторное напряжение, регулятор напряжения находится внутри датчика Холла. Если питание подается от электронного модуля, регулятор напряжения находится в этом модуле. Если источник питания падает из-за падения напряжения (сопротивления) или из-за проблемы регулятора, выходной сигнал также упадет. Если напряжение питания увеличится, выходной сигнал также увеличится. Если напряжение земли увеличивается из-за падения напряжения (сопротивления), выходной сигнал также увеличивается.

С аналоговым датчиком Холла, если есть падение напряжения или разрыв цепи между датчиком Холла и модулем управления, напряжение сигнала будет правильным на датчике, но неправильным на модуле. Если напряжение на модуле правильное, а напряжение на диагностическом приборе неправильное, значит, проблема в аналого-цифровом преобразователе внутри блока управления. Перед заменой блока всегда проверяйте питание, массу и сигналы на модуле управления.

Осциллограф необходим для поиска и устранения неисправностей цифрового датчика.Следующие рекомендации помогут вам поставить диагноз:

• С цифровым датчиком на эффекте Холла, если сигнал на датчике высокий, прерывистый или полностью отсутствует, цепь от модуля управления исправна.
• В разных блоках управления используются разные уровни напряжения сигнала; Обычны 5, 8, 9 и 12 вольт. Этот уровень напряжения сигнала должен быть в пределах 10% от целевого напряжения, иначе блок управления не обнаружит изменение состояния напряжения.
• Если сигнал низкий, прерывистый или полностью неработоспособный, регулятор напряжения или цепь в блоке управления могут быть неисправны, сигнальный провод может быть разомкнут или заземлен, или датчик эффекта Холла может быть неисправен и тянет сигнал на землю.
• Если уровень напряжения заземления датчика не находится в пределах 10% от напряжения заземления автомобиля, блок управления не обнаружит изменение состояния сигнала.
• Если напряжение остается высоким или низким, убедитесь, что цель движется.
• При выходе из строя нескольких датчиков Холла убедитесь, что цель не попадает в один из них.
• Когда сигнальный провод Холла закорочен или периодически или постоянно закорочен на источник питания, он сгорает в электронных схемах внутри датчика Холла и обычно приводит к заземлению сигнала.Датчик Холла рассчитан на ток 20 миллиампер или меньше. Резистор расположен в сигнальной цепи, поэтому он может ограничивать ток, протекающий по этой цепи. Если сопротивление этого резистора снизится, ток увеличится, что приведет к многочисленным отказам датчика Холла.

Существует множество конфигураций датчиков Холла. Все эти устройства работают по одним и тем же основным принципам, описанным здесь. Когда вы работаете в отсеке обслуживания, позвольте своему блеску сиять, как у доктора Эдвина Холла.Обратите внимание на то, что необычно, и действуйте в соответствии с этим.

Скачать PDF

Тестирование датчика на эффекте Холла

Тестирование датчика на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла существуют уже давно. Это

, обычно используемые для датчика кулачка и кривошипа, но их также можно найти

и в других местах. Например, датчик скорости или счетчик оборотов

на некоторых компрессорах. В основном датчик на эффекте Холла — это преобразователь

, способный выдавать переменный выходной сигнал в зависимости от силы магнитного поля

, с которым он находится в непосредственной близости.К датчику Холла подключены три провода

. Провод заземления, провод входного напряжения

и провод выходного сигнала. (Провод заземления можно не использовать для

, заземления корпуса вместо провода.)

Что такое датчик Холла?

Типичный датчик на эффекте Холла состоит из тонкой проводящей пластины, через которую может проходить ток. Напряжение проходит через проводящую пластину и течет к выходному проводу.Теперь, если мы поднесем магнитное поле к проводящей пластине, оно нарушит прямолинейный поток напряжения, называемый силой Лоренца. (Некоторые датчики на эффекте Холла будут иметь постоянный магнит, встроенный в датчик, в то время как другие используют внешний магнит.) Электроны в проводящем материале будут отклоняться в одну сторону, замедляя поток напряжения из датчика. Это означает, что если мы поместим измеритель между двумя выводами, мы получим измеримое изменение напряжения, которое также видит PCM.

Датчик на эффекте Холла не может сам по себе создавать изменяющийся выходной сигнал, ему необходимо разместить кусок металла на точном расстоянии от кончика датчика. Это создаст флуктуирующий электрический сигнал, который будет индуцироваться при перемещении металла в магнитное поле и из него. Затем этот электрический сигнал передается от датчика по выходному сигнальному проводу.

Датчик на эффекте Холла использует опорное напряжение, приложенное к входному проводу, в качестве базового напряжения для выходного сигнала.Земля нужна только для замыкания цепи. Однако опорное напряжение обычно составляет 5 вольт, но в некоторых моделях оно варьируется от 8 вольт или до 12 вольт (или напряжения батареи). Это входное напряжение или обычно называемое опорным напряжением, обычно исходит от PCM.

Выходной провод обычно называют выходным сигналом или в некоторых справочных материалах он может даже называться входным сигналом PCM. Просто имейте в виду, что это выходной сигнал датчика, а не место, где можно добавлять какое-либо напряжение во время тестирования.

В большинстве случаев вы найдете датчик кривошипа, установленный рядом с коленчатым валом или на маховике, с концом датчика всего в доле дюйма от зубчатого колеса пилы, называемого реактором. Зубья пилы реактора оказывают высокое и низкое сопротивление внутренней катушке датчика. Если вы возьмете реактор и распрямите его по прямой линии, вы увидите, что квадратные очертания вверх и вниз, которые он создает, имеют точно такую ​​же форму прямоугольной волны, которую вы видите на своем осциллографе.На кулачковом датчике он может не иметь симметричного рисунка зубьев пилы, а иметь повторяемую конфигурацию вверх и вниз с различными рисунками длин длинных и коротких зубьев пилы.

Проверка датчика Холла

Есть несколько способов проверить датчик Холла, которые приходят на ум. Первый и наиболее часто получаемый неправильный тест — это держать датчик в руке, когда он подключен к омметру, а затем протирать датчик металлическим предметом, например гаечным ключом. Вы должны увидеть какое-то движение на счетчике.Это не тест с абсолютной уверенностью, который указывает на то, что датчик находится в хорошем состоянии. Хотя он показывает, может ли датчик регистрировать сигнал, это не хороший / плохой результат теста. Чтобы убедиться в этом, вам нужно будет протестировать его дальше.

Следующим лучшим методом, не снимая датчик с автомобиля, является использование сканера. Большинство сканеров, способных считывать показания датчика кулачка или кривошипа, обычно позволяют вам видеть значения датчика в режиме реального времени. Некоторые считывают количество оборотов, некоторые считывают выходное напряжение (вход PCM от датчика), а некоторые могут показывать только входное напряжение или процент выходного сигнала.(На некоторых сканерах сигнал датчика скорости колеса будет преобразован в миль / ч, а не в показания напряжения.)

Я предпочитаю использовать осциллограф. Начните с подключения заземляющего провода осциллографа к заведомо исправному заземлению, затем снова проверьте один из выводов соединения датчика. (На этом этапе нет необходимости знать, какой провод какой, мы узнаем это через минуту.) Значение «0» или близкое к 0 напряжение, скорее всего, будет указывать на заземляющий провод датчика. Если на проводе отображается напряжение, близкое к 5 В или более, скорее всего, это провод входного опорного напряжения.Оба эти отведения можно считывать с помощью мультиметра, если прицела недоступна. Однако оставшееся опережение не будет точно регистрироваться мультиметром при работающем двигателе или, в случае датчика скорости при вращении колеса, для этого требуется осциллограф. Как я упоминал ранее, это отведение, которое будет создавать прямоугольную волновую диаграмму.

Последняя проверка заключается в том, чтобы найти электрическую схему для автомобиля, над которым вы работаете, и проверить различные места расположения проводов на разъеме и их функции.После того, как вы определили правильность проводов, показания напряжения, которые вы видите на осциллографе, должны помочь вам в определении состояния датчика. Чтобы углубиться в диагностику, и если у вашего прицела более одного канала, вы можете использовать следующий канал, чтобы одновременно видеть датчик кулачка и кривошипа на одном экране. Наблюдая за положением максимальных и минимальных значений на экране, вы сможете определить фактическое положение поршня (коленчатого вала) и кулачка по отношению к пикам и впадинам двух датчиков.

Тестирование с использованием показаний датчика Холла

В случае отказа двигателя или плохой работы вы можете увидеть, что ваши датчики кулачка и кривошипа не выровнены, что указывает на вероятность того, что ремень или цепь ГРМ прыгнуло время. Иногда это несовпадение является незначительным отклонением от правильного показания осциллографа. Вот где полезно иметь источник известных хороших волновых паттернов и сравнивать ваш шаблон осциллографа с заведомо хорошим шаблоном.Примером того, что следует искать, является пропущенный зуб в шаблоне или необычная длина по сравнению с другими рисунками зубьев пилы на экране, или, возможно, что-то, что появляется на экране как сбой, но в то же время повторяется снова и снова. очередной раз. Любое из этих условий может указывать на проблему с реактором, датчиком или периодически возникающую проблему с проводкой. У меня было несколько случаев, когда простое нажатие на датчик еще больше фактически исправляло диаграмму направленности и промах одновременно.

Со временем вы научитесь читать на экране осциллографа как на дорожной карте. Я ни в коем случае не самый быстрый ученик, но мне удалось достаточно понять формы волны осциллографа и схемы датчиков кулачка и кривошипа, чтобы обнаружить множество проблем, на решение которых у меня ушли бы часы. это, и нет причин, по которым вы не могли бы сделать то же самое.

Удачного тестирования.

Что такое датчики на эффекте Холла и какова их роль в двигателях постоянного тока?

Двигатели постоянного тока могут быть щеточными с механической коммутацией или бесщеточными с электрической коммутацией.В бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC) датчики Холла используются вместо механического коммутатора и щеток.

Датчики на эффекте Холла — это твердотельные датчики магнитного поля. Они работают по тому принципу, что когда проводник с текущим по нему током помещается в магнитное поле, магнитное поле индуцирует поперечную (или боковую) силу на носителях заряда, которая толкает их к сторонам проводника — отрицательно на единицу сторону и положительно с другой стороны. Это накопление заряда по бокам проводника вызывает напряжение.Этот эффект получил название эффекта Холла в честь его первооткрывателя Эдвина Холла.

Бесщеточный двигатель постоянного тока с тремя датчиками Холла для определения положения ротора. Изображение предоставлено: Honeywell International Inc.

Назначение коммутации, будь то механическое или электрическое, состоит в том, чтобы запитать обмотки статора в определенной последовательности, при этом одна положительная обмотка, одна отрицательная и третья отключены. Производство крутящего момента вызывается притяжением и отталкиванием между полем статора и постоянными магнитами ротора.. Максимальный крутящий момент достигается, когда эти два поля ориентированы под углом 90 градусов друг к другу, а крутящий момент уменьшается по мере выравнивания полей. Следовательно, чтобы двигатель продолжал вращаться, магнитное поле статора должно менять положение, когда поле ротора «догоняет» его.

Для подачи питания на правильную обмотку статора необходимо знать положение ротора. Это задача датчиков Холла — контролировать положение ротора. Двигатели BLDC обычно имеют три датчика Холла, установленных либо на статоре, либо на роторе, и используют так называемую шестиступенчатую коммутацию.Когда ротор проходит датчик, он выдает высокий или низкий сигнал, чтобы указать, какой полюс ротора (N или S) прошел. Это переключение трех датчиков Холла (с высокого на низкий или с низкого на высокий) обеспечивает информацию о положении ротора каждые 60 градусов.

При шестиступенчатой ​​коммутации каждая из трех обмоток (U, V, W) находится под напряжением либо положительно, либо отрицательно, либо выключена, в зависимости от того, имеет ли каждый из трех датчиков эффекта Холла высокое или низкое состояние. Изображение предоставлено: Atmel Corp.

---

60 °, умноженное на шесть шагов, равняется 360 ° или одному полному обороту. Отсюда и термин шестиступенчатая коммутация.

---

Датчики на эффекте Холла являются наиболее распространенным методом определения положения ротора в двигателях с BLDC из-за их низкой стоимости и простоты использования с постоянными магнитами ротора. А поскольку коммутация происходит с шагом 60 градусов, считывание и вывод с высоким разрешением не требуются.

Чтобы получить подробное, но простое в использовании руководство по шестиступенчатой ​​коммутации, посмотрите это видео от maxon motor.

Что такое эффект Холла и каковы его приложения?

XIX век был временем больших научных прорывов. Это было в ту эпоху, когда впервые был открыт эффект Холла; способ измерения магнитного поля. Может показаться, что это было давно, и открытия того времени могут показаться относительно первобытными по сравнению с новыми научными концепциями, такими как секвенирование генома человека и квантовые вычисления. Но то, что он долго лежит в зубе, не означает, что он бесполезен.

Если вы читали наш блог «Что такое термопара?» вы будете знакомы с эффектом Зеебека, открытием 1800-х годов в измерении напряжения металлов для определения температуры; инструмент, который широко используется и по сей день.Эффект Холла следует по тому же пути, но что такое эффект Холла и как он работает? Кто и как использует датчики Холла или устройства Холла? Читайте дальше, чтобы узнать основы этого впечатляющего и теперь плодотворного открытия.

Рисунок 1: Магнит, одна из основных сил

Что такое эффект Холла?

Электромагнетизм — одна из четырех фундаментальных сил; гравитация, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие — вот остальные.Эти темы слишком широки для этого скромного блога, но имейте это в виду; существует связь между электричеством и магнетизмом. То, что мы воспринимаем как электричество, — это в основном движение свободных электронов по проводящему проводу. Поскольку электроны заряжены отрицательно, их можно толкать или притягивать магнитным полем. Следовательно, с помощью магнита можно протолкнуть электроны через провод и создать ток. Нет, это не волшебный трюк, это называется индукцией. На этой взаимосвязи между магнитом и электрическим током основан эффект Холла, а именно на влиянии магнитного поля на электроны, составляющие ток.

Устройства на эффекте Холла — один из наиболее распространенных способов измерения магнитных полей. В этом типе датчика путь электрического тока в полупроводнике изменяется с помощью расположенного поблизости магнита. Это изменение тока можно измерить как напряжение, поскольку на одной стороне полупроводника будет больше электронов и она будет заряжена отрицательно. В то время как на другой стороне будет меньше электронов и, следовательно, более положительный заряд. Величина напряжения пропорциональна влияющему магнитному полю; если он сильный, то будет большая разность потенциалов, а если он слабый, то будет небольшое напряжение.Давайте посмотрим на схему базового датчика Холла, чтобы лучше понять эту идею.

Рисунок 2: Базовый датчик на эффекте Холла

Датчик на эффекте Холла представляет собой простую пластину из полупроводящего материала, которая является частью цепи. Как вы можете видеть на Рисунке 2, в настоящий момент ничего страшного не происходит; электроны электрического тока проходят через нашу простую цепь. Мы собираемся поднести магнит к этому устройству.

Рисунок 3: Магнит, приближающийся к датчику Холла

Когда магнит приближается, электроны тока отклоняются.Следовательно, чем ближе магнит приближается, тем больше отклоняются электроны. Следовательно, по мере приближения магнита создается все большее и большее измеряемое напряжение. В качестве альтернативы, вместо того, чтобы подвигать магнит ближе, вы можете сделать магнит сильнее. Это создаст большее магнитное поле и тем самым вызовет большее увеличение напряжения.

Рисунок 4: Магнит, расположенный очень близко к датчику Холла, создающий большее напряжение

Обратите внимание на разные показания мультиметров на рисунках 2, 3 и 4.С увеличением напряженности магнитного поля одинаково увеличивается и напряжение. Даже в сильных магнитных полях создаваемая разность потенциалов невероятно мала. Полноценное устройство на эффекте Холла может включать в себя какой-то усилитель для усиления сигнала с целью создания напряжения такой величины, которую мы можем использовать.

Открытие эффекта Холла

Хотя эффект Холла был открыт в конце 19 века. Лишь 70 лет спустя это открытие было впервые использовано на практике.Переключатель мощности микроволн был первой реализацией устройства. Поскольку производство полупроводников становится более дешевым, возможности использования датчиков на эффекте Холла росли. Теперь вы можете найти их везде, от самолетов до мобильных телефонов и даже в посудомоечных машинах.

Давайте на время отложим теорию и подумаем над некоторыми практическими применениями этого принципа. Самым простым было бы использовать эффект Холла как своего рода датчик приближения. Если магнитное поле может вызвать изменение пути электрического тока, тогда мы могли бы встроить магнит в объект и количественно определить, сколько раз он приближался к другому объекту, просто ощущая изменение напряжения, когда он приближается к электрическому току.

Если бы мы, например, поместили наш элементарный датчик приближения на лопасть ветряного генератора, мы могли бы ощущать каждый раз, когда лопасть совершает полный оборот. Это определение вращения может позволить оператору ветряной мельницы измерять всевозможные вещи, такие как скорость наружного ветра или потенциальную мощность, которая может быть произведена. Информацию можно было даже использовать в качестве предохранительного выключателя, который мог вызвать тревогу, если вращающиеся лопасти вращались со слишком высокой скоростью.

Применение датчика Холла

Довольно гипотетически, давайте быстро взглянем на одно современное устройство, автомобиль, и посмотрим, насколько распространены датчики Холла на самом деле.Если вам понравилось удобство управления стеклоподъемниками или боковыми зеркалами, то вы использовали датчик Холла. Будь то пожиратель бензина или эконом-класс, ваш автомобиль сокращает расход топлива за счет системы впрыска топлива и контроля работы коленчатого вала, что возможно благодаря датчикам Холла. Возможно, вы знакомы с термином «накачать тормоза», но в противном случае это означает, что вам повезло, что вы выросли в эпоху антиблокировочных тормозных систем.

В этом изобретении датчик Холла поддерживает вращение ваших шин с оптимальной скоростью и, вместо того, чтобы буксовать до полной остановки, фактически заставляет вашу машину останавливаться быстрее, когда вы нажимаете на тормоза.Действительно, датчики Холла можно встретить повсюду: в стиральных машинах, на платах компьютеров и в промышленном оборудовании. Использование этого устройства позволило увеличить количество изобретений; которые помогают нам во всем, от безопасности до эффективности, и даже просто о современных удобствах, которые мы считаем само собой разумеющимися.

Рис. 5: Элементы автомобиля, в которых используются датчики Холла

Еще одно широкое применение датчиков эффекта Холла — их использование в качестве преобразователей тока.Поскольку эффект Холла измеряет магнитное поле, являющееся продуктом технологического провода, по которому проходит ток, это отличный тип датчика для использования в некоторых типах преобразователей тока. Когда технологический ток проходит через апертуру нашего преобразователя, он создает пропорциональное вторичное магнитное поле внутри прибора, которое воздействует на датчик Холла. Преобразователи тока — это увлекательное устройство управления технологическим процессом, и мы рассмотрим их более подробно в разделе «Что такое преобразователь тока?» Здесь, в Enercorp, мы поставляем преобразователи тока для всех профессионалов отрасли.Взгляните на наш Текущий раздел, где вы можете ознакомиться с некоторыми реальными примерами и увидеть широкий спектр возможностей и характеристик этого инструмента.

Рис. 6. Пара преобразователей тока Enercorp

Поскольку магнитное поле является ключевой переменной, вызывающей реакцию датчиков Холла. Все, к чему вы можете прикрепить магнит, может стать чем-то вроде устройства Холла. Теперь, когда управление процессами и автоматизация становятся такой важной частью операций; Потребность в настраиваемых и высокопроизводительных датчиках является безжалостной.