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.

Что такое и для чего нужен датчика Холла в автомобиле, его принцип работы и применение

Независимый автомобильный портал «Авто Центр Ру» / Что такое и для чего нужен датчика Холла в автомобиле, его принцип работы и применение

На современных автомобилях стоит большое количество различных датчиков, информирующих электронный блок о состоянии различных систем. Датчик Холла отвечает за информацию о положении коленвала и распредвала. В статье дается описание, что такое датчик Холла, для чего он нужен, как проверить датчик Холла и выполнить ремонт своими руками. К статье прилагаются фото и видеоматериалы.

Описание датчика Холла

С помощью данного прибора контролируется положение распредвала, что необходимо для определения правильного положения газораспределительного механизма, который учитывает положение коленвала. В основе устройства лежит эффект Холла, который был открыт в 1879 году. Только около 30% автолюбителей знают этот прибор как устройство Холла, а как датчик распредвала больше.

Принцип работы

Рассмотрим, как устроен импульсный преобразователь. Он выдает сигналы, если изменяется разность потенциалов, которая возникает в проводнике, когда его пересекает магнитное поле. Создается магнитное поле постоянным магнитом, который находится в приборе.

Магнитное поле меняется, если репер (металлический зуб) замыкает специальный разъем. Репер может находиться либо на зубчатом колесе распредвала, либо на задающем диске, расположенном на валу. На схеме показано устройство преобразователя.

Схема устройства прибора

Чем быстрее происходит вращение распредвала, тем чаще поступает сигнал от прибора.

При прохождении репера через щель возникает разность потенциалов и подается импульс блоку управления. ЭБУ определяет время вспрыска и воспламенения топливно-воздушной смеси (автор видео — Радиолюбитель TV).

Если двигатель оборудован системой изменения газораспределителых фаз, то устройство устанавливается на выпускной и впускной клапан распредвала.

Схема работы устройства

В дизеле устройство Холла помогает определить положение распредвала относительно коленвала. Таким образом обеспечивается устойчивая работа силового агрегата во всех режимах. Для реализации этого процесса изменена конструкция задающего диска распредвала. Он имеет репер для каждого цилиндра.

Знание устройства дает возможность понять, из-за чего могут возникнуть неисправности, как выполнить ремонт либо замену своими руками.

Виды

Благодаря современной электронике созданы устройства Холла двух видов: аналоговые и цифровые. Существует также оптический преобразователь. Аналоговые относятся к обычным преобразователям, они изменяют индукцию поля. Значение, которое будет выдавать преобразователь, зависит от силы магнитного поля и полярности.

В цифровых приборах отсутствует магнитное поле. Принцип их работы состоит в том, что когда индукция достигает порога, выдается логическая единица. Если установленная пороговая величина не достигнута, выдается ноль. Большой недостаток цифровых преобразователей – его низкая чувствительность.

Аналоговый и цифровой преобразователи

Оптический датчик имеет более сложную схему. В оптическом преобразователе магнитное поле движется на прорези в стальном экране, из-за чего изменяется разность потенциалов в системе полупроводников.

Область применения

Широкое распространение устройств Холла началось с массового производства полупроводниковых пленок. С развитием микроэлектроники приборы приняли миниатюрные размеры, в их корпусах стоит магнит, чувствительный элемент и микросхема. Используются они в машиностроении, авиации, в конструкциях серводвигателей.

В автомобиле прибор применяется для контроля положения различных узлов и механизмов, в том числе распредвала и коленвала. Он работает в качестве замыкателя и размыкателя. На стационарно закрепленный преобразователь влияет магнит, расположенный и вращающийся в трамблере. Под влиянием магнитного поля прибор подает импульс, вызывающий искру зажигания. На фото можно видеть, как он расположен в трамблере.

Размещение прибора в трамблере

Как проверить датчик Холла на работоспособность?

Признаки неисправности датчика Холла:

• мотор не запускается или запуск осуществляется с трудом;
• двигатель временами глохнет;
• движение происходит с рывками, особенно на высоких оборотах.

Если появились перечисленные симптомы, нужна проверка датчика Холла.

Существует несколько способов, как проверить датчик Холла:

1. Тестером, например, мультиметром.
2. Если признаки исчезнут после установки заведомо исправного устройства, значит, снятый прибор неисправен.
3. Можно сделать имитацию преобразователя своими руками. Для этого понадобится небольшой кусок медного провода и колодка с тремя штекерами.
4. Цифровым осцилографом. Неисправность прибора будет видно по осциллограмме. Правда, для этого нужно знать, как выглядит осциллограмма исправного устройства, чтобы выполнить диагностику своими руками.

Если выяснилось, что прибор неисправен, нужен ремонт или замена датчика Холла своими руками. Новый преобразователь или после ремонта нужно подключить соответственно трем выводам: с одного поступает сигнал на коммутатор, через второй поступает питание, а третий (минусовой) идет на массу. На фото видно, что каждый вывод окрашен в свой цвет, что облегчает ремонт и подключение.

Три вывода для подключения

Ремонт или замена датчика Холла в автомобиле может быть выполнена своими руками. Это дает возможность сэкономить на автосервисе.

Извините, в настоящее время нет доступных опросов.

Видео «Как проверить преобразователь»

В этом видео демонстрируется, как проверить датчик Холла на автомобиле с помощью прибора, сделанного своими руками (автор видео — Автоэлектрика ВЧ).

признаки неисправности и порядок действий

Водители автомобилей > Полезная информация > ТО и ремонт > Как самостоятельно проверить датчик Холла в машине

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.

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, виды, устройство и принцип работы.

Датчик Холла — это датчик магнитного поля, на двигателе он фиксирует магнитные импульсы от сопряженного с ним устройства (трамблёр, распредвал) и на основе его показаний распределяется искра по цилиндрам.

Современный автомобиль может похвастаться наличием нескольких десятков датчиков. Есть датчики, контролирующие количество топлива, есть датчики, проверяющие давление в двигателе, но самым незаменимым является датчик Холла.

Впервые он был применен при строительстве автомобилей еще более 70 лет назад, и с тех пор достойной альтернативы ему не нашлось. Он продолжает использоваться, и каждый из автомобилистов наслышан о его существовании.

Что представляет собой датчик Холла и для чего он нужен в автомобиле.

Данный датчик единственный в автомобиле, который имеет собственное имя. Он назван в честь известного американского физика Эдвина Холла, который открыл особенности поведения полупроводника в магнитном поле. В техническом плане датчик Холла представляет собой простейшее магнитоэлектрическое устройство. Фактически это датчик, который фиксирует наличие магнитного поля. Принцип его действия достаточно прост, и в нем вполне можно разобраться.

Конструктивно, работает это следующим образом. Плоский проводник под напряжением помещается в магнитное поле. Под действием магнитного поля, ток смещается в одному краю проводника, таким образом возникает разница потенциалов.

В автомобиле, датчик Холла работает как обычный ключ (размыкатель и замыкатель). Магнит вращается в трамблере машины, и влияет на датчик, закрепленный стационарно. Когда датчик «чувствует» магнитное поле трамблера, он подает импульс, который вызывает искру зажигания.

Собственно, данный датчик – один из основных элементов системы зажигания автомобили. Он присутствует в любой машине вне зависимости от ее стоимости. Кроме того, он может быть использован в цифровых спидометрах и тахометрах, проверять скорость вращения передаточных колес и контролировать работу антиблокировочной системы автомобиля.

Также стоит отметить тот факт, что датчик Холла очень надежен. Сам по себе он может работать долгие годы, и чаще всего, поломка происходит из-за физического воздействия или чрезмерного загрязнения датчика. Достаточно часто, датчик Холла специально устанавливают таким образом, чтобы его можно было быстро снять и заметить. Исключение составляют лишь устройства, которые контролируют работу сложных систем автомобиля.

Виды современных датчиков Холла.

Техническая революция коснулась даже консервативного датчика Холла.

Благодаря применению современных полупроводниковых материалов, устройство стало намного меньше, компактнее и надежней. В настоящее время различают аналоговые и цифровые датчики Холла.

• Аналоговый датчик. Данное устройство с полным правом можно считать классическим, так как именно оно появилось первым. Принцип работы устройства следующий – индукция магнитного поля преобразуется в напряжение в зависимости от силы поля. Чем сильнее магнитное поле – тем больше будет напряжение. Кроме того, имеет значение расстояние, на котором находится магнит, излучающей поле. В настоящее время подобные датчики практически не используются в автомобилях, так как имеют значительные размеры и устаревшую конструкцию.
• Цифровые датчики. Работает лишь в двух положениях (магнитное поле зафиксировано и не зафиксировано). Индукция достигается лишь в том случае, если магнитное поле превысило определённое значение. Если индукция слишком слабая, то датчик попросту не сработает. Самый распространённый тип датчика, повсеместно используется в автомобильной промышленности. В свою очередь, цифровые датчики подразделяются на униполярные и биполярные. Униполярные датчики срабатывают при нарастании магнитного поля, и выключаются, когда сила магнитного поля ослабевает. В свою очередь, биполярные датчики реагируют не на силу магнитной индукции, а на полярность. Говоря проще одна полярность включает датчик, а другая выключает его. Также, стоит отметить тот факт, что цифровой датчик Холла имеет сложную конструкцию. Используется полупроводниковый монолитный кристалл, который в случае повреждения не подлежит ремонту

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Существует несколько способов проверки данного датчика. Каждый из них может быть использован в тех или иных обстоятельствах, и имеет право на существование.

• Проверка с помощью тестера. Необходимо взять любой цифровой тестер, установить его в режим вольтметра, и померять напряжение на датчике Холла. Правильно работающий датчик будет показывать напряжение от 0,2 и до 3 Вольт. Если напряжение отсутствует вовсе или выше трех Вольт, то датчик вышел из строя и нуждается в срочной замене.
• Проверка с помощью аналогично работающего устройства. Вместо датчика Холла, работоспособность которого необходимо проверить, можно подключить аналогично работающее устройство. Создать устройство, использующее в работе эффект Холла не сложно. Необходим небольшой кусок провода и колодка с распределителем. Естественно, автомобиль не может использовать такую конструкцию в течение долгого времени, но для однократной проверки этого более чем достаточно. Такая несложная проверка покажет, кроется проблема в датчике, или дело совсем не в нем.
• Проверка с помощью нового датчика Холла. Можно установить изначально исправный датчик Холла, и таким образом решить проблему с диагностикой неисправности.

Это достаточно затратный вид ремонта, но в случае если неисправность крылась именно в датчике, это сразу решит проблему с установкой и заменой.

Датчик Холла: устройство и принцип работы

Когда американский физик Эдвин Холл открывал свой эффект взаимодействия электрического тока с магнитным полем, у него и в мыслях не было, что чаще всего его фамилия станет употребляться на автомобильных рынках в России. Удивительно, но факт — самые разные люди, весьма далёкие от физики, понятия не имеющие кто такой Холл, знают, что такое датчик Холла в автомобиле, и даже одно время страдали от их дефицита.

Содержание

В чём проявляется эффект Холла, и как это можно использовать в технике

Магнитное поле широко используется в автомобильной технике, несмотря на свою невидимость и неосязаемость. Даже свет, состоящий из электрических и магнитных полей, воспринимается благодаря своей электрической составляющей. Тем не менее, с помощью специальных магниточувствительных датчиков поле можно зафиксировать и даже измерить.

В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток. Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.

Собственно, всего этого недостаточно для использования кристалла в качестве датчика. Магнитное поле присутствует везде, надо определить его превышение над естественным фоном и помехами. Для этого к пластине подключается усилитель слабого сигнала и регулируемый пороговый элемент (компаратор). Вся схема выдаёт на выходе логический «0» по электрическому уровню, если поле есть, и логическую единицу во всех прочих случаях. Такая негативная логика обычно принята в цифровой технике. А чтобы в момент смены сигнала не наблюдалась «болтанка» выхода из-за неопределённости, устройство снабжается триггером Шмитта. Это такая схема, которая обеспечивает амплитудное запаздывание срабатывания (гистерезис), защищая от цифрового дребезга и помех в момент переключения, гарантируя одиночный крутой фронт сигнала и однозначность привязки во времени.

Устройство и принцип действия датчика

Если бы всё перечисленное выполнялось на дискретных элементах, то датчик был бы размером с магнитолу, столько же стоил, работал ненадёжно и потреблял много электроэнергии. В реальности всё устройство датчика Холла выполняется методами интегральной микроэлектроники всё на том же полупроводниковом кристалле, который с лёгкой руки деятелей из Кремниевой долины давно уже принято называть чипом.

Сам датчик миниатюрен настолько, что его размерами можно пренебречь на фоне габаритов корпуса, электрического разъёма, подводящих проводов и вспомогательного постоянного магнита. Кристалл полностью заливается пластмассой для защиты от внешних воздействий, снаружи остаётся только разъём и полюс магнита. В зависимости от назначения, датчик может иметь прорезь, внутри которой будет проходить край задающего синхронизацию реперного диска с пазами.

Принцип работы датчика Холла в автомобилях состоит в том, что при появлении в рабочей зоне изменений магнитного поля, например, прорези реперного диска вместо его цельной части, или ступеньки на шкиве, или метки на фланце распредвала, сигнал на выходе сменит своё значение с нуля на единицу или наоборот. Таким образом, электронный блок, считывающий показания датчика, узнает о наступлении определённого момента во вращении вала, например, верхней мёртвой точки поршня определённого цилиндра или любого его положения относительно этой ВМТ, нужная информация задаётся разработчиками двигателя. Это ложится в основу расчёта блоком управления двигателя таких важных данных, как момент зажигания, периодичность впрыска топлива, порядок открытия форсунок.

Читайте также: Вариатор в машине — принцип работы, плюсы и минусы

Разные случаи применения датчиков на эффекте Холла

Впервые такой датчик был использован на автомобилях с карбюраторными двигателями для замены контактов системы зажигания. Потом появились и другие применения магниточувствительных сенсоров.

Датчик Холла в системе зажигания карбюраторного двигателя

Классическая батарейная система зажигания действует по принципу накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания за счёт протекания тока по её первичной обмотке с последующим резким разрыванием цепи, что вызывает рост напряжения на вторичной обмотке и искровой разряд в свече. Контакты прерывателя при этом работают в крайне тяжёлых условиях, обгорают, изнашиваются и долго не живут. К тому же их возможности ограничивают рост мощности системы, а значит и работу двигателя с дальнейшим обеднением смеси для экономии горючего.

Проблему частично решило появление электронной бесконтактной системы зажигания с прерывателем на основе датчика Холла (ДХ). Здесь уже нет обгорающих и требующих регулировки зазора контактов, имеется лишь реперный диск, вращающийся в прорези датчика. Пока мимо магнита ДХ проходит цельная стенка диска, коммутатор зажигания, представляющий собой простой усилитель тока, управляемый сигналом ДХ, отдыхает, то есть ждёт момента начала накопления энергии. По переднему фронту прорези выходной ключ коммутатора открывается, начинается накопление энергии в катушке.

Ток увеличивается не до бесконечности. Выйдя на расчётную номинальную величину порядка полутора десятков ампер, он стабилизируется, а в момент появления второго края прорези датчик срабатывает, ключ размыкается, начинается рост напряжения на обмотках катушки вплоть до пробоя искрового зазора.

Датчик Холла здесь полностью оправдывает свои способности, он очень точно и стабильно задаёт моменты срабатывания всех элементов системы, а значит и ровную работу двигателя без пропусков зажигания и детонации. Сам ДХ при этом не изнашивается, служит теоретически вечно, избавляя водителей и ремонтников от всех неприятностей классического контактного прерывателя-распределителя (трамблёра). И только бракованные детали, а также мнительность заставляли людей покупать датчики для проверки и впрок, создавая дефицит, о котором было упомянуто ранее.

В качестве датчика положение коленчатого вала (ДПКВ)

Чаще всего здесь используется простейший и надёжный индуктивный ДПКВ. Это обычная катушка с тонким проводом, намотанная на постоянный магнит. Мимо неё проходит зубчатый венец шкива коленвала, на котором один зубец отсутствует. Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов переменного тока, один из которых имеет увеличенную длительность и амплитуду. Компьютеру электронного блока управления двигателем (ЭБУ) не составит труда, располагая такой временной диаграммой, привязать все процессы во времени к фазам положения коленвала.

Однако некоторых разработчиков подобная простота не устраивала, возможно, им хотелось большей точности, поэтому в качестве датчика они использовали всё тот же ДХ. Принцип работы здесь такой же, зубцы задающего шкива замыкают и размыкают магнитный поток через датчик, изменяя его выходной цифровой сигнал. Получается последовательность импульсов, по форме несколько другая, но несущая в точности ту же самую информацию и выполняющая те же цели. Это основной и самый главный датчик двигателя, единственный, без которого мотор даже не заведётся, поэтому датчик Холла это то, что здесь нужно, повышенная надёжность тут очень кстати.

Выдача сигналов о положении распределительного вала

Очень хорошо датчику Холла подходит ещё одна работа, для которой он часто используется. Это синхронизация фазированного многоточечного впрыска топлива.

Вообще, системы впрыска могут быть самыми различными:

• одноточечные, или моновпрыск, не сильно отличается от карбюратора, имеется один центральный модуль, где форсунка распыляет бензин во впускной коллектор, откуда он равномерно, или не очень, всасывается цилиндрами;
• многоточечный, здесь на каждый цилиндр приходится своя форсунка, срабатывающая после окончания такта выпуска, чтобы подготовить смесь к впуску;
• многоточечный фазированный, для его реализации как раз и потребуется датчик Холла.

Недостатком обычного впрыска является отсутствие его точной синхронизации с моментом начала впуска в конкретный цилиндр. Дело в том, что информация для ЭБУ приходит с датчика коленвала, а по его положению невозможно точно засечь конкретный такт в цилиндре, ведь полный цикл требует двух оборотов вала, которые с точки зрения ДПКВ абсолютно одинаковые и ничем не различаются. Поэтому впрыск будет происходить два раза за цикл, причём один раз совершенно бесполезно, на закрытый перед рабочим ходом впускной клапан.

Для совершенствования системы был применён датчик положения распредвала, разумеется, на эффекте Холла. Конструкция уже известна, дисковый репер и магнитный ДХ с выходом на ЭБУ. Теперь блок управления точно знает, как отличить ВМТ сжатия от ВМТ выпуска и каждая форсунка откроется строго в нужный момент. У бензина не будет времени, чтобы бесполезно оседать на стенках коллектора.

Читайте также: Что такое коробка передач DSG

Как проверяют ДХ при возникновении подозрений

Устройство это очень надёжное, но абсолютной защиты от неисправности не существует. Поэтому иногда приходится проверять и эти датчики.

1. Самое простое — подменить ДХ на заведомо исправный. Это избавит от возни со щупами, пробниками и осциллографами. А стоит датчик недорого, его всегда полезно иметь в запасе если не для замены, то именно для проверки забарахлившей системы впрыска или зажигания.
2. Люди, знающие принцип действия датчика Холла, могут проверить его простейшими и не очень приборами. Например, щупом-пробником со светодиодом. Выход датчика представляет собой каскад с открытым коллектором. Это означает, что в положении физического нуля транзистор открыт, и если пробник включён между плюсом питания и выходом ДХ, то индикатор засветится. Перемещая репер перед полюсами датчика, можно заставить его мигать, что почти точно укажет на исправность ДХ и подсоединённых цепей проводки.
3. Слово «почти» было употреблено в том смысле, что точно убедиться в исправности можно лишь с помощью цифрового запоминающего осциллографа, который имеется у многих диагностов как приставка к ноутбуку. С его применением можно проверить параметр, который недоступен щупам — быстродействие датчика. Фронты напряжения должны быть достаточно крутыми, что осциллограф и покажет. «Заваленный» фронт может оказаться тем самым случаем, когда датчик вроде работает, и пробник или мультиметр это подтверждают, а система сбоит и светит ошибки.

Почти все случаи, поясняющие, что такое датчик Холла в автомобиле, рассмотрены, остаётся упомянуть вполне возможное менее явное присутствие этих небольших приборов в автоэлектронике. Многие машины оснащаются достаточно мощными электродвигателями, где также для работы силовой электроники используются датчики Холла, следящие за положением ротора в магнитном поле. И даже этим, возможно, проникновение ДХ в авто не заканчивается. Компактный, надёжный и точный прибор всегда найдёт себе область работы во всё больше обрастающем электроникой современном автомобиле.

Вам также будет интересно почитать:

как проверить датчик холла, как он работает и для чего нужен

Датчик Холла в разных сферах производства

Попробуем разобраться, для чего нужен этот датчик Холла в автомобильном производстве. На сегодня эти устройства являются основой системы зажигания, которое находится в каждом автомобиле. Благодаря этому механизму происходит полноценный контроль над изменениями тока. Если происходит проблема в эксплуатации данного механизма, то функциональность системы зажигания также терпит неполадки. Это несет за собой негативные последствия в остальных важных аспектах автомобильных механизмов.
Для чего нужен датчик Холла в автомобиле? Это неотъемлемая его часть, благодаря своему небольшому размеру и формату прямоугольного электрического сигнала, что дает способность набирать нужную константу без скачков, набрали широкую популярность в создании автомобиля. Также он помогает в повышении мощности силового агрегата, усиливает действие всех остальных автомобильных устройств, что защищает его от аварийных ситуаций и способствует длительной эксплуатации авто.

Проверить работоспособность устройства Холла возможно своими силами. Для этого есть несколько способов. Первый, это проверка специальным тестером цифрового формата. Благодаря этому способу возможно замерять напряжение в механизме. Если напряжение будет колебаться до 3 вольт, то его можно использовать далее. Если же предел превышен, то устройство необходимо ремонтировать. Второй способ проверки — это проверка с помощью аналогичного устройства, только совершенно нового. При этом необходимо сравнить показатели обоих механизмов. Если второй вызовет у вас нарекания, тогда необходимо применить детальную проверку первым способом.

Также рассмотрим, что собой представляет датчик Холла в телефоне. Для этой сферы датчик является микросхемой, которая на выходе создает необходимый информационный сигнал. При создании телефона, разработчики используют этот механизм для контроля сигнала, что отображает это как наличие единицы или нуля. Проверить это можно на примере магнитного чехла. Когда на смартфон надевают чехол на магнитной застежке, то при его открывании, смартфон должен отреагировать и загореться. При закрывании срабатывает обратная реакция. Такие команды телефону и задает именно датчик Холла и заставляет его работать.

Убедиться, что в вашем телефоне стоит такой датчик, можно лишь внимательно прочитав описание самого телефона. А также если на мобильном рынке продаж на ваш телефон существует огромный выбор умных чехлов, которыми он руководит, тогда можете не сомневаться в наличии данного устройства в вашем смартфоне.

На сегодняшний день существует две разновидности устройства:

• Цифровые
• Аналоговые

Цель аналогового датчика — это изменение и переработка индукции в напряжении. Величина, которую он показывает, зависит от установленной дистанции, а также силы и полярности поля. Цифровой механизм определяет наличие поля. Они делятся на биполярные и униполярные. Принцип работы биполярного датчика является реагирование на изменение полярности поля, где одна полярность включает устройство, другая же выключает. Работа униполярного устройства происходит при уменьшении индукции поля.

Как работает датчик Холла и как он устроен?

Проводя свои исследования, Холл установил: когда пластина в магнитном поле и под напряжением, в ней происходит отклонение электронов. Поток магнитных частиц движется перпендикулярно этому движению. Направление отклонения электронов напрямую зависит от полярности магнитного поля. Значит, на различных сторонах металлической пластинки плотность электронов будет разной.

Холл взял металлический прямоугольник и, расположив его в магнитном поле, подал ток на узкие грани проводника, а напряжение зафиксировал на широких гранях.

Технологии совершенствовались, и этот принцип лег в основу прибора, который сейчас принято называть по имени человека, открывшего это явление.

Схема работы датчика следующая:

• Сквозь пластины устройства проходит электричество.
• В магнитном поле образуется разница потенциалов. Затем она постепенно выравнивается с помощью постоянного магнита. Сила тока на выходе при этом может различаться.
• Когда на вход прибора поступает сигнал, формируется постоянный импульс, имеющий прямоугольную форму. Этот импульс видим только на осциллографе.

Есть аналоговые и цифровые измерители. Аналоговый трансформирует магнитную индуктивность в электричество. Сила тока находится в зависимости от величины магнитного поля.

Эту конструкцию не используют в новых машинах — она устарела. Индукция цифрового прибора достигается, только если значение магнитного поля переходится через определенный рубеж. Устройство не активируется при слишком слабом магнитном поле. В старых авто датчик применяли для подачи искры на свечи.

Устройство датчика Холла таково:

• магнитная основа;
• роторная лопатка;
• провод для прохождения магнитного потока;
• корпус из пластика;
• электронная микросхема;
• контактная система.

Всего в контроллере 3 контакта. Первый подводится к массе. Второй нужен для подключения напряжения, сила которого составляет 6 вольт. С третьего контакта происходит передача импульсов на коммутатор.

Основные сведения

Начнем с базовой информации: где находится датчик Холла, что это такое, для чего он нужен. «Голый» датчик — это небольшой измеритель (сенсор, обнаружитель), почти всегда черный (цвет зависит от предпочтений производителя), размером в несколько миллиметров. Автомобильные изделия имеют сравнительно большой пластиковый защитный короб, «фишку» с кабелем с разъемом подключения.

Сенсор фаз осуществляет мониторинг магнитных полей, их параметров (напряженности), при этом выдает заданные алгоритмы работы (смыкание контактов и пр.).

Рассматриваемым сенсорам присвоили наименование от фамилии ученого Холла, открывшего, что разность потенциалов (холловского напряжения) возникает, если в поле помещают объекты с постоянными токами.

Автомобильный сенсор тока находится в трамблере — узле для подключения свечей, он скрыт пластиковой фишкой с тремя проводами и разъемом под них. На иных приборах он может размещаться где угодно. Обычно на печатных платах — это крошечная черная коробочка стандартно на 3, реже — на 4 ножках. Линейные Hall sensor напоминают микросхему. Изделие также определяют по маркировке, обозначения есть в справочниках радиодеталей, (распространенные S41, 41F, U18, 3144, 44E, 49E).

При токовом течении в одном направлении электроны отклоняются в проводниках, размещенных перпендикулярно к полю. Участки их имеют неравномерную плотность частиц, это и есть разность потенциалов, фиксируемая датчиком Холла. Становится возможным анализ напряжения под прямым углом к току.

Есть также Hall effect sensor упрощенный как, например, в смартфонах: только с функцией подтверждения наличия магнитных явлений, напряженность не анализируется. На базе узла, включающего датчик и магнитомер, телефон снабжается опцией компаса.

Как функционирует

Принцип работы, использования датчика Холла:

• Электроны при прохождении тока движутся по сенсору прямолинейно.
• При воздействии поля частицы с зарядом отклоняются силой Лоренца по изогнутой траектории.
• Отрицательно заряженные элементы, они же электроны, притягиваются на 1 сторону Hall sensor, а плюсовые (дырки) — к иной.
• Описанное накопление по разным сегментам создает разное напряжение, это и есть разность потенциалов. Пропорциональность возникшего напряжения к электротоку и напряженности поля прямая. Эти окончательные явления и отслеживаются сенсором, принцип используется для определения положения подконтрольных им обслуживаемых объектов.

Где применяются

Датчики фаз начали устанавливаться в конструкции около 75 лет после их изобретения, когда появились доступные технологии создания полупроводниковых пленочных материалов.

Характерные области применение датчиков Холла:

• первая область, где началось использование — машиностроение, для замеров углов распредвалов, коленвалов, фиксации искрения на узлах зажигания;
• переключатели (бесконтактного типа), анализаторы уровня веществ, скорости вращения лопастей, приспособления дистанционного обнаружения токов;
• сканирование магнитных обозначений;
• как замена герконам (автоматические выключатели, смыкающие контакты посредством магнита). В этой сфере описываемые устройства наиболее распространенные из-за многочисленности приборов: микроэлектроника, техника от наушников до манипуляторов, клавиатур, в лифтах, охранном оснащении (двери, запорные элементы).

В смартфоне

Датчик холла в смартфоне применяются для таких целей:

• как часть компаса, магнитомера;
• для мониторинга закрытия/открытия чехла с магнитной защелкой отслеживанием ослабления/повышения поля;

Опишем, для чего нужен датчик холла в смартфоне на обложке. При отдалении магнита с обнаружителя идет импульс на активацию табло, когда ближе — на отключение. Разновидность таких чехлов — отдельный вид изделия, именуемый обычно Smart Case. Есть и дополнительные функции, принцип действия их такой: если применяется обложка без окошек около дисплея, то посредством обнаружителя отключается экран, когда он закрыт, при открытии — автоматическая активация. При наличии окошек инициируется переключение содержимого на табло. На видимой области — часы и пр., на всем дисплее — вся информация.

Не все смартфоны имею описанное усовершенствование, а также не всегда производители указывают его в перечне опций, поэтому нужно уточнять этот параметр. Но если в рекомендуемых аксессуарах есть отметка о таковых подходящих из категории Smart Case, то данная опция присутствует.

Магнитные датчики

Основное преимущество использования датчиков магнитного поля, заключается в их бесконтактной работе. Они бывают аналоговыми и дискретными. Первый тип считается классическим. В его основе лежит принцип, что чем сильнее будет магнитное поле, тем больше будет величина напряжения. В современных приборах и устройствах такой тип уже практически не используется из-за значительных размеров. Цифровой же датчик построен на режиме работы «ключ» и имеет два устойчивых положения. Если сила индукции недостаточна он не срабатывает.

Разделяются дискретные элементы Холла на два типа:

• униполярные — срабатывание которых зависит от полюса магнитного поля;
• биполярные — переключения состояния датчика происходит при изменении магнитного полюса;
• омниполярные — реагируют на действие магнитной индукции любого направления.

Конструктивно датчик представляет собой электронный прибор с тремя выводами. Он может выпускаться как в стандартном исполнении DIP, DFN или SOT, так и в герметичном: например, 1GT101DC (герметичный), A1391SEHLT-T (DNF6), SS39ET (SOT), 2SS52M (DIP).

Характеристики устройства

Выпускаемые датчики, использующие явление Холла, как и любые электронные радиокомпоненты характеризуются своими параметрами. Главным из них является тип прибора и напряжение питания. Но, кроме этого, выделяют следующие технические характеристики:

1. Величина измеряемой индукции. Измеряется она в гауссах или миллитеслах.
2. Чувствительность — определяется значением магнитного потока, на который реагирует датчик, единица измерения мВ/Гс или мВ/мТл.
3. Нулевое напряжение магнитного поля — значение разности потенциалов, соответствующее отсутствию магнитного поля.
4. Дрейф нуля — изменение напряжения, зависящее от температуры. Указывается в процентном отклонении от температуры 25 °C.
5. Дрейф чувствительности — изменение чувствительности, вызванное изменением температуры.
6. Полоса пропускания — уровень снижения чувствительности с шагом в 3 дБ.
7. Индукция включения и выключения — это значение напряжённости поля, при котором датчик устойчиво срабатывает.
8. Гистерезис — разность между индукциями включения и выключения;
9. Время срабатывания — характеризуется промежутком времени перехода из одного устойчивого состояния в другое.

Изготовление приборов

Материал, из которого выполняется элемент Холла, должен обладать большой подвижностью носителей зарядов. Для получения наибольшего значения напряжения вещество не должно иметь высокую электропроводностью. Поэтому при производстве устройств используется: селенид, теллурид ртути, антимонид индия. Тонкопленочные датчики получаются методом испарения вещества и осаждения его на подложку. В качестве её служит слюда или керамика.

Изготавливают датчики также из полупроводников — германия и кремния. Их легируют мышьяком или фосфорной сурьмой. Такие устройства обладают низкой зависимостью от изменения температуры, а величина образуемой на них ЭДС может достигать одного вольта.

Типовой процесс производства пластинчатого датчика Холла состоит из следующих операций:

• обрезка пластины нужного размера;
• шлифовка поверхности;
• формирование с помощью пайки либо сварки симметричных выводов;
• герметизация.

Одним из главных преимуществ датчиков, выполненных на этом эффекте, является электрическая изоляция (гальваническая развязка) делающие их применение удобным и безопасным.

Аналоговые/пропорциональные датчики для повышения стабильности и точности

Аналоговые измерительные приложения позволяют конечному пользователю мгновенно получать обратную связь о положении магнита. Аналоговый датчик Холла обладает высокоточным выходным сигналом с высоким разрешением.

Ранее аналоговые датчики Холла измеряли у магнитов плотность потока и в значительной степени зависели от внешней температуры. Так как в последние годы аналоговые технологии эффекта Холла развивались, теперь, вместо традиционной амплитуды поля, микросхема с датчиком Холла теперь измеряет угол поля, делая его намного менее чувствительным к изменениям температуры. Это улучшение позволяет датчику обеспечивать более стабильный аналоговый выходной сигнал в широком диапазоне температур.

Рассмотрим два типа датчиков Холла, которые могут быть выбраны для аналоговых измерительных схем:

Поворотный датчик Холла: преимущества и применение

Этот полупроводниковый датчик изменяет выходное напряжение при изменении магнитного поля. Он сочетает в себе измерительный элемента на основе эффекта Холла и электрическую схему, обеспечивающую аналоговый выходной сигнал, который соответствует изменению вращающегося магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Этот датчик предлагает два варианта выходного сигнала: аналоговый или широтно-импульсно-модулированный (ШИМ). Устройство программируется таким образом, чтобы инженер мог связать определенное выходное напряжение или ШИМ сигнал с точной степенью поворота. При повороте до 360° доступны несколько точек программирования. Каждая программируемая точка представляет собой напряжение или ШИМ сигнал, который соответствует заданному углу магнитного поля. Это приводит к получению выходного сигнала, пропорционального углу поворота.

В отличие от механического и резистивно-плёночного поворотных устройств поворотный датчик Холла не испытывает механического износа или изменения значений сопротивления. Кроме того, он очень стабилен при нормальных рабочих температурах вплоть до +105°C. Результаты измерения угла поворота в диапазоне 0°–360° точно калибруются в соответствующем диапазоне выходного постоянного напряжения 0,5В–4,5В или коэффициента заполнения ШИМ сигнала 10–90%.

Поворотные датчики Холла становятся очень популярными для замены механических резистивно-пленочных потенциометров. Они используются в автомобильных и внедорожных приложениях, таких как определение положения клапана EGR в двигателях. Эти датчики также могут использоваться для определения положения поворотных ручек в приборах и бытовой технике.

Рисунок 3 – Поворотный датчик Холла, используемый в поворотной ручке стиральной машины

Линейный датчик Холла: преимущества и применение

Линейные датчики Холла похожи на поворотные датчики Холла, за исключением того, что они измеряют не угловое, а линейное движение магнитного поля. Датчик Холла программируется для выдачи заданного напряжения, пропорционального заданному расстоянию. Типы выходного сигнала у него такие же, как и у поворотного датчика Холла. Датчик измеряет линейное перемещение и относительный угол потока магнитного привода на расстоянии до 30 мм на каждую микросхему с датчиком Холла. Это дает в результате выходной сигнал, точно пропорциональный перемещению датчика.

Перед программированием выходных напряжений или значений ШИМ-сигнала, соответствующих относительному значению магнитного поля от магнита на приводе, датчик и привод могут быть помещены на место окончательного монтажа в устройстве, чтобы в процессе программирования учесть все магнитные воздействия от близлежащего окружения. Это позволит инженеру отрегулировать выходной сигнал датчика, поскольку в процессе программирования будут учтены любые шунтирующие, механические воздействия и воздействия посторонних магнитных полей.

Линейные датчики Холла часто используются в качестве датчиков контроля уровня жидкости. В этом применении датчик определяет положение движущегося поплавка с прикрепленным магнитом. Линейные датчики также полезны в более сложных конструкциях, таких как автомобильная коробка передач.

Свойства

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле с индукцией B{\displaystyle B} течёт электрический ток с плотностью j{\displaystyle j} под действием напряжённости E{\displaystyle E}. Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E1{\displaystyle E_{1}} не скомпенсирует силу Лоренца:

eE1=evB⇒E1=vB.{\displaystyle eE_{1}=evB\Rightarrow E_{1}=vB.} где e{\displaystyle e} — электрический заряд электрона.

Скорость электронов v{\displaystyle v} можно выразить через плотность тока j{\displaystyle j}:

j=nev⇒v=jne,{\displaystyle j=nev\Rightarrow v={\frac {j}{ne}},} где n{\displaystyle n} — концентрация носителей заряда. Тогда E1=1nejB.{\displaystyle E_{1}={\frac {1}{ne}}jB.}

Коэффициент RH=1ne{\displaystyle R_{H}={\frac {1}{ne}}} пропорциональности между E1{\displaystyle E_{1}} и jB{\displaystyle jB} называется коэффициентом

(или
константой
)
Холла
. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определить знак их заряда для большого числа металлов и полупроводников.

Несмотря на то, что носителями заряда в металлах являются электроны, имеющие отрицательный заряд, для некоторых металлов — например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам в достаточно сильном магнитном поле наблюдается положительный знак константы Холла RH{\displaystyle R_{H}}, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Виды датчиков

С развитием науки технология стала использоваться во многих устройствах. Этому способствовало и то, что всего существует несколько видов датчиков:

1. Цифровые. Предназначены для обнаружения магнитного поля. При достаточно высокой индукции, устройство срабатывает. Это определенная логическая команда, которая определяется как «один» такой сигнал означает – поле присутствует. При низкой чувствительности, слабом магнитном поле, или полном его отсутствии, срабатывает сигнал «ноль».
2. Униполярные. Особый вид, который включается и выключается одним и тем же магнитным полем. Включен прибор или же выключен, зависит от интенсивности магнитного поля.
3. Биполярные. Сложный тип датчика Холла. Его работа основана на взаимодействии с обоими полюсами. К примеру, он включается только южной стороной магнита. Если включение произошло, то этой стороной уже нельзя повлиять. Не поможет изменение плотности магнитных волн или расстояния меду магнитом и проводником. Чтобы отключить его, нужно развернуть магнит на противоположный полюс и эту сторону поднести к прибору.

Причины и диагностика поломки датчиков положения

Причиной поломки датчиков Холла могут стать:

• значительный перегрев электромотора – выше 150–180 °С;
• механические повреждения;
• скачки напряжения;
• попадание воды внутрь корпуса электродвигателя или ручки газа.

Явным признаком поломки датчиков Холла считается подергивание МК при старте во время поворота ручки газа. Для диагностики такой неисправности достаточно вольтметра. Также для проверки работоспособности мотор-колеса, контроллера или ручки газа удобно воспользоваться диагностирующим тестером. Он позволяет продиагностировать датчики положения и обмотки, выявить имеющиеся дефекты, проверить фазовый угол и корректность переключения фаз.

Область применения

Широкое распространение устройств Холла началось с массового производства полупроводниковых пленок. С развитием микроэлектроники приборы приняли миниатюрные размеры, в их корпусах стоит магнит, чувствительный элемент и микросхема. Используются они в машиностроении, авиации, в конструкциях серводвигателей.

В автомобиле прибор применяется для контроля положения различных узлов и механизмов, в том числе распредвала и коленвала. Он работает в качестве замыкателя и размыкателя. На стационарно закрепленный преобразователь влияет магнит, расположенный и вращающийся в трамблере.

Под влиянием магнитного поля прибор подает импульс, вызывающий искру зажигания. На фото можно видеть, как он расположен в трамблере.

Размещение прибора в трамблере.

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.

Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.

Малопотребляющие датчики Холла от Honeywell

В ассортименте одного из старейших производителей датчиков Холла – компании Honeywell – также присутствуют две модели малопотребляющих датчиков положения, отличающихся лишь чувствительностью.

Структурная схема (рисунок 11), технические характеристики (таблица 3) и принцип работы микросхем SM351 и SM353 во многом аналогичны рассмотренным выше микросхемам DRV5032 производства компании Texas Instruments. Для уменьшения энергопотребления питание на аналоговые узлы подается только во время измерений, продолжительность которых составляет 15 мкс. Коммутация питания осуществляется с помощью транзисторного ключа, управляемого таймером, содержащим тактовый генератор, счетчик, дешифратор и другие необходимые компоненты. Средняя частота измерений напряженности магнитного поля равна 10 Гц. При напряжении питания 1,8 В такой режим работы при типовом значении тока в режиме измерений около 1 мА позволяет уменьшить средний ток микросхемы до уровня, не превышающего 0,4 мкА.

Рис. 11. Структурная схема датчиков SM351 и SM353

Микросхемы SM351 и SM353 нечувствительны к полярности внешнего магнитного поля и имеют двухтактные выходы, позволяющие подключать их к микроконтроллеру без использования внешних подтягивающих резисторов. Оба прибора выпускаются в компактных корпусах SOT-23 и могут работать в широком диапазоне питающих напряжений (1,65…5,5 В) и температур (-40…85°С), что позволяет использовать их в автомобильной и промышленной электронике совместно с большинством наиболее популярных микроконтроллеров.

Таблица 3. Технические характеристики датчиков Холла производства Honeywell при напряжении питания 1,8 В

Параметры	Наименование
	SM351	SM353
Тип выхода	Двухтактный
Напряжение питания, В	1,65…5,5
Длительность активного режима, тип., мкс	15
Рабочая температура, °С	-40…85
Корпус	SOT-23
Частота опроса, тип., Гц	10
Чувствительность, мТл	0,7	1,4
Максимальный ток в активном режиме, тип. , мА	1	0,8
Средний потребляемый ток, мкА	0,36	0,31

В отличие от изделий Texas Instruments, датчикам Honeywell необходима другая ориентация магнитного поля. Для корректной работы внешние магниты должны быть ориентированы полюсами к торцевой поверхности микросхем (рисунок 12), в то время как для датчиков Texas Instruments такое расположение магнитов попадает в «слепую» зону.

Рис. 12. Ориентация магнитного поля для датчиков SM351 и SM353

Датчик Холла в системе зажигания

В современных бесконтактных системах зажигания вместо механического размыкателя применяют датчик Холла. Сам сенсор установлен на корпусе трамблера и имеет специальную прорезь, с одной стороны которой установлен постоянный магнит, с другой – микросхема с чувствительным элементом. На оси прерывателя закреплена металлическая коронка с прямоугольными зубцами и прорезями (в соответствии с количеством цилиндров двигателя). Сам принцип работы достаточно прост. При вращении ротора распределителя металлические зубцы коронки проходят через зазор датчика Холла.

В результате:

• Когда щель между постоянным магнитом и чипом свободна (это происходит в момент прохождения прорези вращающейся коронки через зазор датчика), на выходе сенсора напряжение отсутствует (либо оно минимально). ЭБУ «воспринимает» такой сигнал как логический ноль.
• И наоборот, когда металлическая пластина входит в зазор датчика и перекрывает магнитный поток, на выходе устройства появляется значительное напряжение, которое поступает на ЭБУ. Блок «включает» в работу высоковольтную катушку и в нужном цилиндре происходит воспламенение воздушно-топливной смеси.

Для информации! Существуют датчики (в зависимости от марки автомобиля и прошивки его «мозгов»), алгоритм работы которых выглядит с точностью «до наоборот» (по сравнению с вышеописанным).

Ремонт и замена своими руками

При повреждении элементов конструкции ремонт датчика невозможен. Владельцу автомобиля необходимо поменять деталь на оригинальный сенсор или найти по справочникам либо каталогам аналог. Алгоритм установки нового датчика зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Для выполнения работ нужен набор слесарного инструмента (гаечные ключи и отвертки). Процедура занимает 10–20 минут.

Чтобы заменить неисправный датчик положения распределительного вала, необходимо (на примере Lada Priora с 16-клапанным мотором):

1. Найти точку установки сенсора по электрической схеме или жгуту проводки, подведенному к передней крышке двигателя рядом со шкивом коленчатого вала.
2. Снять колодку проводки и отвернуть 2 болта, а затем аккуратно вынуть датчик из посадочного гнезда.
3. Осмотреть изделие. Если на корпусе имеются следы механического воздействия, снять пластиковый кожух и проверить состояние газораспределительного механизма. В противном случае установить новый сенсор, завернуть крепежные болты и подключить сигнальный кабель. При монтаже убедиться в наличии резинового уплотнителя.

Ряд производителей автомобилей рекомендует проводить замену датчика Холла через 100–150 тыс. км пробега.

Подобные требования обусловлены жесткими условиями эксплуатации (узлы работают в условиях перепадов температуры и подвергаются вибрационным нагрузкам). Циклы нагрева и охлаждения негативно влияют на полупроводники и способны разрушить пластиковый корпус. Вода или конденсат проникает в трещины и ускоряет выход датчика из строя.

Чтобы заменить датчик, нужно найти точку установки сенсора.

Для замены датчика в трамблере следует:

1. Отстегнуть защелки и снять крышку.
2. Установить метки на шкиве коленчатого вала и газораспределительного механизма.
3. Отвернуть болты крепления и снять распределитель зажигания для дальнейшей разборки.
4. Демонтировать неисправный датчик и произвести осмотр и обслуживание элементов конструкции.
5. Установить новый сенсор и произвести сборку в обратной последовательности.
6. Проверить работоспособность двигателя и произвести регулировку зажигания (при необходимости).

Датчик Холла

Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?

С чего все начиналось

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

Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.

Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект – в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.

Линейные датчики Холла

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

а 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 измеряемым параметрам магнитного поля.

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

Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:

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. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.

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.

1. 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

1. 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.

Принцип работы

Рассмотрим, как устроен импульсный преобразователь. Он выдает сигналы, если изменяется разность потенциалов, которая возникает в проводнике, когда его пересекает магнитное поле. Создается магнитное поле постоянным магнитом, который находится в приборе.

Магнитное поле меняется, если репер (металлический зуб) замыкает специальный разъем. Репер может находиться либо на зубчатом колесе распредвала, либо на задающем диске, расположенном на валу. На схеме показано устройство преобразователя.

Схема устройства прибора.

Если двигатель оборудован системой изменения газораспределителых фаз, то устройство устанавливается на выпускной и впускной клапан распредвала.

Схема работы устройстваВ дизеле устройство Холла помогает определить положение распредвала относительно коленвала. Таким образом обеспечивается устойчивая работа силового агрегата во всех режимах. Для реализации этого процесса изменена конструкция задающего диска распредвала. Он имеет репер для каждого цилиндра.

Знание устройства дает возможность понять, из-за чего могут возникнуть неисправности, как выполнить ремонт либо замену своими руками.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля. Существуют датчики двух видов:

• цифровые;
• аналоговые.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Особенности малопотребляющих дискретных датчиков Холла

Различают линейные и дискретные датчики Холла (рисунок 1). Выходные сигналы линейных датчиков пропорциональны величине магнитной индукции. Основная сфера применения подобных устройств – измерители напряженности магнитного поля, датчики постоянных и переменных токов (рисунок 2), бесконтактные потенциометры, датчики угла поворота и прочие приложения, работающие с непрерывными сигналами. Кроме усилителя и схем температурной компенсации микросхемы, в зависимости от специализации, могут содержать множество других узлов, например, АЦП, компараторы тревожных сигналов для активизации центрального микроконтроллера, контроллеры популярных интерфейсов передачи данных, (USART, I2C, SPI и других), а также энергонезависимую память для хранения настроек.

Рис. 1. Структурные схемы датчиков Холла

Рис. 2. Датчик Холла для измерения тока

Когда абсолютное значение индукции магнитного поля не имеет значения, а важно определить лишь факт наличия или отсутствия магнитного поля – используют датчики Холла с дискретным выходом. В эти микросхемы обычно интегрируются один или несколько компараторов с гистерезисом, сравнивающих напряжение на выходе дифференциального усилителя с пороговыми уровнями. Областью применения дискретных датчиков Холла является широкий спектр автоматизированных приложений: датчики открытия дверей, частотомеры, синхронизаторы, автомобильные системы зажигания, контроллеры подвижных элементов (клапанов, задвижек, крышек и прочего), охранные системы, устройства управления электродвигателями и многие другие.

Классическим примером использования дискретных датчиков Холла являются электродвигатели, используемые в компьютерном оборудовании (рисунок 3). Размещенный на плате двигателя датчик Холла измеряет напряженность магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом ротора, формируя импульсный сигнал с логическими уровнями, частота которого пропорциональна частоте вращения, что позволяет оценить как исправность, так и производительность вентилятора.

Рис. 3. Датчик Холла в компьютерном вентиляторе

Относительно новой областью применения дискретных датчиков Холла являются устройства дистанционного мониторинга, в которых они постепенно вытесняют традиционно используемые в данных приложениях герметичные электромеханические контакты (герконы). Например, использование датчика Холла совместно с трехосевым акселерометром в беспроводном дверном датчике DMS-100, выпускаемом компанией Pandora (рисунок 4), позволяет распознать удар, поворот и состояние (открыто/закрыто) дверей, люков, крышек кофров, багажников, прицепов. Поскольку датчик DMS-100 использует беспроводной интерфейс передачи данных и питается от аккумулятора, его можно легко и быстро разместить в труднодоступных местах.

Рис. 4. Беспроводной датчик двери Pandora DMS-100

Основными преимуществами датчиков Холла по сравнению с герконами являются высокая надежность, компактность и повышенная чувствительность. Кроме этого, измерительный элемент может определять не только величину, но и полярность магнитного поля, в том числе – по нескольким координатам. Все эти преимущества позволяют позиционировать датчики Холла в качестве перспективной элементной базы.

В случае, когда непрерывный мониторинг объекта не требуется (например, для систем безопасности), энергопотребление датчика Холла может быть снижено за счет перевода в прерывистый режим работы. Например, при контроле двери или окна нет необходимости постоянно определять их состояние, достаточно это делать несколько раз в секунду, ведь скорость их перемещения относительно невелика. Благодаря тому, что измерительный элемент датчика Холла является практически безынерционным, а современная элементная база отличается высоким быстродействием, для проведения измерений уровня магнитного поля без ущерба для точности достаточно всего нескольких десятков микросекунд. Таким образом, если микросхема датчика большую часть времени будет находиться в спящем режиме, при котором потребляемый ток снижается до уровня нескольких микроампер, то среднее значение тока, потребляемого датчиком, может быть уменьшено на несколько порядков.

Например, пусть для проведения измерений достаточно 100 мкс и тока 5 мА. Если проводить измерения 10 раз в секунду с интервалом 100 мс, то при токе потребления в спящем режиме 5 мкА средний потребляемый ток Iср будет рассчитан по формуле 1 (рисунок 5): $$I_{ср}=\frac{T_{1}}{T}\times I_{1}+\frac{T_{2}}{T}\times I_{2},\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

где T1 = (t1 – 0) – продолжительность этапа измерения, T2 = (T – t1) – продолжительность спящего режима, то есть (0,1/100)∙5000 + (99,9/100)∙5 ≈ 10 мкА.

Рис. 5. Сравнение энергопотребления датчиков Холла при различных режимах работы (в условном масштабе)

Это в 500 раз меньше тока 5 мА, который бы потребляла микросхема, выполняя непрерывные измерения. Таким образом, использование прерывистого режима является эффективным средством уменьшения энергопотребления дискретных датчиков Холла без ущерба для их функциональности, что делает их идеальными для широкого круга компактных приложений с батарейным питанием.

Открытие эффекта Холла

Будущий физик Эдвин Герберт Холл родился в американском городе Горем в 1855 году. Получив начальное образование, он в 1875 году поступил в университет, где и ставил свои первые эксперименты. Так, изучая труды Максвелла об электричестве и магнетизме, Холл заинтересовался двумя фактами.

Первый заключался в том, что силы, возникающие в проводнике, расположенном поперечно линиям магнитной индукции, прикладываются непосредственно к веществу. Второй же сообщал, что значение этих сил зависит от скорости движения зарядов. В 1879 году вышла статья учёного Эдмунда Холла, доказывающая факт, что магнитное поле действует с одинаковым усилием как на подвешенный, так и зафиксированный объект.

Анализируя, какая сила может управлять движением заряженных частиц, он пришёл к выводу, что это может быть только напряжение. Для первого опыта физик использовал согнутую в спираль проволоку зажатую между диэлектриков. Эту конструкцию он поместил между двумя магнитами и запитал её от химического элемента тока. В качестве регистратора использовался мост Витстона с гальванометром Кельвина. В совокупности было проведено около тринадцати экспериментов и более четырёхсот измерений с разными условиями. Результатами экспериментов стало утверждение, что магнитный поток может изменять сопротивление материала.

По совету профессора Роуланда было выработано направление нового эксперимента, заключающее в следующем:

1. К проводящей пластине подводился электрический ток.
2. Гальванометр подключался к краям проводника.
3. Включался электромагнит так, чтобы линии напряжённости поля лежали перпендикулярно плоскости пластины.

Предполагалось обнаружить условия для изменения протекания тока. Но опыт не получался, пока в качестве пластины не попробовали использовать тонкий лист из золота. Поставленный новый опыт оказался удачным. Гальванометр чётко зафиксировал появившееся напряжение.

Но как только на пластину воздействует магнитное поле, линии индукции которой перпендикулярны направлению тока, заряд перераспределяется к краям, и возникает разность потенциалов. В этом и заключается эффект Холла, на базе которого были после построены одноимённые датчики.

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

В автомобилях

На транспорт датчики Холла стали ставить с 70–80 годов прошлого столетия, когда начали внедрять электрозажигание вместо контактного. Принцип функционирования: вал мотора вращается с прохождением его крыльчатки по корпусным прорезям, что фиксирует обнаружитель, посылающий команду коммутатору, который и отпирает транзистор, подающий напряжение на элемент зажигания с обмоткой. Последний создает высокий вольтаж для свечи.

Конструкция

Коробочка, «фишка» с тремя контактами, три жилы и разъем подключения – это классическое устройство автомобильных Hall effect sensor. На разных моделях отличаются лишь мелочи. Такую конструкцию, учитывая нюансы обслуживаемых объектов, можно рассматривать как общий образец.

Датчик холла, устройство, схема:

• «масса» (автомобильный корпус), это «–» или рабочий ноль;
• «+», работающие исправные изделия имеют там около 6 В;
• контакт для транспортировки импульса коммутатору.

Есть такие достоинства датчиков тока для зажиганий электронного типа:

• нет постоянно подгорающего объемного контактного узла;
• на свече выше 30 кВ против 15 кВ, что намного лучше;
• сенсоры ставят на тормозные, антиблокировочные системы, тахометры, поэтому есть немаловажные дополнительные плюсы: повышается производительность ДВС, ускоряются и работают эффективнее все системы машины. Как следствие, возрастает удобство эксплуатации, безопасность.

Описание схемы сигнализации на датчике Холла

Ниже приводится принципиальная схема охранной сигнализации построенной с применением отечественного датчика Холла ДХК-0.5А.

Поскольку напряжение на выходе самого датчика не велико, то его следует повысить при помощи операционного усилителя с большим коэффициентом усиления. В качестве усилителя применен один из двух операционных усилителей LM358 (DA2.1), второй (DA2.2) использован в качестве компаратора.

Опорное напряжение, сформированное элементами VD2, R7, подается на вывод 5 DA2.2 усилителя LM358. Подстроечным резистором осуществляется регулировка чувствительности датчика охранной сигнализации. В момент приближения магнита к датчику Холла на выходе 7 ОУ DA2.2 появляется логический уровень равный 9 В, если же отвести магнит от датчика, то на том же выходе напряжение будет равно нулю.

Для формирования задержки срабатывания сигнализации в момент ее включения построен таймер на логических элементах DD1,1 и DD1,2 (И-НЕ)

. Параметры таймера устанавливаются путем подбора элементов C3, R2, R3, R5 и при указанных на схеме значениях время работы таймера составляет примерно 2 минуты. За это время конденсатор C3 заряжается через сопротивление R5 до уровня лог.1, в результате чего на выходе DD1.1 образуется лог.0 которая инвертируется в лог.1 элементом DD1.2.

При отсутствии магнита вблизи датчика холла, на выводе 9 элемента DD1.3 и следовательно на выходе 11 DD1.4 уровень логического нуля, система находится в режиме охраны.

При срабатывании охранной сигнализации (приближении магнита к датчику Холла) на выводе 7 DA2. 2 образуется высокий логический уровень, который приводит к появлению лог.1 на выходе 11 DD1.4. Диод VD4 не позволяет отключить срабатывание охранной сигнализации при удалении магнита от датчика Холла. Сигнал тревоги включается не сразу, а через определенный промежуток времени, который необходим для отключения сигнализации хозяином.

Данный временной интервал задержки задается элементами C4, R9 (при тех номиналах, которые указаны на схеме задержка составляет около 20 сек). Когда время задержки включения сигнала тревоги проходит, на затвор полевого транзистора поступает лог.1 , в результате чего через реле включается сирена, в качестве которой может выступать сирена от автомобильной сигнализации.

Поскольку ток потребления в режиме охраны небольшой, то питание охранной сигнализации осуществляется от любого аккумулятора с напряжением 12 вольт. Альтернативой датчика Холла ДХК-0.5А в данной схеме, может служить датчик KMZ10В фирмы Philips (возможно, потребуется настройка компаратора).

Дополнительная информация

При диагностике датчиков в автомобиле следует проверять сопряженные узлы. Например, причиной плохой работы зажигания может стать влага в контактах или надломленная жила в жгуте проводки. Некоторые владельцы сталкиваются со скрытыми дефектами в блоках управления (окислением или отгоранием дорожек на печатной плате). Чрезмерный износ шестерен привода распределителя может стать причиной периодических сбоев в системе зажигания.

При некорректной работе датчика на машинах с распределенным впрыском топлива в память контроллера записываются ошибки. После проведения ремонта возможно включение предупредительных ламп в комбинации приборов. Для сброса кодов необходимо отключить аккумулятор от бортовой сети на 5–7 минут. Если процедура не помогла, то стереть идентификаторы неисправностей можно при помощи диагностического сканера, подключенного к разъему OBD-II.

Искать на сайте

Это и есть генератор Холла.

Все очень просто. Следующим этапом нам потребуется аккуратно отпаять ножки элемента от тестовой схемы и подключить его к стандартным контактам разъема.

Включаешь зажигание.

В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Вытяните штифт пассатижами. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются. Замена датчика: инструкция для автомобилистов Для установки нового датчика зажигания нужно правильно вынуть тот, который вышел из строя. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика.

Отсоедините крышку трамблера. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Подключите вольтметр к выходу датчика. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Еще раз проверяем работу тестером и на этом работа по ремонту датчика Холла можно считать завершенным. Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях. Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными.

Применение неодимовых магнитов самых сильных постоянных магнитов позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов: Прежде всего, трамблер снимается с машины. Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания , встречающиеся в автомобилях. Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный. установка зажигания с датчиком холла на мотоцикле .БАШКИРИЯ СТЕРЛИТАМАК

Ремонт

В ремонте датчиков Холла смысла нет, так как затраты на это превысят его стоимость, которая в границах 3–5$.

Если ради интереса кто-то захочет заняться починкой, то это можно попробовать сделать для автомобильных изделий, но ремонт будет касаться не самой сердцевины сенсора, а «фишки» и кабеля: часто сгорает конденсатор, его и провода можно перепаять. Причина неисправности может крыться в закисших контактах, их зачищают.

Датчик на эффекте Холла: схема применения, работа

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что при прохождении магнитного поля через проводящую с током пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, возникает потенциал напряжения по тарелке. Сила Лоренца, изображенная на верхней панели, является основным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла. Когда электрон движется в направлении, перпендикулярном приложенному магнитному полю B, на него действует сила, называемая силой Лоренца, которая перпендикулярна как приложенному полю, так и протекающему току.

Датчик Холла (или просто датчик Холла) — тип датчика, который использует эффект Холла для обнаружения наличия и амплитуды магнитного поля. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально напряженности поля. В этой статье вы узнаете определение, области применения, схему, принцип работы, преимущества и недостатки датчика Холла.

Подробнее: Датчик положения распределительного вала

Содержание

• 1 Что такое датчик Холла?
• 2 Применение датчика Холла
  • • 2.0.1 Схема датчика Холла:
• 3 принцип работы
  • • 3.0.1 :
• 4 Достоинства и недостатки датчика Холла
  • 4.1 Достоинства:
  • 4.2 Недостатки:
• 5 Заключение
• 0
• 5 Поделись!

Что такое датчик Холла?

Магнитный датчик представляет собой разновидность датчика Холла. Датчик Холла — это преобразователь, реагирующий на изменения магнитного поля изменением выходного напряжения. Это электронное устройство, которое обнаруживает эффект Холла и преобразует его результаты в электронные данные, которые затем можно использовать для включения и выключения цепи, измерения флуктуирующего магнитного поля, обработки встроенным компьютером или отображения на интерфейсе. .

Когда магнит помещается перпендикулярно проводнику с током, электроны в проводнике отталкиваются в одну сторону, что приводит к разности потенциалов заряда (т. е. напряжения). Таким образом, на наличие и амплитуду магнитного поля вблизи проводника указывает эффект Холла.

Применение датчика Холла

Ниже приведены наиболее распространенные области применения датчика Холла:

• Датчики Холла используются в таких приложениях, как определение приближения, определение местоположения, определение скорости и определение тока.
Датчики Холла
• часто используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для тахометров или определения времени зажигания двигателей внутреннего сгорания.
• Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
• Обнаружение движущегося элемента вместо механического концевого выключателя является распространенным применением. Индексация вращательного или поступательного движения — еще одно распространенное использование.

Подробнее: Датчик положения коленчатого вала

Схема датчика Холла:

принцип работы

В работе датчика Холла тонкий прямоугольный полупроводниковый материал p-типа, такой как арсенид галлия (GaAs), антимонид индия (InSb) или индий арсенид (InAs) пропускает через себя непрерывный ток, образуя датчик Холла. Линии магнитного потока воздействуют на полупроводниковый материал, когда устройство помещается в магнитное поле, отклоняя носители заряда, электроны и дырки по обе стороны от полупроводниковой пластины. Магнитная сила, с которой сталкиваются носители заряда при прохождении через полупроводниковый материал, заставляет их двигаться.

Накопление носителей заряда создает разность потенциалов между двумя сторонами полупроводникового материала, поскольку электроны и дырки мигрируют в стороны. Существование внешнего магнитного поля под прямым углом к ​​полупроводниковому материалу затем влияет на прохождение электронов через него, и это влияние выше в плоском материале прямоугольной формы. Эффект Холла является результатом использования магнитного поля для создания напряжения, поддающегося количественной оценке.

Линии магнитного потока должны быть перпендикулярны (90o) к протеканию тока и правильной полярности, часто южному полюсу, для создания разности потенциалов на устройстве. Эффект Холла показывает тип магнитного полюса, а также величину магнитного поля. Например, южный полюс заставляет устройство создавать выходное напряжение, тогда как северный полюс не влияет. При отсутствии магнитного поля датчики и переключатели на эффекте Холла должны находиться в положении «ВЫКЛ» (состояние разомкнутой цепи). При воздействии магнитного поля соответствующей силы и полярности они включаются (состояние замкнутой цепи).

Подробнее: Что такое автомобильные датчики

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о датчике Холла:

Преимущества и недостатки датчика Холла

Преимущества:

Ниже приведены преимущества датчика Холла в различных применениях:

• По сравнению с электромагнитными выключателями, это совсем недорого.
• Возможна работа на высокой частоте.
• Может использоваться для различных целей, включая датчики смещения, положения и приближения.
• Прочный и долговечный, он может выдерживать суровые условия.
• Поскольку они устойчивы к влаге, они идеально подходят для различных применений.
• Нет проблем с дребезгом контактов.

Подробнее: Понимание работы автомобильной мозговой коробки

Недостатки:

Единственным недостатком датчика Холла является рассогласование контактов в элементе Холла и пьезорезистивные эффекты, датчик становится слабым.

Заключение

Датчик Холла (или просто датчик Холла) — это датчик, использующий эффект Холла для обнаружения наличия и амплитуды магнитного поля. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально напряженности поля. Это все, что касается этой статьи, в которой обсуждаются определение, применение, схема, работа, преимущества и недостатки датчика Холла.

Надеюсь, вы многому научитесь, если да, поделитесь с другими учениками. Спасибо за чтение, увидимся!

Измерение датчика ABS на эффекте Холла

Download measurement

Type:	ABS sensor Hall effect
Power supply:	12 V
Signal type:	frequency varying
Signal level:	Two wire : от 6 мА до 17 мА, три провода: от 0 В до 12 В

Работа датчика ABS на эффекте Холла

Датчик антиблокировочной тормозной системы (ABS) используется для определения скорости вращения колеса, чтобы предотвратить его блокировку. при торможении. Датчик ABS на эффекте Холла состоит из постоянного магнита с датчиком на эффекте Холла рядом с ним. Напряженность магнитного поля изменяется, когда объект, чувствительный к магнетизму, проходит через магнитное поле магнит. Это изменение магнитного поля вызывает изменение выходного сигнала датчика Холла.

В большинстве случаев объектом воздействия на магнитное поле является диск или кольцо с равномерно распределенными зубьями. устанавливается на карданный вал или в подшипник. Когда колесо вращается, зубья проходят мимо датчика, и рисунок, в котором они расположены, виден в сигнале датчика АБС. Каждый период сигнала представляет собой зубец, проходящий через датчик. Частота сигнала зависит от скорости вращения колеса и количества зубьев на диске или звенеть.

В автомобилях используются два разных типа датчика ABS на эффекте Холла: с 2 или 3 проводами.

3-проводной датчик ABS на эффекте Холла имеет простой источник питания и сигнальный провод с сигналом. напряжение (U _s ), поступающее на ЭБУ АБС, показано на рисунке 1. В зависимости от конструкции датчика наличие зубца вызывает высокое или низкое напряжение сигнала и щель между зубами противоположная. Результирующий сигнал представляет собой прямоугольную волну.

Рисунок 1: Схематическое изображение 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла

Двухпроводной датчик ABS на эффекте Холла имеет провод питания 12 В, но не имеет прямого заземления. Как показано на рисунке 2, заземление датчика также является сигнальным проводом. Двухпроводной датчик ABS на эффекте Холла регулирует ток. Величина тока (I _s ) изменяется датчиком, когда зуб проходит мимо датчика. В зависимости от конструкции датчика наличие зубца вызывает высокий или низкий ток и щель между зубами противоположная. Этот ток, протекающий через резистор внутри ЭБУ АБС, создаст напряжение (U _с ) относительно земли, аналогично прямоугольному сигналу 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла. Уровни напряжения отличаются и намного ниже, чем у 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла из-за низкие токи. Уровни напряжения также могут меняться от системы к системе в зависимости от протекающего тока и номиналов резисторов. но должна быть видна четкая прямоугольная волна.

Рисунок 2: Схематическое изображение двухпроводного датчика ABS на эффекте Холла

Подключение лабораторного эндоскопа

В этой статье проводится измерение двухпроводного датчика ABS на эффекте Холла. Показаны инструкции по измерению 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла. Таким образом, 3-проводной датчик ABS на эффекте Холла также может быть измерен. Схемы сигналов и диагностическую информацию для 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла можно прочитать на Страница датчика коленчатого вала на эффекте Холла, потому что они похожи.

Подключение к двухпроводному датчику ABS на эффекте Холла

Правильность работы 2-проводного датчика ABS на эффекте Холла можно проверить, измерив следующие напряжения сигналов: см. рисунок 3:

Канал	Зонд	Напряжение	Диапазон
1		Выходной сигнал датчика	2 В
		Масса на аккумуляторе
2		Положительная сторона источника питания датчика	20 В
		Масса на аккумуляторе

Рисунок 3: Схема измерения Рисунок 4: Измерение на работающем 2-проводном датчике ABS на эффекте Холла

Лабораторный прицел подключается к двухпроводному датчику ABS на эффекте Холла через измерительный провод TP-C1812B и обратный датчик TP-BP85. Лабораторная область установлена ​​в нормальный режим области действия с бесконечным временем ожидания триггера. Когда однократное измерение запускается с этими настройками, измерение производится при вращении колеса (от руки).

Подключение к 3-проводному датчику ABS на эффекте Холла

Правильное функционирование 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла можно проверить, измерив следующие напряжения сигналов: см. рисунок 5:

Канал	Зонд	Напряжение	Диапазон
1		Выходной сигнал датчика	20 В
		Масса на аккумуляторе
2		Положительная сторона источника питания датчика	20 В
		Минус питания датчика

Рисунок 5: Схема измерения

Лабораторный прицел подключается к 3-проводному датчику ABS на эффекте Холла через измерительный провод TP-C1812B и обратный датчик TP-BP85. Лабораторная область установлена ​​в нормальный режим области действия с бесконечным временем ожидания триггера. Когда однократное измерение запускается с этими настройками, измерение производится при вращении колеса (от руки).

Измерение

На рис. 6 показана осциллограмма двухпроводного датчика ABS на эффекте Холла при повороте колеса вручную с помощью ключ зажигания повернулся. Этот сигнал можно загрузить и использовать для правильной настройки лабораторного объема или в качестве эталонного сигнала.

Download Измерение датчика ABS на эффекте Холла

Рис. 6. Лабораторные измерения двухпроводного датчика ABS на эффекте Холла

Канал 1 (красный) показывает напряжение сигнала датчика ABS на эффекте Холла, а канал 2 (желтый) источник питания. Сигнал начинается с низкой частоты, потому что колесо вращается медленно. В середине измерения частота высока из-за более высокой скорости вращения. В конце измерения колесо снова останавливается, что видно по падающему частота сигнала. Напряжение питания немного ниже 12 В, что частично связано с более низким напряжением аккумулятора. но уровни питания обычно ниже для датчиков ABS на эффекте Холла. При увеличении сигнала источника питания можно обнаружить прямоугольную форму сигнала. выходной сигнал, который является нормальным для этого типа датчика.

Когда во время движения автомобиля измеряются сигналы датчика ABS на эффекте Холла, частота увеличится, а амплитуда останется прежней. Когда отдельные импульсы в сигнале становятся слишком узкими, чтобы быть должным образом видимыми во время вождения, частота дискретизации должна быть установлена ​​выше с помощью увеличения/уменьшения частота дискретизации.

Диагностика

Значения сигналов могут различаться на разных типах блоков управления двигателем и датчиках ABS на эффекте Холла. Обратитесь в ATIS за информацией о конкретных блоках управления двигателем и датчиках ABS на эффекте Холла.

Следующие отклонения сигнала могут указывать на проблему:

• Нет сигнала:
  Причина: задние датчики не подключены (выполните проверку подключения), нет питания, плохая связь или отсутствие связи между датчиком и ЭБУ, датчик неисправен
• Зашумленный сигнал:
  Причина: плохое питание датчика ABS на эффекте Холла, плохой контакт в клеммах разъема, проводка сигнального провода или питания повреждена
• Сигнал имеет неверный шаблон:
  Причина: зубчатое кольцо или диск повреждены

RELATED

PRODUCTS

Automotive Test Scope ATS5004D

Measure lead TP-C1812B

Back Probe TP-BP85

Automotive Diagnostics Kit ADK5004D

ATIS

СВЯЗАННЫЕ

СТАТЬИ

Индуктивный датчик ABS

С помощью лабораторного прибора измеряется индуктивный датчик ABS на колесе, которое вращается вручную. Сигнал с датчика отображается и может быть загружен. Чтобы помочь определить, правильно ли работает индуктивный датчик ABS, различные возможные отклонения от примерного сигнала упоминаются вместе с возможными причинами.

Отказ от ответственности

Этот документ может быть изменен без уведомления. Все права защищены.

Информация в этом примечании к применению тщательно проверена и считается надежной. однако TiePie Engineering не несет ответственности за любые неточности.

Предупреждение о безопасности:

• Перед измерением убедитесь, что источники опасно высокого напряжения отключены или защищены от прикосновения. Опасными считаются напряжения свыше 30 В переменного тока (среднеквадратичное значение), 42 В переменного тока пикового значения или 60 В постоянного тока.
• Соблюдайте чистоту на рабочем месте при выполнении измерений.
• Это измерение и процедуры являются примерами / рекомендациями по измерению и не являются предписанными протоколами.
• Инженеры TiePie не могут предвидеть действия по обеспечению безопасности, которые необходимо предпринять для защиты людей и оборудования. Перед началом измерения проверьте, какие меры безопасности необходимо применить.

Что такое датчик Холла и как он работает?

Ⅰ Введение

Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитных полей, и датчики Холла широко используются и имеют широкий спектр применения в наше время. Например, они используются в автомобилях в качестве датчиков скорости вращения колес и датчиков положения коленчатого или распределительного вала. Они часто используются в качестве переключателей, компасов MEMS, датчиков приближения и других приложений. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков, чтобы увидеть, как они работают, но сначала давайте определим эффект Холла.

 

---

Catalog

Ⅰ Introduction
Ⅱ What is Hall Effect
Ⅲ What is a Hall Effect Sensor
Ⅳ How Does a Hall Effect Sensor Рабочий
Ⅴ Типы датчиков Холла   5.1 Порог   5.2 Линейный
3 Ⅵ Использование датчиков Холла Ⅵ0002 6.1 Обнаружение в лодках 6.2 Обнаружение боковых путей
ⅶ Применение датчика эффекта зала 7.1.
Ⅷ Как тестировать датчики Холла
Ⅸ Часто задаваемые вопросы

 

7

Ⅱ Что такое эффект Холла

Эксперимент, описывающий эффект Холла , выглядит следующим образом: сторону к другой.

Теперь, если мы приложим магнитное поле к пластине, мы можем нарушить прямолинейный поток носителей заряда благодаря силе, известной как сила Лоренца. Электроны отклонятся к одной стороне пластины, а положительные дырки отклонятся к другой. Это означает, что если мы теперь соединим две другие стороны с измерителем, мы можем получить напряжение, которое можно измерить.

Как упоминалось ранее, эффект получения измеряемого напряжения известен как эффект Холла в честь Эдвина Холла, открывшего его в 1879 году. Датчик воздействия обнаруживает изменения мощности магнитного поля. Этот датчик открывает широкий спектр возможностей для применения в роботизированных датчиках.

Их можно использовать в таких приложениях, как измерение приближения, позиционирования, скорости и тока. Обычно они используются на пневматических цилиндрах, где они используются для передачи положения цилиндра на ПЛК или роботизированный контроллер.

Автомобили, персональная электроника и робототехника — это лишь некоторые из отраслей, в которых используются датчики Холла. В зависимости от области применения они имеют некоторые преимущества перед другими датчиками.

 

Они полностью закрыты, поскольку работают с магнитным полем, что делает их менее уязвимыми к повреждениям из-за грязи или влаги. Они реже, чем механические системы, изнашиваются или искажают показания после большого количества циклов.

 

9Датчики Холла 0002 полезны для широкого спектра применений благодаря их надежности и долговечности, поскольку для правильной работы им не требуется физический контакт. Они могут обеспечить большую воспроизводимость и точность, чем механические устройства, потому что они физически не мешают оборудованию или инструментам.

 

 

---

Ⅳ Как работает датчик Холла

Лучше всего начать с основ эффекта Холла, чтобы понять принцип работы датчика Холла. Когда ток течет по проводнику в присутствии магнитного поля, электроны отталкиваются магнитным полем к одной стороне проводника.

 

Эффект Холла можно использовать для измерения электрического тока в проводниках, изготовленных с учетом определенных параметров. Напряжение на плоском металлическом проводнике, например, показывает эффект Холла намного лучше, чем напряжение вокруг одного.

Электроны, движущиеся по проводнику, смещаются в одну сторону, когда магнитное поле прикладывается к плоской пластине. Поскольку сумму отклонений можно рассчитать, устройство имеет широкий спектр применения.

 

Плоский проводник используется для расчета магнитной силы в датчике на эффекте Холла. Когда магнит приближается к датчику, датчик обнаруживает это и отправляет информацию на контроллер.

 

Заряд на пластине смещается в одну сторону, пока магнит находится рядом с датчиком, создавая положительный заряд с одной стороны и отрицательный заряд с другой. Определяется разница напряжений между двумя сторонами пластины, и ее можно использовать для расчета магнитной силы или близости датчика.

 

 

---

Ⅴ Типы датчиков Холла

Датчики Холла бывают двух основных типов:

5.

1 Пороговый

вкл-выкл) выдает постоянное напряжение Холла. Существует несколько различных конфигураций пороговых устройств, таких как фиксирующие устройства, которые включаются, когда положительная напряженность поля достигает порога, но выключаются только тогда, когда отрицательное поле той же силы достигает порога, устройства, которые включаются, когда только положительное поле достигает порога. порог, но выключены в противном случае, и устройства, которые включаются, когда положительное или отрицательное поле достигает порога. Пороги также могут быть запрограммированы на некоторых компьютерах.

 

5.2 Линейный

Линейный (датчик с аналоговым выходом) генерировал напряжение Холла, пропорциональное напряженности магнитного поля вокруг него. Полярность колебаний напряжения определяется направлением окружающего магнитного поля. Когда выразительные движения должны восприниматься как небольшие изменения положения, в музыкальных приложениях чаще используются линейные устройства.

 

---

Ⅵ Использование датчика Холла

Датчики Холла питаются от магнитного поля, и во многих случаях один постоянный магнит, подключенный к движущемуся валу или устройству, может управлять устройством. Существует множество различных форм движений магнитного датчика, в том числе «Лицом к лицу», «Вбок», «Толкай-тяни» и «Толкай-толкай» и другие. Для обеспечения оптимальной чувствительности магнитные линии потока всегда должны быть перпендикулярны чувствительной области системы и иметь правильную полярность, независимо от конфигурации.

 

Магниты с высокой напряженностью поля со значительным изменением напряженности поля для необходимого движения также необходимы для обеспечения линейности. Существует несколько способов обнаружения магнитного поля, и две из наиболее распространенных конфигураций обнаружения с использованием одного магнита показаны ниже: Обнаружение лобового и бокового обнаружения — это два типа обнаружения.

 

6.

1 Лобовое обнаружение

Магнитное поле должно быть перпендикулярно системе датчиков Холла и приближаться к датчику прямо к активному лицу для «лобового обнаружения», как следует из названия. В некотором смысле, это подход «спереди».

 

Этот прямой подход создает выходной сигнал VH, который в линейных устройствах отражает мощность магнитного поля или плотность магнитного потока в зависимости от расстояния от датчика Холла. Выходное напряжение увеличивается по мере приближения и, следовательно, усиления магнитного поля, и наоборот.

 

Положительные и отрицательные магнитные поля также можно различить линейными приборами. Для индикации позиционного обнаружения могут быть выполнены нелинейные устройства, которые запускают выход «ВКЛ» на предварительно установленном расстоянии воздушного зазора от магнита.

 

6.2 Боковое обнаружение

«Боковое обнаружение» — это вторая конфигурация обнаружения. Это требует перемещения магнита вбок по поверхности элемента с эффектом Холла. Например, подсчет вращающихся магнитов или измерение скорости вращения двигателей, обнаружение бокового или проскальзывания полезно для обнаружения наличия магнитного поля, когда оно проходит по поверхности элемента Холла в пределах фиксированного расстояния воздушного зазора.

 

Линейное выходное напряжение, представляющее как положительный, так и отрицательный выходной сигнал, может генерироваться в зависимости от направления магнитного поля, когда оно проходит через осевую линию датчика с нулевым полем. Это позволяет идентифицировать направленное движение как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

 

Датчики Холла имеют широкий спектр применения, особенно в качестве датчиков приближения. Там, где к факторам окружающей среды относятся вода, вибрация, грязь или масло, например, в автомобилестроении, их можно использовать вместо оптических и световых датчиков. Текущее зондирование также может быть выполнено с помощью приборов на эффекте Холла.

Круговое электромагнитное поле формируется вокруг проводника, когда через него проходит ток, как мы узнали из предыдущих уроков. Электрические токи в диапазоне от нескольких миллиампер до тысяч ампер можно рассчитать по наведенному магнитному полю, поместив датчик Холла рядом с проводником без использования больших или дорогих трансформаторов и катушек.

 

Датчики на эффекте Холла могут использоваться для обнаружения ферромагнитных материалов, таких как железо и сталь, в дополнение к обнаружению наличия или отсутствия магнитов и магнитных полей путем размещения небольшого постоянного «смещающего» магнита за активной областью устройства. . Любое смещение или нарушение этого магнитного поля, вызванное введением ферромагнитного материала, может быть обнаружено с чувствительностью всего лишь мВ/Гс.

 

В зависимости от типа устройства, цифрового или линейного, существует множество способов подключения датчиков Холла к электрическим и электронным схемам. Использование светоизлучающего диода, как показано ниже, является очень простым и легким в сборке примером.

 

Датчики Холла можно использовать по-разному из-за различных магнитных перемещений. Как в промышленных, так и в домашних условиях эти инструменты чаще всего используются для измерения присутствия, положения и близости объектов.

 

Датчики тока, датчики давления и датчики расхода жидкости — все это популярные области применения датчиков Холла в промышленных и производственных процессах. В трансформаторах тока датчики на эффекте Холла представляют собой недорогой бесконтактный способ измерения постоянного магнитного потока.

 

 

---

Ⅶ Применение датчика Холла

7.1 Датчик Холла в вращающихся устройствах

Датчики скорости работают путем подсчета количества оборотов вала или диска за заданный промежуток времени. Диск, прикрепленный к валу двигателя, вращается рядом с датчиком Холла и имеет магниты по периметру.

 

Состояние датчика меняется по мере прохождения через него магнитов. На основе этих данных датчик рассчитывает обороты. Например, если диск или вал имеют четыре магнита, датчик может переключать состояния четыре раза за один оборот.

Позволяет датчику измерять число оборотов на основе известного параметра, согласно которому на один оборот приходится четыре импульса.

 

Эта технология используется в бесщеточных двигателях постоянного тока для отслеживания скорости и определения положения вала. Это позволяет им работать в определенных диапазонах оборотов, но при этом позволяет им изменять скорость двигателя в любое время.

 

Это значительно упрощает управление двигателями. Это также позволяет им контролировать положение вала на двигателе, что делает их гораздо более гибкими в индустрии робототехники, чем двигатели без датчиков Холла.

 

7.2 Датчики Холла в приложениях сближения

На основе магнитного поля датчики Холла могут обнаруживать приближение. Если напряженность магнитного поля постоянна и определена, можно определить положение датчика по отношению к магниту.

 

Когда магнит перемещается в зону его действия, датчик меняет состояние и оповещает контроллер. Датчики приближения на эффекте Холла можно использовать по-разному. Они используются в роботизированных инструментах, роботизированных захватах, пневматике и множестве других нероботизированных приложений.

7.3 Бесконтактный датчик Холла Использование в робототехнике

Бесконтактные датчики Холла также могут использоваться в робототехнике. Они хороши для определения силы магнитного поля и близости магнита. Датчики Холла могут использоваться для удовлетворения различных требований безопасности. Они часто используются в инструментах для обеспечения подтверждения зажима управляющему устройству.

 

Подтверждение зажима блокирует работу ячейки до тех пор, пока все секции не будут полностью зажаты, что обеспечивает ее безопасную работу. Магниты, встроенные в инструменты, которые попадают в диапазон чувствительности датчика Холла при правильном закреплении, обычно требуют подтверждения детали. Роботизированный контроллер или ПЛК знает, что ячейка безопасна для работы, когда все датчики отображают сигнал.

 

Датчики Холла чрезвычайно полезны в робототехнике. Для обнаружения изменений в ячейке в большинстве роботизированных ячеек используется датчик Холла. Они используются для считывания скорости и положения бесщеточных двигателей постоянного тока. Они используются в пневматических цилиндрах, чтобы определить, выдвинут ли цилиндр или втянут.

 

Их также можно использовать для поддержания здоровья персонала, уведомляя контролирующий орган о подтверждении зажима инструмента. Без датчиков Холла индустрия робототехники будет совсем другой.

 

 

---

Ⅷ Как проверить датчики Холла

Датчики положения распределительного вала и коленчатого вала представляют собой датчики Холла, которые контролируют положение распределительного вала и коленчатого вала соответственно. Перед датчиком проходит небольшой магнит. Выходное напряжение увеличивается по мере приближения магнита к датчику. Напряжение падает по мере удаления магнита от датчика. Для оценки положения вала электронный блок управления отслеживает выходные сигналы этих датчиков. ECM может поддерживать точное управление двигателем благодаря датчикам положения распределительного и коленчатого валов, а также другим электрическим датчикам, соленоидам и форсункам. Понимание основ работы датчиков Холла поможет вам правильно протестировать сомнительный датчик.

 

• Шаг 1

Снимите датчик с блока цилиндров. Удалите масло, грязь или металлическую стружку с наконечника датчика.

 

• Шаг 2

Проверьте схему двигателя на наличие сигнала датчика распредвала или коленчатого вала, поступающего в ECM. Сигнальный провод от ECM должен быть удален. Подсоедините сигнальный провод к одному концу перемычки. Подсоедините другой конец перемычки к краю оптимистичного зонда. Подсоедините отрицательный щуп к устойчивому заземлению корпуса. Подключите отрицательный щуп к заземлению корпуса с помощью перемычки и зажимов типа «крокодил», если необходимо.

 

Чтобы проверить напряжение постоянного тока, переключите электрический вольтметр. Поверните ключевой переключатель в положение «Вкл.». В идеале напряжение должно быть около 0 вольт. Медленно вращайте магнит перпендикулярно передней части датчика. При приближении магнита к датчику напряжение должно возрастать, а по мере удаления — падать. Проблема с датчиком или соединениями датчика, если напряжение не меняется.

 

---

Ⅸ Часто задаваемые вопросы

1. Как работает датчик Холла?

Используя полупроводники (например, кремний), датчики Холла работают, измеряя изменяющееся напряжение, когда устройство помещается в магнитное поле. Другими словами, как только датчик Холла обнаруживает, что он находится в магнитном поле, он может определять положение объектов.

 

2. Что приводит в действие устройство на эффекте Холла?

Датчики Холла активируются магнитным полем, и во многих случаях устройство может управляться одним постоянным магнитом, прикрепленным к движущемуся валу или устройству. Существует множество различных типов движений магнита, таких как «лобовое», «боковое», «тяни-толкай» или «толкай-толкай» и т. д.

 

3. Для чего используется датчик Холла?

Датчики Холла обычно используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для определения угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, тахометров и антиблокировочных тормозных систем. Они используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита.

 

4. В чем заключается принцип эффекта Холла?

Принцип эффекта Холла гласит, что когда проводник с током или полупроводник помещается в перпендикулярное магнитное поле, напряжение может быть измерено под прямым углом к ​​пути тока.

 

5. Насколько чувствителен датчик Холла?

Эти ратиометрические устройства имеют чувствительность 5 мВ/Гс и 2,5 мВ/Гс соответственно, диапазон рабочих температур от -40°C до +150°C и температурную компенсацию во всем рабочем диапазоне.

 

6. В чем разница между датчиком Холла и индуктивным датчиком?

Индуктивные датчики обнаруживают металлические объекты, а датчики Холла обнаруживают наличие магнитного поля.

 

7. Каково происхождение эффекта Холла?

История эффекта Холла начинается в 1879 году, когда Эдвин Х. Холл обнаружил, что небольшое поперечное напряжение возникает на тонкой металлической полоске с током в приложенном магнитном поле.

 

8. Как определить, что датчик Холла неисправен?

Потеря мощности, громкий шум и ощущение, что двигатель каким-то образом заблокирован, часто являются признаками того, что либо контроллер вышел из строя, либо у вас могут быть проблемы с датчиками Холла внутри двигателя.

 

9. Что находится внутри датчика Холла?

Датчик на эффекте Холла представляет собой тонкую полоску полупроводникового материала, точно такую ​​же, как микросхема внутри микроустройства или устройства с оперативной памятью. Он работает по принципу электромагнетизма. Когда вы перемещаете магнит достаточно близко к датчику, генерируется небольшое напряжение. Это идет к усилителю, который повышает напряжение до уровня, достаточного для использования другими электронными устройствами.

 

Лучшим примером является датчик скорости вращения колеса. Небольшой магнит прикреплен к внутренней части автомобильного колеса. Каждый раз, когда магнит проходит мимо датчика, происходит один оборот колеса. Информация передается на блок спидометра и одометра, где она отображается водителю.

 

10. Для чего нужен датчик Холла в автомобиле?

Датчик Холла работает за счет магнитного поля и может также называться датчиком положения кривошипа. Он проверяет положение коленчатого вала двигателя для зажигания свечей зажигания. В противном случае двигатель может заглохнуть и не запуститься без сигнала датчика Холла.

 

Датчики Холла также можно использовать для определения скорости, расстояния или положения коленчатого и распределительного валов двигателя. Все датчики Холла имеют различную внутреннюю электронику с различными программными измерениями и не являются взаимозаменяемыми.

Лучшие продажи диода

Фото

Деталь

Компания

Описание

Цена (долл. США)

Альтернативные модели

Часть	Сравнить	Производители	Категория	Описание

Заказ и качество

Изображение

Произв. Деталь №

Компания

Описание

Пакет

ПДФ

Кол-во

Цена (долл. США)

Поделиться

Датчик Холла и его роль в контроллере двигателя

Датчик Холла — широко используемый датчик, обеспечивающий обратную связь о положении ротора с контроллером двигателя. Давайте разберемся со значением этого датчика в системе управления автомобильным двигателем.

A Система управления двигателем BLDC представляет собой сложную схему, в которой несколько компонентов работают в тандеме, чтобы двигатель двигался нужным образом. Эффективность, долговечность и производительность — это атрибуты, которые больше всего беспокоят инженеров при разработке такой системы.

В то время как магниты и катушки заботятся об электрическом аспекте, микроконтроллер действует как мозг, приводящий в движение двигатель. Но даже самый острый мозг нуждается в сенсорной информации.

Здесь большое значение имеют два сенсорных входа: Скорость и Положение . Давайте разберемся с ними в контексте коммутации двигателя.

---

Коммутация — это процесс переключения тока в фазах двигателя для облегчения вращения двигателя.

В щеточных двигателях щетки соприкасаются с коллектором и переключают ток для движения двигателей. Двигатели BLDC не имеют щеток; таким образом, они должны приводиться в движение электронным способом с помощью системы управления двигателем.

Контроллер двигателя BLDC подает прямоугольные сигналы (напряжение) на магниты ротора и создает магнитное поле, которое приводит в движение двигатель.

---

Значение скорости и положения ротора при коммутации двигателя:

Коммутация в BLDC двигателе представляет собой 6-этапный процесс . Трехфазный Н-образный мост используется для создания 6 векторов потока , каждый из которых вызывает поворот двигателя на 60 градусов (соответствует следующему положению), таким образом совершая полный оборот на 360 градусов.

• Чтобы двигатель двигался, контроллер двигателя посылает ток через катушку статора. Это создает магнитное поле, которое, в свою очередь, создает крутящий момент на роторе (постоянный магнит). В результате ротор начинает двигаться.
• Теперь, если ротор приблизится к движущему его магнитному полю, ротор будет стремиться остановиться из-за изменения полярности. В этот момент магнитное поле начнет притягивать ротор и остановит движение. Чтобы этого избежать, система управления двигателем переключает ток, подаваемый на статор, и создается новое магнитное поле, а ротор продолжает свое движение. Таким образом, процесс коммутации сводится к переключению тока в правильном экземпляре .
• На сцену выходит концепция скорости и положения, поскольку этот «правильный экземпляр» должен быть обнаружен, когда он прибудет.
• Датчик необходим для обратной связи с системой управления двигателем, указывающей, когда ротор достиг нужного положения. Если коммутация выполняется быстрее или медленнее, чем скорость ротора, магниты выходят из синхронизации с магнитным полем статора. Это заставляет ротор вибрировать и останавливаться вместо того, чтобы вращаться.
• После одной коммутации необходимо определить положение ротора относительно статора, чтобы можно было инициировать следующую коммутацию. И, следовательно, определение положения также является важным параметром.

Существует много типов датчиков, используемых в производстве электродвигателей, таких как энкодеры, переключатели и потенциометры. Однако наиболее широко используемым и развернутым датчиком является датчик Холла .

В следующих разделах мы подробно поговорим о датчике Холла и его роли в системе управления двигателем.

Что такое датчик Холла?

Датчик на эффекте Холла представляет собой преобразователь, основанный на принципе эффекта Холла.

Эффект получения измеряемого напряжения, когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, называется эффектом Холла.

Проще говоря, напряжение возникает на электрическом проводнике, когда к нему прикладывается магнитное поле в направлении, перпендикулярном протеканию тока.

Датчик на эффекте Холла представляет собой полупроводниковое устройство, использующее этот принцип для определения положения, скорости и различных других характеристик, необходимых для эффективной работы двигателя BLDC.

Увеличенный вид датчика Холла

Через полосу Холла постоянно протекает небольшой ток. Как уже упоминалось, переменное поле от этого магнита ротора будет создавать напряжение на полосе Холла. Затем напряжение подается на цифровую схему (показана на диаграмме выше), которая, в свою очередь, выдает цифровой сигнал в виде выходного сигнала датчика Холла.

Как работает датчик Холла в двигателе с бесконтактным двигателем постоянного тока

Как правило, двигатель с бесконтактным двигателем имеет три датчика Холла, установленных на роторе или статоре. Эти датчики Холла расположены на расстоянии 120 градусов друг от друга, обеспечивая угловое положение от 0 до 360 градусов.

Когда эти датчики Холла вступают в контакт с магнитным полем ротора, они генерируют соответствующие цифровые импульсы с единицами и 0, как показано на диаграмме ниже.

За шесть шагов эти датчики Холла могут определить положение двигателя (угол). На диаграмме прямоугольные формы сигналов демонстрируют положительный и отрицательный импульсы, генерируемые под соответствующим углом всеми тремя датчиками Холла — A, B и C.

достигла 360 градусов.

 

Следующее объяснение внесет больше ясности.

Когда магнит ротора пересекает один из датчиков, он генерирует низкий или высокий сигнал в зависимости от того, прошел ли он северный или южный полюс ротора. Когда ротор пересекает все три датчика, эти датчики переключаются между низким и высоким уровнем, таким образом выдавая положение ротора каждые 60 градусов.

На приведенной ниже схеме показан типичный контроллер двигателя BLDC. Три линии, идущие от двигателя к контроллеру, изображают сигнал, посылаемый тремя датчиками Холла.

Датчик Холла способен различать положительный и отрицательный заряды, движущиеся в противоположном направлении. Магнитное поле, обнаруженное датчиком Холла, преобразуется в подходящий аналоговый или цифровой сигнал, который может считываться электронной системой, обычно системой управления двигателем.

Ниже показана таблица истинности, полученная на основе показаний трех датчиков Холла. Как видите, состояние транзистора H-моста зависит от сигнала, обнаруженного датчиком. Стрелка вниз показывает движение по часовой стрелке (CW), а стрелка вверх показывает движение против часовой стрелки (CCW).

Теперь, когда у нас есть таблица истинности и график, можно легко рассчитать угол (положение) и скорость ротора.

Преимущества использования датчика Холла в контроллере двигателя постоянного тока BLDC

• Датчик Холла представляет собой очень простое устройство, состоящее из магнитов, поэтому оно очень экономично для систем управления двигателем.
• По той же причине эти датчики легко внедрить в передовые системы управления двигателем для электромобилей и другие автомобильные решения.
• Большинство двигателей BLDC оснащены этими датчиками.
Датчики Холла
• в основном невосприимчивы к условиям окружающей среды, таким как влажность, температура, пыль и вибрация.

Завершение

Многое происходит внутри системы управления двигателем BLDC. Есть алгоритм FOC, схемы H-Bridge, эффективная коммутация и многое другое. Среди множества компонентов внутри системы управления двигателем BLDC очень маленький и скромный датчик — датчик Холла — дает о себе знать.

Будучи экономичными и простыми в применении, эти датчики сделали современные решения управления двигателями постоянного тока более эффективными и удобными в использовании в автомобильной промышленности.

Посмотрите это место, чтобы узнать о других подобных компонентах, которые играют жизненно важную роль в контроллере двигателя BLDC.

Линия сборки датчиков Холла

Типы датчиков Холла

 

• Линейные датчики Холла

В автомобильной промышленности и в более сложных конструкциях датчики Холла чаще всего используются для обнаружения изменения скорости передачи. Их также можно использовать в качестве датчиков уровня жидкости для определения местоположения движущегося поплавка.

• Цифровые датчики Холла

Поскольку цифровые датчики Холла очень гибкие, их можно запрограммировать на срабатывание при заданном допуске магнитного поля. Кроме того, они лучше всего подходят для удовлетворения требований точного обнаружения. Для высокоскоростного обнаружения цифровые датчики Холла чаще всего используются в бытовой технике, такой как стиральные машины и сушилки.

Цифровые датчики Холла особенно полезны в системах безопасности автомобилей. Они обеспечивают высокую надежность обнаружения затяжки пряжек ремней безопасности и определения скорости зубьев трансмиссии.

• Вращающиеся датчики Холла

Использование вращающихся датчиков Холла для замены пленочных или потенциометрических устройств становится все более популярным. В приложениях различных бытовых приборов их также можно использовать для определения положения циферблата. Также можно найти поворотные датчики на эффекте Холла в автомобильных приложениях для определения положения клапана рециркуляции отработавших газов, присутствующего в двигателях.

• Аналоговые датчики

В прошлом плотность магнитного потока магнитов можно было измерять с помощью аналоговых датчиков Холла, на которые существенное влияние оказывает температурное значение приложения. В настоящее время эти датчики значительно усовершенствованы, и теперь их можно использовать для измерения угла поля потока, при этом они менее чувствительны к изменениям температуры. Благодаря этому усовершенствованию выходной сигнал аналоговых датчиков Холла стал более стабильным.

 

Применение датчиков Холла

 

Например, в автомобилестроении датчик Холла может использоваться для управления двигателем, аккумулятором или для определения направления вращения компонента. Он также присутствует в автомобильных преобразователях в качестве датчика тока. Эти преобразователи используются для привода тяговых двигателей гибридных или электрических автомобилей. Магнитное поле, создаваемое токами, протекающими по проводнику, преобразуется датчиком в программируемое напряжение. Это напряжение пропорционально обнаруженному магнитному полю.

Датчик также может определять положение и движение различных элементов в промышленной сфере. В результате это позволяет автоматизировать производственные линии и различные машины. Для компаний, желающих автоматизировать свой производственный процесс для большей эффективности, установка датчика на свои машины является необходимостью.

Стоит отметить, что датчики Холла чаще всего используются в производственных линиях, а также в робототехнике.

Датчик Холла в сборе

 

Датчики поставляются производителями комплектами из десятков или сотен компонентов, в основном для промышленного применения. Чтобы они были в рабочем состоянии, необходимо использовать машину для их резки и сгибания, чтобы они приняли необходимую форму, прежде чем припаивать их к электронным схемам.

Эта машина может быть интегрирована в автоматизированную производственную линию. Он не только обеспечивает высокое качество преформ и резки, но также предлагает несколько вариантов конфигурации.

Что касается линии сборки датчиков, то она состоит из нескольких станций, расположенных в форме буквы «U», которые соединены конвейером поддонов. Он призван сделать производство более гибким. Количество рабочих может быть скорректировано в соответствии с потребностями. Полуавтоматические операции в линии выполняют последовательность сборки датчиков Холла . Микропайка по термодинамике осуществляется в конце линии, но перед этим компоненты устанавливаются, контролируются и заклепываются.

 

Проверка и тестирование датчиков

Для обеспечения контроля датчиков требуется испытательный стенд. Этот испытательный стенд предназначен для программирования и электрического управления датчиками Холла, которые можно использовать для определения положения рычага коробки передач автомобиля. Это оборудование является полуавтоматическим.

Используя зажим для установки прокладки, оператор устанавливает прокладку на продукт. Затем они помещают ведро датчика и разъем на тест-кассету. Автоматические испытания неэлектрических характеристик сначала запускаются нажатием кнопки запуска цикла. Эти неэлектрические характеристики относятся, в частности, к вставке, длине луча, наличию и цвету луча.

Электрические элементы управления и измерения емкости выполняются ПК с использованием моста RLC. Сигналы, получаемые при перемещении цели, приводимой в движение вращающимся прецизионным столом, позволяют ПК программировать ячейку. Затем на каждом соответствующем продукте наносится микроперкуссионная маркировка. Следует отметить, что кассеты, используемые на данном испытательном стенде, взаимозаменяемы.

MGA Technologies: краткий обзор

 

MGA Technologies специализируется на всех аспектах автоматизации всех процессов производства, сборки, контроля и испытаний. По поручению многих наших клиентов мы спроектировали и построили различные сборочные линии и испытательные стенды для контроля и программирования датчиков Холла.

Если вас интересует испытательный стенд для программирования датчиков или линия сборки датчиков Холла , свяжитесь с нами сегодня. Вот наши контактные данные…

Ознакомьтесь с образцами наших решений на этой странице. Чтобы узнать больше о нашем станке для гибки датчиков Холла, получите брошюру, заполнив нашу форму, или напрямую запросите предложение у нашей технической команды.

Датчики и приложения на эффекте Холла

С тех пор, как Эдвин Холл открыл эффект, названный в его честь эффектом Холла, этот принцип использовался во многих приложениях за последние полвека, и список продуктов, основанных на эффекте Холла, продолжает растет, от автомобилей к самолетам, от посудомоечных машин к стиральным машинам, от станков к медицинскому оборудованию. Эффект Холла — идеальная технология, которую можно использовать для распознавания. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала или полупроводника. Выходные соединения элемента Холла перпендикулярны направлению протекания тока. Когда он присутствует в магнитном поле, носители заряда испытывают силу, называемую силой Лоренца, поперек направления приложенного магнитного поля и тока. Эффект силы Лоренца, действующей на носители заряда, заключается в отклонении носителей заряда в одну сторону для создания напряжения ЭДС (электродвижущей силы), напряжения Холла на элементе Холла, как показано ниже. Напряжение Холла пропорционально напряженности приложенного магнитного поля.

Были изобретены различные типы датчиков Холла, такие как переключатели на эффекте Холла, защелки на эффекте Холла и линейные датчики на эффекте Холла. Эти датчики Холла широко используются во многих продуктах, таких как бытовая техника, торговые автоматы, банкоматы, медицинское оборудование, автомобили, оборудование для фитнеса, токоизмерительные клещи, копировальные машины, средства автоматизации и т. д.

Регулировка автомобильного сиденья

Блок-схема управления (Mouser.com)

Традиционные автокресла с ручной регулировкой постепенно были заменены автокреслами с электронным управлением. Датчики Холла и электродвигатели широко используются для обеспечения автоматического управления водителями и пассажирами и регулировки их сидений. Комфорт автокресел был очень важным фактором, влияющим на наше впечатление от поездки. Кроме того, простая, быстрая и точная регулировка сиденья обеспечивает водителю более безопасную, комфортную и удобную рабочую среду. Сложная система управления сиденьем, сочетающая в себе ИИ (искусственный интеллект), позволяет глубоко изучить стиль, позу и жесты водителя, чтобы предоставить водителю эргономически здоровую систему взаимодействия человека и машины.

В настоящее время электрическое сиденье автомобиля в основном состоит из внутреннего двигателя, датчика Холла, механизма регулировки положения сиденья, схемы привода двигателя и однокристального микрокомпьютера. Среди них двигатель соединен с механизмом регулировки положения сиденья, образуя силовую часть; и одночиповый микрокомпьютер подключен к схеме управления двигателем и датчику Холла, чтобы сформировать часть автоматического управления. В приведенных выше разделах датчик Холла может измерять внешний вращающийся вал двигателя и передавать импульсный сигнал на однокристальный микрокомпьютер. Микрокомпьютер с одним чипом может получать информацию о вращении двигателя, связанную с импульсным сигналом, путем подсчета импульсных сигналов, то есть информацию о текущем положении сиденья. Когда сиденье отрегулировано на месте и двигатель выключен, однокристальный микрокомпьютер может сохранить число импульсов, соответствующее этому положению.

Водитель может выбрать, установить ли текущее положение в состояние по умолчанию, тем самым заменив исходную информацию о положении по умолчанию. Когда сиденье наклонено вперед и назад, схема привода вызывает микрокомпьютер с одним чипом для управления двигателем вперед и назад, а микрокомпьютер с одним чипом регулирует количество импульсов, полученных датчиком Холла в исходном процессе (по умолчанию). position соответствует номеру импульса) на основе операций сложения и вычитания для получения информации о положении сиденья по умолчанию.
TI DRV5057-Q1 — линейный датчик Холла с ШИМ-выходом для автомобильных приложений, таких как определение положения, тормоз, ускорение, педали сцепления, переключатель передач, положение дроссельной заслонки, а также многие другие приложения абсолютного углового кодирования. DRV5057-Q1 реагирует пропорционально плотности магнитного потока, чтобы точно обнаруживать небольшие изменения углового положения. Устройство работает от источников питания 3В или 5В. Когда он не находится в магнитном поле, его выход представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50%. Выходной рабочий цикл изменяется линейно по отношению к приложенной плотности магнитного потока, и линейность может поддерживаться с магнитным полем от 8% до 92%.

Texas Instruments DRV5057-Q1TI DRV5057-Q1 Отклик магнитного поля на выходе ШИМ

Управление зажиганием двигателя

С развитием автомобильных двигателей в направлении высокой скорости, высокой степени сжатия, высокой мощности, низкого расхода топлива и низкого уровня выбросов , традиционные устройства зажигания не смогли удовлетворить требования использования. Основными компонентами устройства зажигания являются катушка зажигания и коммутационное устройство. Когда энергия катушки зажигания увеличивается, свеча зажигания может генерировать искры с достаточной энергией. Это основное условие приспособления устройства зажигания к работе современных двигателей. Основной принцип, по которому датчики Холла могут быть приняты большинством производителей автомобилей в качестве воспламенителей, заключается в следующем:

Генератор сигналов на эффекте Холла является активным устройством, для работы ему необходимо обеспечить питание, питание интегрированного блока Холла обеспечивается воспламенителем. Коллектор выходного электрода ИМС Холла представляет собой открытый вывод, а сопротивление нагрузки коллектора элемента Холла задается в запальнике.

Генератор сигналов на эффекте Холла имеет три провода и подключен к воспламенителю, один из которых является проводом ввода питания, один проводом вывода сигнала, а другой проводом заземления. Когда распределитель работает, лопасть вращается вместе с валом распределителя. Всякий раз, когда лопасть входит в воздушный зазор между элементами на эффекте Холла постоянного магнита, магнитное поле в блоке Холла срабатывает за счет обхода лопасти рабочего колеса (или магнитной изоляции), элемент на эффекте Холла не генерирует напряжение Холла при этом время выходной транзистор интегральной схемы отключается, и генератор сигналов выдает высокий потенциал.

Когда лопасть спускового колеса выйдет из воздушного зазора, магнитный поток постоянного магнита образует петлю через направляющую пластину через блок коллектора. В это время элемент Холла формирует напряжение Холла, триод выходного полюса интегральной схемы находится в проводящем состоянии, выходной сигнал генератора низкий потенциал. Когда задний край выреза крыльчатки поворачивается так, что открывается только половина поверхности магнитного полюса, напряжение на конце выходного сигнала мгновенно переходит от низкого потенциала к высокому потенциалу, и это момент зажигания. Непрерывно выходной сигнал датчика представляет собой последовательность импульсов ШИМ с импульсами, переключающимися от почти 0 В до примерно 2,5 В. Частота переключений увеличивается с увеличением оборотов двигателя.

Катушка-распределитель на эффекте Холла (от Pico Technology) Принцип работы катушки-распределителя на эффекте Холла (от Pico Technology)

Массажное кресло

Melexis без печатной платы 2-проводной датчик положения двигателя сиденья на эффекте Холла — автомобильное автомобильное сиденье ContorlMelexis без печатной платы 2-проводной датчик положения мотора сиденья на эффекте Холла

С быстрым ростом нашей экономики условия нашей жизни значительно улучшились, но мы всегда заняты учебой и работой весь день. Обычно мы проводим много времени в офисе, сидя за столом, что заставляет нас чувствовать усталость в конце дня. Мы хотим, чтобы наше тело полностью обновилось. Один из самых простых способов быстро расслабить тело — массажное кресло. С массажным креслом вы можете остаться дома и отдохнуть в течение еще одного свежего дня.
Массажное кресло управляется микроконтроллером для выполнения сложных движений и задач планирования времени. Узел движения для массажа спины перемещается вперед и назад между верхней точкой хода и нижней точкой хода в направляющей рамы для массажа спины. Для того, чтобы движение массажа спины могло точно определить верхнюю и нижнюю точки перемещения, массажное кресло оснащено постоянным магнитом в каждой из верхней и нижней точек перемещения, а в движении массажа спины установлен датчик защелки на эффекте Холла. сборка.
Таким образом, постоянные магниты и датчики защелки на эффекте Холла в верхней и нижней точках перемещения составляют два набора датчиков на эффекте Холла: при массаже спины движение механизма происходит снизу до верхнего предела перемещения, датчик-защелка на эффекте Холла срабатывает от магнитного поля постоянного магнита, установленного в верхней точке перемещения, относительное положение массажного механизма является выходом в виде напряжения; также, когда механизм массажа спины перемещается сверху вниз при ходе вниз, его датчик Холла срабатывает под действием магнитного поля постоянного магнита, установленного в точке хода вниз Датчик Холла выводит относительное положение массажа спины механизм в виде напряжения.

Управление посудомоечной машиной

Замечания по применению Littelfuse – Магнитные датчики в посудомоечных машинах

С постоянным повышением уровня жизни людей уровень интеллекта электрических приборов становится все выше и выше. Во многих семьях используются полностью автоматические бытовые посудомоечные машины, которые могут полностью заменить ручную мойку посуды, палочек, тарелок, ножей, вилок и другого столового инвентаря.

В настоящее время представленные на рынке автоматические посудомоечные машины можно разделить на два типа: бытовые и профессиональные. Полностью автоматические бытовые посудомоечные машины в основном бывают корпусного, настольного, раковинного и встроенного типа. В соответствии со структурой коммерческие посудомоечные машины можно разделить на пять категорий: тип корпуса, тип крышки, тип корзины, тип ременной передачи и ультразвуковой тип. Для таких мест, как рестораны, отели и правительственные столовые, он очень подходит для коммерческих посудомоечных машин. Это может снизить трудоемкость поваров, повысить эффективность работы и улучшить преимущества чистоты и гигиены.
Какую роль играет Холл в полностью автоматической посудомоечной машине? Его можно использовать для управления вращением разбрызгивателя, который обычно представляет собой свободно вращающееся вращающееся устройство, приводимое в действие как горячей, так и холодной водой под высоким давлением. Крайне важно следить за тем, чтобы разбрызгивателю не мешала неуместная посуда или посуда в корзинах. Когда разбрызгиватель неожиданно останавливается, он очищает посуду только там, где остановился. Если разбрызгиватель приводится в действие электродвигателем, его остановка может привести к длительному сгоранию двигателя. Переключатель с защелкой на эффекте Холла используется для защиты разбрызгивателя. Когда разбрызгиватель с установленным на нем магнитом проходит мимо переключателя на эффекте Холла, переключатель срабатывает для вывода низкого уровня сигнала, и он выдает высокий уровень, когда магнит проходит мимо переключателя. Если MCU контроллера посудомоечной машины не обнаруживает активации переключателя в течение заданного времени, он запускает подпрограмму защиты, чтобы либо остановить машину, либо выдать сигнал тревоги и предупредительный световой сигнал. В посудомоечной машине датчики Холла также можно использовать для дверной защелки и системы шкафчиков, переключателей потока воды и лотка для мыла/смягчителя воды.

Положение бесщеточного двигателя постоянного тока

Управление бесщеточным двигателем постоянного тока Honeywell с датчиками положения на эффекте Холла

Бесщеточный двигатель постоянного тока состоит из корпуса двигателя и привода и представляет собой типичный продукт мехатроники. Обмотки статора двигателя в основном выполнены в виде трехфазной симметричной звезды, что очень похоже на трехфазный асинхронный двигатель. Ротор двигателя склеен с постоянными магнитами, которые были намагничены. Для определения стабильности ротора двигателя в двигатель устанавливается датчик положения.
Драйвер состоит из силовых электронных устройств и интегральных схем. Его функции: принимать сигналы пуска, останова и торможения двигателя, управлять пуском, остановом и торможением двигателя; принимать сигнал датчика положения, а также сигналы прямого и обратного хода для управления. Включение-выключение каждой силовой трубки регулируемого моста создает непрерывный крутящий момент; он принимает команды скорости и сигналы обратной связи по скорости для управления и регулировки скорости; обеспечивает защиту и отображение и т. д.

Двигатели постоянного тока имеют быстрый отклик, большой пусковой момент и могут обеспечивать номинальный крутящий момент от нулевой скорости до номинальной скорости, но преимущества двигателей постоянного тока являются также и его недостатками, поскольку двигатели постоянного тока должны обеспечивать постоянное вращение при номинальной нагрузке. Характеристики момента, магнитного поля якоря и магнитного поля ротора должны поддерживаться на уровне 90°, для чего необходимы угольные щетки и коллекторы. Угольная щетка и коллектор производят искры и угольный порошок при вращении двигателя. Таким образом, в дополнение к повреждению компонентов, случаи использования также ограничены. Электродвигатели переменного тока не имеют угольных щеток и коллекторов. Они не требуют обслуживания, прочны и широко используются. Однако для достижения производительности, эквивалентной характеристикам двигателей постоянного тока, требуются сложные методы управления. В настоящее время полупроводники быстро развиваются, и частота переключения силовых компонентов намного выше, что повышает производительность приводных двигателей. Скорость микропроцессора также становится все быстрее и быстрее, чего можно достичь, поместив управление двигателем переменного тока во вращающуюся двухосную прямоугольную систему координат, чтобы правильно контролировать составляющую тока двигателя переменного тока по двум осям для достижения аналогичного двигателя постоянного тока. управления и эквивалент двигателя постоянного тока.

Измерение тока

Линейные датчики Холла Infineon для измерения тока

Магнитный сердечник представляет собой натяжную конструкцию, устройство Холла помещается в отверстие магнитного сердечника, а кольцевой магнитный сердечник зажимается снаружи провода через по которому течет измеряемый ток, и ток, протекающий через него, может быть измерен. Эти токоизмерительные клещи могут измерять как переменный, так и постоянный ток. Токоизмерительные клещи могут использоваться для определения случайного тока различных источников питания и электрооборудования.

Принцип измерения токоизмерительных клещей переменного/постоянного тока обычно используется для измерения постоянного тока. Поскольку токоизмерительные клещи переменного тока не могут использовать метод электромагнитной индукции. Датчик Холла размещается, как показано на рисунке ниже. Создаваемый магнитный поток пропорционален основным постоянным и переменным токам в головке зажима. Это датчик Холла, который определяет магнитный поток и преобразует его в выходное напряжение.

Управление фонтаном

С развитием общества ритм жизни людей постепенно увеличивается, а качество жизни постоянно улучшается. Появление питьевых фонтанчиков изменило традиционный способ питья. Традиционная форма кипячения в чайнике постепенно заменяется водой из бочек или водопроводными питьевыми фонтанчиками. Использование питьевых фонтанчиков не только экономит время и силы, но и гарантирует безопасность питьевой воды. Это устройство для нагрева или охлаждения бочковой минеральной или чистой воды, чтобы облегчить людям питье. На самом деле, внутренняя структура диспенсера для воды очень проста, в основном она состоит из таких устройств, как бак для приема воды, водопроводная труба, нагревательный бак, стерилизационное устройство, выключатель питания и таймер.

Принцип работы: Когда вода проходит через узел ротора, магнитный ротор вращается, выдавая импульсный сигнал, а скорость изменяется линейно с расходом. Переключатель Холла выдает соответствующий импульсный сигнал на контроллер, чтобы определить размер и наличие расхода воды. Отрегулируйте ток пропорционального клапана, чтобы контролировать расход воды через пропорциональный клапан.

Расходомер воды на эффекте Холла

Здравоохранение – Измерение артериального давления

Измерение артериального давления обычно делится на два типа, один из которых представляет собой традиционный метод аускультации, а другой — осциллометрический метод, то есть метод колебаний, который используется в электронных приборах для измерения артериального давления. Электронный сфигмоманометр — это медицинский прибор, в котором для измерения артериального давления используются современные электронные технологии и принцип непрямого измерения артериального давления. По мере развития технологий измерение крови без манжеты становится более популярным, чем другие традиционные методы измерения крови. Носимый пульсиметр магнитоплетизмограммы (MPG) на запястье был разработан для контроля артериального давления с использованием датчика Холла, воспринимающего магнитное поле.