за что отвечает, как проверить и заменить

Датчик Холла в автомобиле — ведущее звено в бесконтактной системе зажигания. Любая неисправность сразу отобразится на работе двигателя. Поэтому каждый автовладелец должен знать, зачем нужен этот сенсор, уметь распознавать неисправности и проверять его работоспособность при помощи специальных приборов.

Содержание

1. За что отвечает датчик Холла в автомобиле
2. Признаки неисправности датчика Холла
3. Как проверить исправность датчика
4. Замер тестером выходного напряжения
5. Создание имитации датчика
6. Установка заведомо исправного датчика на место проверяемого
7. Проверка при помощи диагностического софта
8. Как заменить датчик Холла своими руками

За что отвечает датчик Холла в автомобиле

Свое название он получил благодаря эффекту Холла, когда при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле появляется поперечная электрическая разность потенциалов. По-другому это явление называют холловское напряжение.

Выглядит он в виде черной коробочки с тремя проводами. Прибор используется в автомобилях и других технических устройствах, где нужно определить угловое положение какого-нибудь вала.

Внешний вид датчика холла

В авто узел установлен для получения информации об угловом положении:

• коленчатого вала;
• распределительного вала;
• трамблера.

Принцип работы датчика Холла:

1. Магнитопроводная пластина имеет число прорезей, соответствующее числу цилиндров в двигателе.
2. Во внутренней части пластины стоит постоянный магнит, с наружной — ответная сторона устройства.
3. При вращении пластины на датчике появляется сигнал в виде импульсного напряжения, и ток уходит в коммутатор, где преобразуется и отправляется в катушку зажигания.
4. Катушка повышает напряжение, превращая сигнал с сенсора в высоковольтный импульс, который создает искру на свечах.

Принцип работы датчика Холла

Измеритель определяет положение поршней и влияет на команды для формирования искры. По тому же принципу работают датчики распределительного и коленчатого вала.

Признаки неисправности датчика Холла

Признаки неисправности холловского клингера:

• коленчатый вал вращается, но мотор не запускается;
• автомобиль едет рывками, не развивает полной мощности;
• двигатель «троит»;
• расход топлива увеличился;
• мотор глохнет во время движения, особенно «на горячую».

Все эти симптомы связаны с потерей информации о том, в каком цилиндре поршень находится в верхней мертвой точке. Из-за этого ЭБУ двигателя на инжекторе или коммутатор на карбюраторе «не понимают», когда нужно подать искру.

Как проверить исправность датчика

Прежде чем проверять работу устройства, необходимо обладать минимальными знаниями автоэлектрики. Без них сделать это сложно.

Замер тестером выходного напряжения

Понадобится вольтметр или мультиметр. Порядок действий следующий:

1. Установить предел измерений «20 Вольт постоянного тока».
2. Приложить щупы к выходным контактам датчика.
3. Включить измерительный прибор.
4. Включить стартер или вращать коленчатый вал храповиком.
5. Снять показания с прибора.

Проверка датчика холла мультиметром

Внимание! Исправный элемент должен менять показания мультиметра от 0,4 до 11 В. Если показания ниже — узел неисправен.

Создание имитации датчика

Имитация работы устройства позволяет исключить его из проверки. Для этого нужно:

1. Отсоединить разъем от сенсора.
2. Выкрутить любую свечу зажигания.
3. Подсоединить к ней бронепровод и положить на ГБЦ электродом поближе.
4. Включить зажигание.
5. Замыкать выходы 3 и 6 коммутатора.
6. Наблюдать за искрой.

Если искра появляется, то сенсор неисправен и нуждается в срочной замене.

Установка заведомо исправного датчика на место проверяемого

Самый простой способ определить, работает датчик или нет, — подменить его сенсором с такой же машины. По результатам проверки можно легко сказать, рабочий элемент или нет. При этом нужно учесть следующие факторы:

• датчики должны быть одинаковыми;
• существует риск повредить исправный, если имеются проблемы с электропроводкой.

Если датчик с другой машины работает, то проверяемый – неисправен,  но если не работает, то проблема не в нем.

Проверка при помощи диагностического софта

Современные двигатели позволяют проверить деталь, используя программу диагностики. ЭБУ двигателя собирает необходимые параметры, и они отображаются в интерфейсе в виде таблицы.

Проверка при помощи диагностического оборудования

Чтобы проверить датчик, необходимо сделать электронную диагностику:

1. Включить зажигание.
2. Подключить диагностический адаптер.
3. Считать коды ошибок.

Если есть ошибки «неправильный сигнал ДПКВ» или «неисправность ДПРВ», значит, датчик нуждается в обязательном контроле.

Для этого нужно перейти в «параметры двигателя» и сделать их регистрацию:

1. Запустить запись параметров: обороты двигателя и сигнал датчика коленвала.
2. Остановить запись и проверить диаграмму.

Если ДПКВ исправен, то он должен выдавать диаграмму в виде зубьев, подобных тем, что стоят на шкиву. Неисправный сенсор дает ровную линию или неправильное количество зубьев. То же самое относится к элементу, расположенному на распределительном вале.

Как заменить датчик Холла своими руками

Для замены сенсора необходимо:

1. Установить метки коленчатого и распределительного вала.

Метки коленчатого и распределительного вала

2. Убедиться, что метки совпали, а поршень первого цилиндра находится в верхней мертвой точке.
3. Снять трамблер и запомнить его положение.

Демонтаж трамблера

4. Вытащить вал трамблера.

Вал трамблера

5. Отсоединить клемму.

Отсоединение клеммы

6. Открутить крепление и, отогнув регулятор, аккуратно вынуть сенсор из посадочного места.

Отсоединение креплений датчика

7. Очистить посадочное место от загрязнений при помощи сжатого воздуха.
8. Установить новую деталь.

Установка новый датчик холла

9. Выполнить сборку в обратной последовательности.
10. Убедиться в устранении неисправности, запустив двигатель.

Для замены узла на автомобилях с инжекторным двигателем необходимо:

1. Отсоединить клемму датчика.
2. Открутить крепление.
3. Заменить неисправный элемент.

На современных моторах сенсор Холла находится на кронштейне блока цилиндров, рядом с зубчатым шкивом коленчатого вала, а второй — в районе крышки ГБЦ, на одном из распределительных валов.

Если элемент оказался исправным, то проблему надо искать в электрической проводке системы зажигания или коммутаторе. Устройство может не работать из-за электрического обрыва.

Датчик Холла в машине — проверка и замена

Современный автомобиль напичкан электроникой под завязку. Датчики и сканеры считывают массу показателей — от количества оборотов и температуры, до атмосферного давления и уровня СО в отработанных газах.

После этого они передают информацию на электронный блок управления, а дальше — дело техники. Датчик Холла один самых простых в этой компании, тем не менее без него не обходится ни одна современная система зажигания. Как работает, принцип работы, задачи и неисправности датчика Холла быдем выяснять прямо сейчас.

Как работает датчик Холла в автомобиле

При вращении вала мотора его лопасти проходят через прорези в контакте датчика и наводят ток. Далее в датчике возникает импульс и уходит на коммутирующее устройство, а оттуда на транзистор.

Он подаёт напряжение на индукционную катушку, которая преобразует ток в высоковольтный с последующей подачей его на свечу. Всего у датчика 3 контакта, замыкание на массу, на + и подача сигнала на коммутатор.

Схема датчика Холла, принцип работы

Датчик Холла значительно выгоднее старой контактной схемы с вечно пригорающими контактами и даёт более высокое напряжение, подаваемое на свечу. Кроме того, он повышает надежность системы, точность регулировки углов установки и обеспечивает высокую точность измерений.

Работа современной инжекторной системы питания невозможна без датчика Холла, поскольку именно точность показаний дает возможность ЭБУ рассчитать как время подачи искры, так и время подачи топлива в камеру сгорания.

Признаки неисправности датчика Холла в машине

Поломка этого датчика обычно не имеет внешних признаков и определить это на глаз непросто.

Заподозрить это можно по таким симптомам:

1. Перебои в работе движка на холостом ходу.
2. Плохо или совсем не заводится, глохнет на ходу.
3. Машину “дёргает” на высоких оборотах.

Если есть хотя бы один из этих признаков, то возможно неисправность зажигания в датчике. Чтобы убедится в этом есть несколько проверенных способов.

Проверка исправности датчика Холла без приборов

Самый простой путь это присоединить заведомо исправную деталь и попробовать завести машину. Если с другим датчиком всё в порядке — проблема ясна.

Второй способ. Нужно вытащить колодку датчика с 3 контактами, включить зажигание. Потом законтачить 3 и шестой выход. Если при этом возникнет искра — датчик неисправен.

Ещё одно безинструментальное решение для проверки датчика Холла, выполняем такие действия:

1. К контакту катушки подключается цоколь свечи.
2. Каретка с датчиком снимается.
3. Подключается разъём.

После этого нужно включить зажигание и поводить чем-то металлическим там, где находится датчик. Если на свече проскакивает искра, то датчик исправен.

Как проверить датчик Холла мультиметром

Обычная процедура проверки делается мультиметром. Им замеряют напряжение на выходе, нормальное значение 0.4 – 11 V.

Иногда работоспособность датчика Холла проверяется простой самоделкой. Это светодиод и припаянный к нему резистор с сопротивлением в 1 Ом с 2 проводками.

Это устройство пригодится если ток в системе есть, но отсутствует искра. Для проверки исправности цепи снимается трамблер и отключается штекер, затем к 1 3 третьему контакту датчика подсоединяется вольтметр, и включается зажигание. Если электро цепь в порядке, то показания прибора будут в пределах от 10 до 12 V.

После этого для тестирования собственно датчика вместо вольтметра подключается самоделка со светодиодом. Полюсов там не указано, поэтому если он не загорается нужно повторить подключение в обратном порядке. Если прибор подключен верно — лампочка загорается.

Далее нужно:

1. Проводок с 1 клеммы оставить на месте.
2. С третьей пере подключить на вторую.
3. Затем требуется провернуть распредвал, со стартера или руками.

Теперь нужно посмотреть на лампочку, если она моргает (это означает возникновение импульса и изменение напряжения), то датчик исправен, в противном случае нужна замена.

Как проверить датчик Холла мультиметром — фото

Для примера рассмотрим стандартную операцию: замену датчика зажигания на ВАЗ 2109.

• Сначала демонтируется старый датчик.

• Снимается трамблер с крышкой.

• Совмещаются метки газораспределения и коленвала.
• Ключом отворачивается крепёж.

• Извлекается вал в трамблере.

• Извлекается упорная пластина.

• Теперь датчик Холла можно извлечь.

Новую деталь можно установить обратной последовательностью действий.

Купить датчик Холла. Как правильно выбрать, цены и артикулы

В заключение, рассмотрим варианты самых распространённых датчиков Холла. Какой именно стоит купить, нужно уточнять по VIN – коду машины. Имейте в виду, что запчасти подходящие к определённой марке и модели могут оказаться несовместимы с конкретной модификацией автомобиля.

Что касается стоимости датчиков Холла, то сейчас для ВАЗ датчик зажигания стоит от $3 в рознице, для иномарок средние цены колеблются от $4 до $15. Аналоги обойдутся дешевле и часто ничем кроме маркировки не отличаются от оригинала, даже выпускаются тем же производителем.

Датчик ВАЗ 2108 (Ромб)

артикул: 671.3855: Производство – Пенза. Цена: $3-4 Датчик ВАЗ-2106 с сокетом АЭНК-К Артикул А473.407529.001 Производство: Автоэлектроника Калуга Ширина 2 см Высота 1.5 см Вес 20 гр Совместимость: ВАЗ-2121, 2131 Нива Цена $3.

Датчик Холла ВАЗ-2107, 21213 СБ

Артикул: 2107-3706800
Бренд: АвтоВАЗ
Стоимость: $4.
Эти датчики российского производства просты по устройству и установке, работают долго и не требуют особой профилактики.

Датчик Холла DAEWOO Nexia, Lanos

Для мотора 1,5L 8 клапанов Артикул: 0470197 Бренд: GENERAL MOTORS Стоимость: $5,5. Уточняйте применимость по VIN коду. Цены приведены по состоянию на июль 2018 года.

Завершить сегодняшний фото обзор хочу рекомендацией к прочтению интервью мецената и одного из самых богатых людей Украины. Глеб Загорий в своем интервью дает много полезных финансовых советов как изменить свою жизнь и начать жить по настоящему.

Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности

Датчики Холла обычно используются для измерения силы магнитного поля и силы тока . Их приложения включают бесконтактное определение линейных перемещений , угловое позиционирование , скорость, скорость вращения и направление, с преимуществом долговременной работы с низким износом. Датчики Холла в автомобильных приложениях с их многочисленными функциями обнаружения движения и позиционирования в последние годы можно широко использовать. Они также стали третьим наиболее распространенным сенсорным продуктом в транспортных средствах.

Реальное применение датчиков в автобусах. В целях обеспечения безопасности пассажиров водителю не нужно находиться рядом с дверями, чтобы убедиться, что они надежно закрыты. Вместо этого датчики на эффекте Холла могут контролировать это по наличию магнитного поля и изменениям уровней напряжения между дверями и дверными коробками.

Рисунок 1: Датчики Холла используются для обеспечения безопасного закрытия дверей автобусов

Помимо автобусов, датчики Холла в автомобилях также доказали свою пригодность для устойчивой мобильности, в том числе в гибридных (ГЭМ) и электромобилях (ЭМ). Например, они помогают в переходе от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом в автомобилях. В связи с растущим в последние годы спросом на устойчивую мобильность ожидается, что к 2026 году рынок HEV и EV вырастет на 64 миллиарда долларов9.0011

В этой статье мы представим обзор применения датчиков Холла в автомобильной промышленности.

Что такое эффект Холла?

Названный в честь Эдвина Холла (7 ноября 1855 — 20 ноября 1938), американский физик открыл эффект Холла в 1879 году, когда работал над докторской диссертацией. Во время его экспериментов тонкий золотой лист (элемент Холла) помещали на стеклянную пластину, и золото снималось в различных точках тонкого листа проводящего материала. Он обнаружил, что существует разность потенциалов (напряжение Холла) на противоположных сторонах листа, где протекал электрический ток, в результате магнитного поля, перпендикулярного золотому листу.

На чем основан датчик Холла?

Когда электрический ток протекает через полупроводниковый материал, электроны внутри него будут двигаться по естественной прямой линии. Однако, если на проводник действует магнитное поле, сила Лоренца, действующая по правилу правой руки (см. рис. 2), заставляет движение электронов изменить свое направление. Сила Лоренца заставляет электроны двигаться в одну сторону проводника, в результате чего в проводнике возникает разность потенциалов, называемая напряжением Холла U _Н .

Рисунок 2: Принцип работы датчика Холла

Напряжение Холла можно описать следующим уравнением:

I _e представляет ток питания в элементе Холла, а

B обозначает плотность магнитного потока, d для толщины образца и A _H для так называемой постоянной Холла.

Напряжение Холла U _H  прямо пропорционально входному току I _e  и напряженности магнитного поля B. Датчики Холла используют этот факт для измерения широкого спектра параметров, таких как сила тока, скорость или положение.

Какие существуют типы датчиков Холла?

Существует два основных типа датчиков Холла: аналоговые и цифровые.

Рисунок 3: Классификация датчиков Холла

Аналоговые датчики

В аналоговых датчиках, также известных как линейные датчики Холла, напряжение напрямую зависит от силы магнитного поля. Таким образом, чем выше напряженность магнитного поля, тем выше выходное напряжение с датчика.

Существует два типа аналоговых датчиков: линейные интегральные схемы (линейные ИС) и элементы на эффекте Холла.

Линейные ИС

Линейные ИС состоят из регулятора напряжения, полупроводникового элемента Холла и усилителя с высоким коэффициентом усиления. У них нет триггера Шмидта или переключателя выходного транзистора, поэтому напряжение берется напрямую с операционного усилителя. Использование постоянного магнита или электромагнита может генерировать выходное напряжение. Выходное напряжение датчика ограничено напряжением питания, что может привести к напряжению насыщения при достижении пика.

Элементы на эффекте Холла

Элементы на эффекте Холла применяются для получения выходного напряжения путем обнаружения магнитного поля. Температурные характеристики и чувствительность выходного напряжения зависят от типа материала полупроводниковой пленки, используемого в элементах Холла. Элементы типа арсенида галлия (GaAs) обеспечивают стабильные температурные характеристики, а элементы типа антимонида индия (InSb) обеспечивают сверхчувствительность.

Благодаря непрерывному линейному выходу они полезны при измерении расстояний и вращательных перемещений. Мало того, что они могут распознавать состояния «включено» и «выключено», они также могут производить аналоговый сигнал, пропорциональный силе магнитного поля. Аналого-цифровой преобразователь, который может быть встроен в датчик, может преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые.

Цифровые датчики

Цифровые датчики имеют два выходных состояния: «включено» и «выключено». Они включаются, если обнаруживают наличие магнитного поля (состояние разомкнутой цепи), и будут «выключаться», когда магнитная сила не обнаруживается (состояние замкнутой цепи).

В дополнение к регулятору напряжения, элементу Холла и усилителю с высоким коэффициентом усиления цифровые датчики имеют триггер Шмитта. Триггер обеспечивает гистерезис и уменьшает колебания выходных сигналов при перемещении датчиков вокруг магнитного поля. Когда датчики соприкасаются с магнитом, внешнее магнитное поле, а также выходной сигнал цифрового датчика Холла увеличиваются до тех пор, пока не достигают предела мощности.

Существует два типа цифровых датчиков: униполярные и биполярные.

Униполярный цифровой датчик Холла

Униполярный тип цифрового датчика Холла срабатывает при появлении магнитного поля одной полярности. Таким образом, если используется магнит противоположной полярности по отношению к датчику, устройство вообще не будет обнаруживать его. И для работы и запуска устройства требуется только магнитный южный полюс.

Биполярный цифровой датчик Холла

Биполярный тип цифрового датчика Холла активируется, когда электромагнит создает определенный полюс, и деактивируется, когда применяется противоположная полярность. В отличие от униполярного типа, биполярные датчики Холла требуют, чтобы южный магнитный полюс приводил их в действие, а северный магнитный полюс — для их отключения.

Узнав о принципах работы датчиков Холла, давайте взглянем на некоторые из их распространенных применений в современной автомобильной промышленности!

Каково применение датчиков Холла в автомобилях?

Датчики Холла имеют большое значение в автомобилях с бензиновым/дизельным двигателем, гибридных или электрических автомобилях. Они обеспечивают важные механизмы безопасности, предотвращая электростатический разряд от опасностей воспламенения от искры, обратной полярности автомобильных аккумуляторов и тепловой перегрузки двигателя, а также обнаруживают неисправности путем отслеживания условий перегрузки по току и срабатывания цепей защиты.

Кроме того, они используют сложную силовую электронную схему для регулирования потока электроэнергии по всему транспортному средству. Это важно для HEV и EV, поскольку для обеспечения эффективной работы различным системам требуются датчики электрического тока, включая приложения с двигателями переменного тока и преобразователями постоянного тока в постоянный. Таким образом, применение датчиков Холла может улучшить работу двигателя за счет обеспечения полосы пропускания, времени отклика, снижения шума и стабильного электрического сигнала в различных режимах работы двигателя.

Датчики на эффекте Холла также способствовали переходу от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом. Например, в традиционных двигателях внутреннего сгорания ремень вентилятора используется для управления вентилятором охлаждения, работающим непрерывно при работающем двигателе, а также насосами гидроусилителя руля и другими нагрузками с ременным приводом. Заменив приводы с ременным приводом электродвигателями, можно добиться лучшего управления приводами и энергоэффективности.

Датчики Холла выполняют широкий спектр функций. Некоторые распространенные датчики включают:

• Датчик парковки: Они обнаруживают препятствия и измеряют расстояние между объектами и автомобилем во время парковки, тем самым своевременно предупреждая водителя.
• Датчик частоты вращения двигателя: Они обеспечивают входные данные для органов управления автомобилем и измеряют частоту вращения двигателя путем обнаружения катушек в коленчатых валах.
• Датчик скорости колеса: Эти датчики отслеживают скорость каждого колеса, когда автомобиль выполняет повороты. Антиблокировочная тормозная система также использует этот датчик.
• Датчик положения коленчатого вала: Помогают рассчитать точное время подачи топлива или начала зажигания для современных автомобильных двигателей, чтобы гарантировать высокую скорость, высокую мощность при низком расходе топлива и низком уровне выбросов.
• Датчик положения клапана рециркуляции отработавших газов: Датчики помогают регулировать количество отработавших газов, поступающих в цилиндры и выходящих из автомобиля.
• Выключатель замка ремня безопасности: Помогают определить, занято ли сиденье.
• Датчик управления подушкой безопасности: Эти датчики определяют положение автомобильного сиденья для правильного срабатывания защиты подушки безопасности.
• Датчик уровня жидкости стеклоочистителя: Измеряют уровень жидкости в бачке. Таким образом, сигнальная лампа предупредит водителя о низком уровне.
• Датчик управления аккумуляторной батареей : Датчики контролируют расход/силу тока во время зарядки электромобилей, а также состояние аккумуляторной батареи в рамках системы управления аккумуляторной батареей.

Каковы преимущества использования датчиков Холла в автомобилях?

По сравнению с другими датчиками, такими как датчики с переменным магнитным сопротивлением, автомобильные датчики Холла имеют следующие преимущества:

• Это компактные устройства, установка которых проста в различных местах автомобиля.
• Благодаря своим бесконтактным функциям датчики Холла подвержены низкому износу . Например, вращающийся датчик Холла, используемый в двигателе внутреннего сгорания, не будет подвергаться механическому износу или изменению значений сопротивления.
• Они могут обеспечивать стабильную работу при температуре окружающей среды около 150°C и могут выдерживать высокую температуру вокруг двигателя.
• Имеют низкий риск возгорания при установке в автомобиле, даже при контакте с прерывателем системы зажигания.
• Они эффективно функционируют в различных условиях окружающей среды и устойчивы к вибрациям, влаге и пыли .
• По сравнению с традиционными датчиками датчики на эффекте Холла занимают небольшую площадь и могут облегчить измерение тока на стороне высокого и низкого уровня, уменьшая пространство, необходимое для печатной платы .
• Благодаря интеграции электроники обработки сигналов и преобразователя датчики скорости на эффекте Холла имеют низкую восприимчивость к электромагнитным помехам .
• По сравнению с датчиками скорости с переменным магнитным сопротивлением датчики скорости на эффекте Холла могут лучше обнаруживать неподвижные препятствия , а также цели, движущиеся с низкой скоростью.

Каковы ограничения использования датчиков Холла в автомобилях?

Как и в случае любой другой технологии, применение датчиков Холла в автомобилях имеет определенные ограничения. Вот некоторые из них:

• По сравнению с обычным электромагнитным датчиком датчик Холла имеет дороже вообще стоимость.
• Датчики обычно обнаруживают расстояние не более 10 см, если они не оснащены очень сильным магнитом для создания широкого магнитного поля.
• Несмотря на низкую восприимчивость, помехи от двигателя тем не менее могут повлиять на работу датчика и измерение тока.
• Высокая температура в выхлопной системе может повлиять на сопротивление проводника и, следовательно, на чувствительность датчиков.

Заключение

Благодаря своим функциям обнаружения движения и позиционирования датчики Холла зарекомендовали себя как важные компоненты автомобилей. Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности, особенно в устойчивой мобильности, продемонстрировало их хорошие характеристики и высокую надежность даже в суровых условиях окружающей среды, несмотря на некоторые ограничения.

ChenYang Technologies предлагает широкий ассортимент различных датчиков Холла для различных областей применения. Основываясь на требованиях, ChenYang Technologies предоставляет клиентам наилучшее решение для их приложений. Мы можем предоставить даже продукцию на заказ с особыми требованиями.

Посетите веб-сайт нашей компании http://www.chenyang-gmbh.com для получения дополнительной информации.

Узнайте больше о принципах работы датчиков тока на эффекте Холла.

Узнайте больше о датчиках и системах управления батареями в электромобилях.

Литература:

AG, I. T. (без даты). Магнитные датчики положения . Инфинеон Технологии. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.infineon.com/cms/en/product/sensor/ Magnetic-sensors/ Magnetic-position-sensors/ 9.0011

АКМ. (н.д.). Типы и принципы работы элементов зала . АКМ. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.akm.com/eu/en/products/hall-sensor/tutorial/hall-elements/#:~:text=A%20Hall%20element%20is%20an и %204%20in%20Рисунок%201a

Allegro MicroSystems. (н.д.). Измерение тока на эффекте Холла в электрических и гибридных транспортных средствах. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.allegromicro.com/en/Insights-and-Innovations/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications/Hall-Effect-Current-Sensing-In-Electric. -И-Гибридные-Транспортные средства

АЗОСЕНСОРЫ. (2019, 4 сентября). Знакомство с датчиками Холла . Получено 1 августа 2022 г. с https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=16

Эмилио, доктор медицины (3 июня 2020 г. ). Устройство Холла для критического автомобильного зондирования . Новости силовой электроники. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.powerelectronicsnews.com/hall-sensor-for-critical-automotive-sensing/

Фальченко, А., Аноним, и Хоа, Н. Д. (2022, 19 января). Датчик Холла: Принцип работы, виды, применение, как проверить . АвтоТачки. Получено 1 августа 2022 г. с https://avtotachki.com/en/chto-takoe-bekontaktnaya-sistema-zazhiganiya-avtomobilya/

Петрук О., Шевчик Р., Чук Т., Струпински В. , Салах Дж., Новицкий М., Пастернак И., Винярски В. и Тшинка К. (2014). Тестирование чувствительности и напряжения смещения в датчиках Холла из графена. Последние достижения в области автоматизации, робототехники и измерительных технологий , 631–640. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05353-0_60

Попович Р.С., Ранджелович З. и Маник Д. (2001). Встроенные магнитные датчики на эффекте Холла. Датчики и приводы A: физический , 91 (1–2), 46–50. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(01)00478-2

Проектирование энергосистем. (н.д.). Измерение тока на эффекте Холла в Hevs и evs. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.powersystemsdesign.com/articles/hall-effect-current-sensing-in-hevs-and-evs/35/5367

Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH. (2021, 24 июня). Датчики Холла в автомобильной промышленности – подходят для различных параметров . Получено 18 июля 2022 г. с https://www.rutronik.com/article/detail/News/hall-sensors-in-automotive-applications-suitable-for-a-variety-of-parameters/

Sensor Solutions Corp. , (nd). Магнитные датчики для автомобильной и тяжелой техники . Получено 1 августа 2022 г. с https://sensorso.com/automotive-heavy-equipment.html

Treutler, CPO (2001). Магнитные датчики для автомобильных приложений. Датчики и приводы A: Физические , 91 (1–2), 2–6. https://doi.org/10.1016/s0924-4247(01)00621-

Причина и следствие: поиск и устранение неисправностей датчиков Холла

Лампа из китового жира освещала область над кухонным столом, где Эдвин работал на тонкой прямоугольной полосе. из золотой фольги. Он мог видеть свое отражение в полосе, и его мысли на мгновение дрейфовали, когда он думал о том, каким усталым он выглядит. Было очень поздно, но Эдвин увлекся чем-то новым, чем-то очень новым. Эдвин Холл работал над теорией потока электронов Кельвина, которая была представлена ​​30 годами ранее, в 1849 году.. Во время работы он случайно заметил, что если через золотую полоску протекал ток и к одной стороне полоски было приложено магнитное поле, то на краях полоски регистрировалась 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 произошло не благодаря его поиску, а благодаря обнаружению чего-то необычного и последующему действию. Эффект Холла известен уже более 100 лет, но приложения для его использования не разрабатывались до последних нескольких десятилетий. Автомобильная промышленность применила эту технологию ко многим системам, используемым в современных автомобилях, включая трансмиссию, контроль над кузовом, антипробуксовочную систему и антиблокировочную тормозную систему. Чтобы охватить эти различные системы, датчик на эффекте Холла конфигурируется несколькими различными способами: переключением, аналоговым и цифровым. Это датчики приближения; они не вступают в прямой контакт, а используют магнитное поле для активации электронной схемы.

Эффект Холла можно получить, используя такие проводники, как металлы и полупроводники, и качество эффекта зависит от материала проводника. Материал будет непосредственно воздействовать на электроны или положительные ионы, протекающие через него. В автомобильной промышленности обычно используются три типа полупроводников для изготовления элемента Холла/арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs). Наиболее распространенным из этих полупроводников является арсенид индия. Как и в эксперименте доктора Холла, важно, чтобы проводник был прямоугольным и очень тонким. Это позволяет носителям, проходящим через него, разделяться и объединяться по краям.

Теперь давайте рассмотрим принцип эффекта Холла (рис. 1 и 2 выше). Если по проводнику течет ток и магнитное поле (магнитный поток) движется по проводнику перпендикулярно потоку тока, заряженные частицы дрейфуют к краям прямоугольной полосы. Эти заряженные частицы собираются на краях поверхности. Магнитный поток воздействует на проводник силой, в результате чего напряжение (положительная сила) смещается к одному краю, а электроны (отрицательная сила) смещаются к противоположному краю. Сила, действующая на ток, называется силой Лоренца.

Пока к проводнику прикладывается магнитная сила, держатели остаются на противоположных сторонах, создавая падение напряжения на проводнике. Этот перепад напряжения является напряжением Холла. Он пропорционален протекающему через него току, напряженности магнитного поля и типу материала проводника. Если какая-либо из этих трех переменных изменится, перепад напряжения на проводнике также изменится. Вот почему элемент Холла должен иметь регулируемое напряжение, приложенное к цепи тока. Если ток регулируется и материал проводника задан, единственное, что остается изменить, — это напряженность магнитного поля. При изменении напряженности магнитного поля на 9под углом 0° к пути тока изменяется и падение напряжения на проводнике. Чем интенсивнее 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 силой 1 гаусс. Из-за небольшого генерируемого напряжения сигнал Холла должен быть усилен, если устройство будет использоваться для практических приложений.

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 разности напряжений между положительным и отрицательным входами усилителя, выходного напряжения усилителя не будет. Однако при наличии перепада напряжения эта разность будет иметь линейное усиление. Величина усиления определяется дифференциальным усилителем, используемым в схеме.

Элемент Холла подключен непосредственно к дифференциальному усилителю, поэтому активность элемента Холла отражается усилителем. Когда магнитное поле в элементе Холла отсутствует, напряжение Холла не создается и выходное напряжение усилителя отсутствует. 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 надлежащего выхода на управляющее устройство. Этот выход может быть аналоговым, например датчик положения ускорения или датчик положения дроссельной заслонки, или цифровым, например датчик положения коленчатого или распределительного вала.

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

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

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

Выходной сигнал TPS отправляется в PCM, где он сообщает об угле дроссельной заслонки. Микропроцессор PCM не может напрямую считывать аналоговое напряжение, отправленное TPS. Этот сигнал необходимо преобразовать в двоичный формат — 1 и 0. Для этого используется устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем. В большинстве случаев используется 8-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует уровень напряжения в последовательность 1 и 0, которую микропроцессор может декодировать и использовать для фактического угла поворота вала дроссельной заслонки.

Если элемент Холла должен использоваться для цифрового сигнала, например, в датчике положения коленчатого или распределительного вала или датчике скорости автомобиля, 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 приемником тока или заземляет сигнальную цепь. Для этого к выходу триггера Шмитта подключается NPN-транзистор (рис. 5). Магнит расположен напротив элемента Холла. Триггерное колесо или мишень расположены таким образом, что затвор может находиться между магнитным полем и элементом Холла.

Когда заслонка не находится между магнитом и элементом Холла, магнитное поле проникает в элемент Холла, создавая напряжение Холла. Это напряжение подается на положительный и отрицательный входы дифференциального усилителя. Усилитель усиливает это дифференциальное напряжение и подает его на вход триггера Шмитта (цифровое триггерное устройство). Когда напряжение от дифференциального усилителя увеличивается, оно достигает порога включения или точки срабатывания. В этот момент триггер Шмитта меняет свое состояние, позволяя послать сигнал напряжения.

Точка срабатывания (выключения) настроена на более низкое напряжение, чем точка включения. Целью этой разницы между точками включения и выключения (гистерезис) является устранение ложных срабатываний, которые могут быть вызваны незначительными отклонениями от дифференциального усилителя. Триггер Шмитта включается, и выходное напряжение подается на базу NPN-транзистора. При наличии напряжения на базе транзистора транзистор открыт.

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

При вращении спускового колеса заслонка перемещается между магнитом и элементом Холла. Поскольку спусковое колесо изготовлено из черного металла, оно притягивает магнитное поле к затвору. В этот момент в элемент Холла больше не проникает магнитное поле, 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 меняет состояние и закрывается. Затем земля снимается с груза. Это создает разомкнутую цепь. 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 затвора он выходит из пространства между магнитом и элементом Холла. Включается цепь, замыкающая заземляющую ветвь 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) представляет собой еще один тип цифровых датчиков включения/выключения. Смещающий магнит помещается над элементом Холла. В этом датчике магнитное поле всегда проникает через элемент Холла и всегда присутствует напряжение Холла. Когда зубец шестерни или мишень проходит под элементом Холла, в элементе усиливается магнитное поле. По мере усиления магнитного поля напряжение Холла увеличивается. Это напряжение отправляется в схему, которая сравнивает выходное напряжение Холла без зубца с выходным напряжением зубца Холла.

Чтобы этот датчик сработал, цель должна пройти мимо элемента Холла. В положении без зубца конденсатор заряжается для хранения напряжения Холла без зубца, чтобы он мог сравнивать его с напряжением Холла с зубцом. Когда передняя кромка зуба приближается к датчику, напряжение Холла увеличивается до заданной рабочей точки. В этот момент компаратор посылает сигнал на триггерную схему. 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 притягивается к земле. Когда цель вращается и задняя кромка зубца проходит мимо датчика Холла, напряжение падает ниже заданной точки сброса, и компаратор подает напряжение на триггерную схему и выключает NPN-транзистор. Затем транзистор меняет состояние и размыкает цепь. Теперь в сигнальной цепи присутствует напряжение источника. Если регулятор является источником 5 вольт, напряжение сигнала теперь 5 вольт. Когда зуб проходит под датчиком Холла, цепь активируется и притягивает этот 5-вольтовый сигнал к земле. Этот цикл повторяется, чтобы создать цифровой выход датчика Холла с зубчатой ​​передачей.

Для устранения неполадок в этих цепях (см. рис. 7 и 8) необходимо измерить падение напряжения на цепи питания, земли и сигнала. Если сигнал правильный на низком и высоком выходе, питание и заземление также будут в порядке. Если источником питания является напряжение батареи, 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 проблем с регулятором, выходной сигнал также падает. Если мощность увеличивается, выходной сигнал также увеличивается. Если напряжение земли увеличивается из-за падения напряжения (сопротивления), выходной сигнал также увеличивается.

При использовании аналогового датчика Холла, если есть падение напряжения или обрыв 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 сканирующем приборе неправильное, проблема может заключаться в аналого-цифровом преобразователе внутри блока управления. Всегда проверяйте питание, заземление и сигналы на модуле управления перед заменой устройства.

Для устранения неполадок цифрового датчика необходим осциллограф. Следующие рекомендации помогут поставить диагноз:

• При использовании цифрового датчика Холла, если сигнал на датчике высокий, периодически отсутствует или полностью вышел из строя, цепь от модуля управления исправна.
•Разные блоки управления используют разные уровни напряжения сигнала; 5, 8, 9 и 12 вольт являются общими. Этот уровень напряжения сигнала должен быть в пределах 10% от целевого напряжения, иначе блок управления не обнаружит изменение состояния напряжения.
• Если сигнал низкий, периодически пропадает или полностью не работает, регулятор напряжения или цепь в блоке управления могут быть неисправны, сигнальный провод может быть разомкнут или заземлен, или датчик Холла может быть неисправен и тянет сигнал на землю.
•Если уровень напряжения датчика на массу не находится в пределах 10% от напряжения на массу автомобиля, блок управления не обнаружит изменение состояния сигнала.
• Если напряжение зависло на высоком или низком уровне, убедитесь, что цель движется.