Датчик на Хол: принцип на действие, видове, приложение, как да се провери

За ефективната работа на всички системи на съвременния автомобил производителите оборудват автомобила с разнообразни електронни устройства, които имат повече предимства пред механичните елементи.

Всеки сензор е от голямо значение за стабилността на работата на различни компоненти в машината. Обмислете характеристиките на сензора на залата: какви видове има, основните неизправности, принципа на работа и къде се прилага.

Какво е сензор на Хол в кола

Сензорът на Hall е малко устройство, което има електромагнитен принцип на действие. Дори в старите автомобили на съветската автомобилна индустрия тези сензори са налични - те контролират работата на бензиновия двигател. Ако дадено устройство се повреди, двигателят в най-добрия случай ще загуби стабилност.

Те се използват за работата на запалителната система, разпределението на фазите в газоразпределителния механизъм и други. За да разберете какви неизправности са свързани с повредата на сензора, трябва да разберете неговата структура и принцип на работа.

За какво служи сензорът на Хол в колата?

Необходим е сензор на Hall в колата за записване и измерване на магнитни полета в различни части на автомобила. Основното приложение на HH е в запалителната система.

Устройството ви позволява да определяте конкретни параметри по безконтактен начин. Сензорът създава електрически импулс, който отива към превключвателя или ECU. Освен това тези устройства изпращат сигнал за генериране на ток, за да създадат искра в свещите.

Накратко за принципа на работа

Принципът на действие на това устройство е открит през 1879 г. от американския физик Е.Г. Зала. Когато полупроводникова пластинка навлезе в областта на магнитното поле на постоянен магнит, в нея се генерира малък ток.

След прекратяването на магнитното поле не се генерира ток. Прекъсването на въздействието на магнита се случва през процепите в стоманения екран, който е поставен между магнита и полупроводниковата пластина.

Къде се намира и как изглежда?

Ефектът на Хол намери приложение в много автомобилни системи като:

• Определя положението на коляновия вал (когато буталото на първия цилиндър е в горната мъртва точка на хода на компресията);
• Определя положението на разпределителния вал (за синхронизиране на отварянето на клапани в газоразпределителния механизъм при някои модели съвременни двигатели с вътрешно горене);
• В прекъсвача на системата за запалване (на разпределителя);
• В оборотомера.

В процеса на въртене на вала на двигателя сензорът реагира на размера на прорезите на зъбите, от които се генерира ток с ниско напрежение, който се подава към комутационното устройство. Попадайки в бобината на запалването, сигналът се преобразува във високо напрежение, което е необходимо за създаване на искра в цилиндъра. Ако сензорът за положение на коляновия вал е дефектен, двигателят не може да се стартира.

Подобен сензор се намира в прекъсвача на безконтактната запалителна система. Когато се задейства, намотките на бобината за запалване се превключват, което й позволява да произвежда заряд върху първичната намотка и да се разрежда от вторичната.

Снимката по-долу показва как изглежда сензорът и къде е инсталиран в някои превозни средства.

В дистрибутора

Сензор на коляновия вал

Сензор на разпределителния вал

Сензор за тахометър

Датчик на Хол в електродвигателя

приспособление

Обикновено сензорно устройство на зала се състои от:

• Постоянен магнит. Той създава магнитно поле, което действа върху полупроводника, в което се създава ток с ниско напрежение;
• Магнитна верига. Този елемент възприема действието на магнитно поле и генерира ток;
• Въртящ се ротор. Това е метална извита плоча, която има прорези. Когато валът на основното устройство се върти, лопатките на ротора последователно блокират ефекта на магнита върху пръта, който създава импулси вътре в него;
• Пластмасови заграждения.

Видове и обхват

Всички сензори на Хол попадат в две категории. Първата категория е цифрова, а втората е аналогова. Тези устройства се използват успешно в различни индустрии, включително автомобилната. Най -простият пример за този сензор е DPKV (измерва положението на коляновия вал, докато се върти).

Аналогов сензорен елемент на Хол

В други индустрии подобни устройства се използват, например, в перални машини (прането се претегля въз основа на скоростта на въртене на пълен барабан). Друго често срещано приложение на такива устройства е в компютърна клавиатура (малки магнити се намират на гърба на клавишите, а самият сензор е инсталиран под еластичен полимерен материал).

Професионалните електротехници, когато измерват силата на тока в кабела без контакт, използват специално устройство, в което също е инсталиран датчик на Хол, който реагира на силата на магнитното поле, създадено от проводниците, и дава стойност, съответстваща на силата на магнитния вихър.

В автомобилната индустрия сензорите на Хол са интегрирани в различни системи. Например в електрически превозни средства тези устройства следят заряда на батерията. Положение на коляновия вал, дроселна клапа, скорост на колелото и др. - всичко това и много други параметри се определят от сензорите на Хол.

Линейни (аналогови) сензори на Хол

В такива сензори напрежението директно зависи от силата на магнитното поле. С други думи, колкото по-близо е сензорът до магнитното поле, толкова по-високо е изходното напрежение. Тези видове устройства нямат тригер на Шмид и превключващ изходен транзистор. Напрежението в тях се взема директно от операционния усилвател.

Изходното напрежение на аналоговите сензори с ефект на Хол може да бъде генерирано или от постоянен магнит, или от електрически магнит. Зависи и от дебелината на плочите и силата на тока, който протича през тази плоча.

Логиката диктува, че изходното напрежение на сензора може да се увеличава неограничено с увеличаване на магнитното поле. Всъщност не е така. Изходното напрежение от сензора ще бъде ограничено от захранващото напрежение. Пиковото изходно напрежение на сензора се нарича напрежение на насищане. Когато се достигне този пик, е безсмислено да продължаваме да увеличаваме плътността на магнитния поток.

Например, на този принцип работят токови скоби, с помощта на които напрежението в проводника се измерва без контакт със самия проводник. Линейните сензори на Хол се използват и в устройства, които измерват плътността на магнитното поле. Такива устройства са безопасни за използване, тъй като не изискват директен контакт с проводящ елемент.

Пример за използване на аналогов елемент

Фигурата по-долу показва проста схема на сензор, който измерва силата на тока и работи на принципа на ефекта на Хол.

А - проводник; B - отворен магнитен пръстен; С – аналогов сензор на Хол; D - усилвател на сигнала

Такъв сензор за ток работи много просто. Когато ток се прилага към проводник, около него се създава магнитно поле. Сензорът улавя полярността на това поле и неговата плътност. Освен това в сензора се образува напрежение, съответстващо на тази стойност, което се подава към усилвателя и след това към индикатора.

Цифрови сензори на Хола

Аналоговите устройства се задействат в зависимост от силата на магнитното поле. Колкото по -високо е, толкова повече напрежение ще има в сензора. След въвеждането на електроника в различни устройства за управление, сензорът на Хола е придобил логически елементи.

Цифров сензорен елемент на Хол

Устройството или открива наличието на магнитно поле, или не го открива. В първия случай това ще бъде логическа единица и сигнал се изпраща към задвижващия механизъм или контролния блок. Във втория случай (дори при голямо, но не достигащо граничния праг, магнитно поле) устройството не записва нищо, което се нарича логическа нула.

На свой ред цифровите устройства са униполярни и биполярни. Нека разгледаме накратко какви са техните различия.

Еднополюсен

Що се отнася до униполярните варианти, те се задействат, когато се появи магнитно поле само с една полярност. Ако донесете магнит с противоположна полярност към сензора, устройството изобщо няма да реагира. Деактивирането на устройството се случва, когато силата на магнитното поле намалее или изчезне напълно.

Необходимата мерна единица се издава от устройството в момента, в който силата на магнитното поле е максимална. Докато този праг бъде достигнат, устройството ще покаже стойност 0. Ако индукцията на магнитното поле е малка, устройството не може да го фиксира, следователно, показва нулева стойност. Друг фактор, който влияе върху точността на измерванията от устройството, е неговото разстояние от магнитното поле.

Биполярно

В случай на биполярна модификация, устройството се активира, когато електромагнитът създава определен полюс, и се дезактивира, когато се прилага противоположният полюс. Ако магнитът се отстрани, докато сензорът е включен, устройството няма да се изключи.

Назначаване на HH в системата за запалване на автомобила

Сензорите на Хол се използват в безконтактни запалителни системи. В тях този елемент е инсталиран вместо плъзгача на прекъсвача, който изключва първичната намотка на бобината за запалване. Фигурата по-долу показва пример за сензор на Хол, който се използва в автомобили от семейство VAZ.

A - сензор на Хол; B - постоянен магнит; С пластина, която покрива свободния ефект на магнита

В по-модерните системи за запалване сензорът на Хол се използва само за определяне на позицията на коляновия вал. Такъв сензор се нарича сензор за положение на коляновия вал. Принципът на неговата работа е идентичен с класическия сензор на Хол.

Само за прекъсването на първичната намотка и разпределението на високоволтовия импулс вече отговаря електронният блок за управление, който е програмиран за характеристиките на двигателя. ECU може да се адаптира към различни режими на работа на захранващия блок чрез промяна на момента на запалване (в контактните и безконтактните системи на стария модел тази функция е възложена на вакуумния регулатор).

Запалване със сензор на Хол

В безконтактните системи за запалване на стария модел (бордовата система на такъв автомобил не е оборудвана с електронен блок за управление), сензорът работи в следната последователност:

1. Разпределителният вал се върти (свързан с разпределителния вал).
2. Между сензора на Хол и магнита се намира плоча, фиксирана на вала.
3. Плочата има прорези.
4. Когато плочата се завърти и между магнита се образува свободно пространство, в сензора се генерира напрежение поради влиянието на магнитното поле.
5. Изходното напрежение се подава към превключвателя, който осигурява превключване между намотките на запалителната бобина.
6. След изключване на първичната намотка във вторичната намотка се генерира импулс с високо напрежение, който влиза в разпределителя (разпределителя) и отива към конкретна свещ.

Въпреки простата схема на работа, безконтактната система за запалване трябва да бъде перфектно настроена, така че във всяка свещ да се появи искра в точното време. В противен случай двигателят ще работи нестабилно или изобщо няма да стартира.

Предимства на автомобилния сензор за зала

С въвеждането на електронни елементи, особено в системи, които изискват фина настройка, инженерите успяха да направят системите по-стабилни в сравнение с колегите, които се контролират от механика. Пример за това е безконтактната система за запалване.

Сензорът с ефект на Хол има няколко важни предимства:

1. Той е компактен;
2. Може да се монтира абсолютно във всяка част на автомобила, а в някои случаи дори директно в самия механизъм (например в дистрибутор);
3. В него няма механични елементи, така че контактите му да не горят, както например при прекъсвач на контактната система за запалване;
4. Електронните импулси реагират много по-ефективно на промените в магнитното поле, независимо от скоростта на въртене на вала;
5. В допълнение към надеждността, устройството осигурява стабилен електрически сигнал в различни режими на работа на двигателя.

Но това устройство има и значителни недостатъци:

• Най-големият враг на всяко електромагнитно устройство са смущенията. Има много от тях във всеки двигател;
• В сравнение с конвенционалния електромагнитен сензор, това устройство ще бъде много по-скъпо;
• Неговото представяне се влияе от вида на електрическата верига.

Приложения за сензори на Хол

Както казахме, устройствата на принципа на Хол се използват не само в автомобилите. Ето само някои от индустриите, където сензорът за ефекта на Хол е възможен или необходим.

Линейни сензорни приложения

Датчиците от линеен тип се намират в:

• Устройства, които определят силата на тока по безконтактен начин;
• Тахометри;
• Сензори за ниво на вибрации;
• Феромагнитни сензори;
• Сензори, които определят ъгъла на въртене;
• Безконтактни потенциометри;
• DC безчеткови двигатели;
• Сензори за потока на работно вещество;
• Детектори, които определят положението на работните механизми.

Приложение на цифрови сензори

Що се отнася до цифровите модели, те се използват в:

• Сензори, които определят честотата на въртене;
• Устройства за синхронизация;
• Сензори на системата за запалване в колата;
• Датчици за положение на елементи на работни механизми;
• Броячи на импулси;
• Сензори, които определят положението на клапаните;
• Устройства за заключване на врати;
• Измерватели на консумация на работно вещество;
• Сензори за близост;
• Безконтактни релета;
• В някои модели принтери, като сензори, които откриват наличието или позицията на хартия.

Какви неизправности може да има?

Ето таблица на основните неизправности на сензора на залата и техните визуални прояви:

Неизправност:	Как се проявява:
Сензорът се задейства по-често, отколкото коляновият вал преминава през пълен цикъл	Разходът на гориво се увеличава (докато други системи, като гориво, работят правилно)
Устройството се задейства всеки път или периодично се изключва напълно	Докато колата се движи, двигателят може да спре, колата се дръпне, мощността на двигателя пада, невъзможно е да ускорите колата по-бързо от 60 км / ч.
Неизправност на сензора на Хол	При някои чужди автомобили от последно поколение скоростният лост е блокиран
Датчикът за положението на коляновия вал е счупен	Двигателят не може да се стартира
Грешки в електрическа система, при която сензорът на Hall е основният елемент	На таблото светва индикаторът за грешка на системата за самодиагностика на конкретно устройство, например двигателят на празен ход, но изчезва, когато двигателят набере скорост.

Често се случва самият сензор да бъде изправен, но се чувства, че не работи. Ето причините за това:

• Мръсотия по сензора;
• Счупен проводник (един или повече);
• Влагата е попаднала върху контактите;
• Късо съединение (поради влага или повреда на изолацията, сигналната жица е къса на земята);
• Нарушаване на изолацията на кабела или екрана;
• Сензорът не е свързан правилно (полярността е обърната);
• Проблеми с проводници с високо напрежение;
• Нарушение на блока за автоматично управление;
• Разстоянието между елементите на сензора и контролираната част е неправилно зададено.

Проверка на сензора

За да сте сигурни, че сензорът е повреден, трябва да се извърши проверка, преди да се подмени. Най-лесният начин да диагностицирате проблем - независимо дали проблемът е наистина в сензора - е да стартирате диагностика на осцилоскопа. Устройството не само открива неизправности, но също така показва неизбежна повреда на устройството.

Тъй като не всеки шофьор има възможност да извърши такава процедура, има по-достъпни начини за диагностика на сензора.

Диагностика с мултицет

Първо, мултицетът е настроен на режим на измерване на постоянен ток (превключвател за 20V). Процедурата се извършва в следната последователност:

• Бронираният проводник е изключен от разпределителя. Той е свързан с масата, така че в резултат на диагностика да не стартирате случайно колата;
• Запалването е активирано (ключът е завъртян докрай, но не стартирайте двигателя);
• Конекторът се отстранява от разпределителя;
• Отрицателният контакт на мултицета е свързан с масата на автомобила (каросерията);
• Конекторът на сензора има три щифта. Положителният контакт на мултицета е свързан към всеки от тях поотделно. Първият контакт трябва да показва стойност от 11,37V (или до 12V), вторият също трябва да се показва в областта 12V, а третият да е 0.

След това сензорът се проверява в експлоатация. За да направите това, трябва да направите следното:

• От страната на входа на проводника металните щифтове (например малки гвоздеи) се поставят в конектора, така че да не се допират един до друг. Единият се вкарва в централния контакт, а другият - в отрицателния проводник (обикновено бял);
• Конекторът се плъзга върху сензора;
• Запалването се включва (но ние не стартираме двигателя);
• Фиксираме минус контакта на тестера върху минуса (бял проводник), а плюса контакта към централния щифт. Работният сензор ще даде отчитане от приблизително 11,2 V;
• Сега асистентът трябва да върти коляновия вал със стартера няколко пъти. Отчитането на мултицет ще се колебае. Отбележете минималните и максималните стойности. Долната лента не трябва да надвишава 0,4 V, а горната не трябва да пада под 9 V. В този случай сензорът може да се счита за работещ.

Тест за устойчивост

За да измерите съпротивлението, ще ви трябва резистор (1 kΩ), диодна лампа и проводници. Към крака на електрическата крушка се споява резистор и към него се свързва жица. Вторият проводник е фиксиран към втория крак на крушката.

Проверката се извършва в следната последователност:

• Свалете капака на разпределителя, изключете блока и контактите на самия разпределител;
• Тестерът е свързан към клеми 1 и 3. След активиране на запалването дисплеят трябва да показва стойност в диапазона от 10-12 волта;
• По същия начин електрическа крушка с резистор е свързана към разпределителя. Ако полярността е правилна, контролът ще светне;
• След това проводникът от третия терминал е свързан към втория. Тогава асистентът завърта мотора с помощта на стартера;
• Мигаща светлина показва работещ сензор. В противен случай той трябва да бъде заменен.

Създаване на симулиран контролер на зала

Този метод ви позволява да диагностицирате сензора на хола при липса на искра. Лентата с контакти е изключена от разпределителя. Запалването е активирано. Малък проводник свързва изходните контакти на сензора един с друг. Това е един вид симулатор на сензор за Хола, създал импулса. Ако в същото време на централния кабел се е образувала искра, тогава сензорът не е в ред и трябва да бъде сменен.

Отстраняване на неизправности

Ако искате да поправите сензора на хола със собствените си ръце, първо трябва да закупите така наречения логически компонент. Той може да бъде избран в съответствие с модела и вида на сензора.

Самият ремонт се извършва по следния начин:

• В средата на тялото се прави дупка с помощта на свредло;
• С чиновнически нож се прорязват проводниците на стария компонент, след което се полагат канали за нови проводници, които ще бъдат свързани към веригата;
• Новият компонент се вкарва в корпуса и се свързва със старите щифтове. Можете да проверите коректността на връзката с помощта на контролна диодна лампа с резистор на един контакт. Без влиянието на магнита светлината трябва да изгасне. Ако това не се случи, тогава трябва да промените полярността;
• Новите контакти трябва да бъдат запоени към блока на устройството;
• За да сте сигурни, че работата е извършена правилно, трябва да диагностицирате новия сензор, като използвате горните методи;
• Накрая корпусът трябва да бъде запечатан. За да направите това, по-добре е да използвате термоустойчиво лепило, тъй като устройството често е изложено на високи температури;
• Контролерът е сглобен в обратен ред.

Как да замените сензора със собствените си ръце?

Не всеки автомобилен ентусиаст има време за ръчен ремонт на сензори. За тях е по-лесно да си купят нов и да го инсталират вместо стария. Тази процедура се извършва, както следва:

• На първо място, трябва да извадите клемите от батерията;
• Разпределителят е отстранен, блокът с проводници е изключен;
• Капакът на разпределителя е свален;
• Преди напълно да демонтирате устройството, важно е да запомните как е бил разположен самият клапан. Необходимо е да се комбинират маркировките на времето и коляновия вал;
• Разпределителният вал се отстранява;
• Самият сензор на хола е изключен;
• На мястото на стария сензор е инсталиран нов;
• Блокът се сглобява в обратен ред.

Сензорите от последно поколение имат дълъг експлоатационен живот, така че не се изисква честа подмяна на устройството. Когато обслужвате системата за запалване, трябва да обърнете внимание и на това проследяващо устройство.

Видео по темата

В заключение, подробен преглед на устройството и принципа на работа на сензора на Хол в автомобил:

Какво е СЕНЗОР НА ЗАЛА. Как работи и как е подредено

Въпроси и отговори:

Какво е сензор на Хол? Това е устройство, което реагира на появата или отсъствието на магнитно поле. Оптичните сензори имат подобен принцип на действие, които реагират на въздействието на светлинен лъч върху фотоклетка.

Къде се използва сензорът на Хола? В автомобилите този сензор се използва за откриване на скоростта на колело или определен вал. Също така, този сензор е инсталиран в онези системи, в които е важно да се определи положението на определен вал за синхронизиране на различни системи. Пример за това е датчикът на коляновия вал и разпределителния вал.

Как да проверя датчика на Хол? Има няколко начина за проверка на сензора. Например, когато в системата за запалване има захранване и свещите не излъчват искра, при машини с безконтактен разпределител капакът на разпределителя се отстранява и блокът на щепселите се отстранява. След това запалването на автомобила се включва и контактите 2 и 3. Високоволтовият проводник трябва да се държи близо до земята. В този момент трябва да се появи искра. Ако има искра, но няма искра, когато сензорът е свързан, той трябва да бъде сменен. Вторият начин е да се измери изходното напрежение на сензора. В добро състояние този индикатор трябва да бъде в диапазона от 0.4 до 11V. Третият метод е да поставите известен работещ аналог вместо стария сензор. Ако системата работи, проблемът е в сензора.