Датчики холла принцип работы применение

Датчики на основе эффекта Холла, типы, принцип их работы и область применения

Эффект Холла появляется, когда заряженные частицы движутся в плоскости в присутствии магнитного поля. Поле действует на частицы силой Лоренца, которая отклоняет их в направлении, перпендикулярном движению. В результате появляется поперечная (относительно изначального направления движения) разность потенциалов, называемся холловским напряжением.

Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Эдвин Герберт Холл (англ. Edwin Herbert Hall) родился 7 ноября 1855 в Горем, Камберленд, Мэн, США. Известен как: физик, первооткрыватель эффекта Холла. Научная сфера: физика. Место работы: Гарвардский университет (там же проводил свои исследования и написал много учебников и прикладных методических материалов); Альма-матер: Университет Джонса Хопкинса; Боудин-колледж. Научный руководитель: Роуланд, Генри. Умер 20 ноября 1938 в возврасте 83 года.

Во время проведения эксперимента в 1879 году Эдвин Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается постоянное напряжение, тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться.

Отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток. Также направление отклонения зависит от полярности, которую имеет магнитное поле.

В результате чего, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

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

Скорость электронов v можно выразить через плотность тока:

где n — концентрация носителей заряда. Тогда

Коэффициент пропорциональности между E1 и jB называется коэффициентом (константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов.

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 сильных полях наблюдается положительный знак RH, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твердого тела.

Эффект Холла можно наблюдать без внешнего постоянного магнитного поля, явление получило название — аномальный эффектом Холла. Квантовый эффект Холла наблюдается в сильных магнитных полях в плоском проводнике.

В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю.

Это явление, получило название спиновый эффект Холла.

Устройства на основе эффекта Холла и области применения

Эффект Холла позволяет определить концентрацию и подвижность носителей заряда, а в некоторых случаях и тип носителей заряда (электроны или дырки) в металле или полупроводнике, что делает его хорошим методом для исследования свойств полупроводников.

На основе эффекта Холла работают датчики Холла — приборы, измеряющие напряженность магнитного поля.
Развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство — датчик Холла. Главным преимуществом датчиков Холла выступает то, что частота срабатывания устройства совпадает с моментом измерения. Выходной сигнал от такого датчика всегда устойчивый, без всплесков и колебаний амплитуды.

Датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым. В свою очередь цифровые, могу быть биполярные и униполярные.

Аналоговые датчики Холла – преобразуют индукцию поля в напряжение, величина показанная датчиком зависит от полярности поля и его силы. Цифровые биполярные – реагируют на смену полярности поля (например: север-юг постоянного магнита), то есть одна полярность – включает датчик, другая – выключает. Цифровые униполярные – срабатывают при наличии поля определенной полярности и отключаются при снижении индукции поля.

Применение датчиков Холла

Датчики Холла используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Устройство, используемое для измерения силы тока в проводнике. Датчик Холла, в отличие от трансформатора тока, измеряет также и постоянный ток.

Устройство на основе эффекта Холла применяются в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах).

Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли датчика положения ротора (ДПР), который реализует обратную связь по положению ротора и выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном двигателе постоянного тока (ДПТ).

Широкое применение датчики нашли в сервоприводах (блоки вращающих видеоголовок, ведущие двигатели) ленторотяжных механизмах видеомагнитофонов видеокамер, ДАТ магнитофонах и др.

Также датчики Холла применяются:

• в приводах дисководов и двигателях вентиляторов компьютерной техники;
• в магнитометрах смартфонов в качестве физической основы работы электронного компаса;
• в электроизмерительных приборах (токоизмерительные клещи, пробники тока) для бесконтактного измерения силы тока;
• в приводах автоматической фокусировки объектива в качестве датчика точной фокусировки;
• на основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей.
• Не обошли стороной датчики и электронику автомобилей. Что касается автоэлектроники, здесь датчики Холла применяются для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также в системе зажигания, указывая на момент образования искры. Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание.

Простой пример принципа действия схемы с датчиком Холла

В простейшем рассмотрении принципа работы схемы с датчиком Холла выглядит так:

Схема устройства состоит из: постоянного магнита; лопасти ротора; магнитопроводов; пластикового корпуса; электронной микросхемы; контактов.

Принцип работы устройства следующий: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Подробно принцип работы датчиков Холла следует рассматривать в каждом конкретном случае, в зависимости от типа датчика и схемотехнического решения.
В интернет-журнале по автоэлектроники и бытовой радиотехники рассмотрено не мало схем с применением датчиков работающих на основе эффекта Холла с описанием принципа работы.

Источник: http://www.xn--b1agveejs.su/radiotehnika/323-hall-effect.html

Датчик Холла

Датчик Холла – небольших размеров чувствительный элемент, позволяющий отслеживать изменения магнитного поля. Открытию уже исполнилось 100 лет, явление, лежащее в основе принципа действия, известно с 1879 года, но лишь в последние несколько десятилетий изделия стали неотъемлемой частью образчиков технических достижений.

Датчики разного типа

Эффект Холла

Эдвин Холл показал, что в направлении, поперечном магнитному полю, в проводнике образуется ЭДС при протекании по нему постоянного тока. На практике это выглядит, как возникновении потенциалов на кромках металлической полосы, когда к полосе подносят магнит. В результате становится возможным фиксировать факт приближения к датчику. Разница потенциалов зависит по большей части от:

1. Величины протекающего постоянного тока.
2. Напряжённости магнитного поля.
3. Подвижности и концентрации носителей заряда в материале.

До 1950-х годов, когда впервые создали регистратор микроволнового излучения, эффект Холла не применялся за пределами лабораторий.

В массовое плавание запущен изготовителями компьютерных клавиатур – концерны оказались заинтересованы в отыскании бесконтактного пути регистрации положения клавиш и нашли таковой в 1968 году.

Твердотельный датчик, изобретённый в 1965 году Джо Мопином и Эверетом Вортманом, сильно улучшил характеристики оборудования. Сейчас в промышленности отмечается ежегодный прирост потребности в сенсорах Холла, по оценкам, топовая пятёрка компаний-производителей собирает доход в 2 млрд. долларов.

Сегодня датчики Холла используют из-за указанной особенности – они практически вечные, не содержат движущихся и трущихся частей. В клавиатуре ломается преимущественно не чувствительный элемент, а контроллер. Известны вирусы, умеющие перепрограммировать чип и заражающие компьютер… через USB-клавиатуры. Кстати, спецслужбы давно уже взяли на вооружение метод, чтобы шпионить, а эффективной защиты против уязвимости попросту нет.

Эффект Холла проявляется в проводнике тем сильнее, чем меньше концентрация носителей заряда и больше подвижность. Металлы (на основе которых впервые продемонстрировано явление) не считаются идеальным материалом для создания датчиков. В гораздо большей степени для указанной целей годятся полупроводники. Одновременно это сильно снижает стоимость и повышает унификацию серийного производства.

Посмотрим, как работает датчик Холла. Представим полосу полупроводника, вдоль которой протекает постоянный ток. В отсутствие внешних возмущений внутри создаётся электрическое поле, приводящее в движение носители заряда. Предположим, теперь перпендикулярно поверхности полосы возникают линии постоянного магнитного поля.

Напомним, что направление определяется так: «Если поместить левую руку так, чтобы линии магнитного поля оказались перпендикулярны ладони, а вытянутые пальцы смотрели в направлении движения зарядов (в физике – положительно заряженных частиц, а не отрицательных электронов), отогнутый на 90 градусов большой палец укажет в сторону действия силы Лоренца».

Загадки в эффекте Холла нет. Формула Лоренца предложена на добрый десяток лет позже – в 1892 году – прежде, чем люди узнали, что пластинка золота формирует разность потенциалов на торцах при протекании постоянного электрического тока.

О влиянии магнитного поля на проводники в 1831 году однозначно высказывался Майкл Фарадей, благодаря тайному поклоннику которого мир узнал о генераторах и двигателях. Поныне неизвестно, кем придуман первый мотор постоянного тока.

При обратном включении работающий генератором.

Эффект Холла

Достоинства сенсоров Холла

Специалисты отмечают следующие ряд достоинств датчиков Холла:

1. Долгий срок службы (для клавиатуры — 30 млрд. нажатий).
2. Отсутствие подвижных частей (твердотельная электроника), что явно упрощает конструирование с высокими требованиями к вибрациям и ударам.
3. Возможность работы на частотах изменения магнитного поля до 100 кГц.
4. Простое совмещение с логическими уровнями сигналов цифровой техники.
5. Широкий диапазон рабочих температур (от минус 40 до плюс 150 градусов Цельсия).
6. Высокая повторяемость измерений, что позволяет легко тарировать приборы на основе датчиков Холла.

Конструкция датчиков Холла

В ходе эксплуатации отлично проявились традиционные полупроводниковые материалы — арсениды галлия и индия. Обычно сенсор Холла представляет небольшую пластинку, к противоположным граням которой подходят парные электроды. Питающие широкие и располагаются на протяжении стороны прямоугольника. Где снимается сигнал – простейшие точечные. В любой схеме отмечается общая точка (нулевой провод, нейтраль), сумма контактов равняется трём. Отрицательные линии объединяются.

Специалисты отмечают, что даже в отсутствии магнитного поля на электродах остаётся, как правило, небольшой сигнал. Это объясняется не влиянием нашей планеты, как подумают читатели. Потенциал вдоль боковой кромки пластинки распределяется неравномерно.

И выявлять эквивалентные точки не всегда целесообразно. Проще тарировать сопрягаемую с датчиком электронику, либо ориентироваться на точечные импульсы, что часто делается на практике.

Особенности конструкции датчика

Толщина плёнки проводника обычно мала, едва достигает 10 мкм. Для нанесения на подложку используется способ литографии. Это позволяет создать датчики Холла с малой чувствительной площадью, что сильно и часто повышает точность измерений, ведь поверхность невелика.

В приборах это используется для оценки положений деталей механизмов. Впрочем малогабаритные датчики обнаруживают сравнительно низкий отклик, измеряемый в величинах Вт/Тл (выдаваемая мощность полезного сигнала в зависимости от напряжения магнитного поля).

Для серийных датчиков Холла параметр обычно укладывается в пределы от 0,03 до 1.

На практике это выглядит как генератор импульсов. Допустим, на валу двигателя стиральной машины стоит ряд магнитов, при обороте вырабатывается определённое количество пиков. В результате электронная начинка оценивает скорость вращения, угловое положение ротора, что используется, к примеру, в вентильных двигателях (с электронным переключением обмоток).

Сделаем отступление и объясним, почему малогабаритный датчик Холла отличается слабым откликом. Амплитуда вырабатываемых импульсов зависит от протекающего постоянного тока, а он не может быть велик, в противном случае плёнка проводника (обладающая достаточно большим сопротивлением) перегреется и сгорит. Поэтому допустимые значения (в амперах) составляют от 5 до 50 мА.

Принцип работы датчика Холла, признаки неисправности

Автомобиль имеет множество разнообразных датчиков, которые сигнализируют об определённых процессах, протекающих как внутри, так и снаружи машины. Без них была бы невозможна нормальная работа транспортного средства.

Даже за показания спидометра отвечает датчик, измеряющий количество оборотов, делаемых колёсами. Ещё один хороший пример — лямбда-зонд. Это тоже датчик, но его задача измерять количество кислорода в выхлопных газах. На основе его показаний строится работа двигателя. Точнее, регулируется соотношение впрыска воздуха и топлива.

Датчик Холла выполняет не менее важную роль в функционировании автомобиля. В каком-то смысле она даже более ответственная. Это важный элемент системы зажигания, без которого была бы невозможна нормальная работа мотора.

История создания датчика Холла

Создание датчика Холла приписывается видному учёному-физику Эдвину Холлу, в честь которого и было названо устройство. Произошло это в 1879 году. Он сделал важное открытие, которое и дало возможность создать этот датчик.

Фундаментальность сделанного учёным открытия подтверждает то, что датчик Холла применяется не только в автомобилях, но и во многих приборах из других сфер. Открытое Эдвином Холлом гальваномагнитное явление стало ещё одним толчком для развития автомобилестроения.

Вся суть открытого учёным явления сводится к разнице потенциалов, которая возникает, когда проводник помещается в магнитное поле. При этом на проводник должен поступать постоянный ток.

Особенности датчика

Принцип работы

Датчик Холла в своей основе имеет эффект, описанный выше, но его применение отличается некоторыми нюансами. Внутри прибора происходит следующее: на полупроводник под электрическим напряжением оказывает воздействие магнитное поле, причём оно пересекает его поперёк. Результатом этого явления становится электродвижущая сила.

Внимание! При возникновении электродвижущей силы напряжение меняется в диапазоне от 0,4 до 3 В.

Чтобы лучше понять принцип работы датчика Холла рассмотрим конкретный пример. Во-первых, для создания вышеописанного эффекта нужна тонкая пластина, которая будет играть роль полупроводника. Во-вторых, необходим источник электрического тока. Без провода и постоянного магнита также обойтись не получится.

Ток необходимо пустить между двумя сторонам пластины. Причём стороны должны быть параллельны друг другу. Провода нужно закрепить с двух других сторон. Магнит должен располагаться неподалёку от полупроводника. Если всё это будет выполнено в точности, то возникнет эффект Холла. По факту описанная конструкция представляет собой генератор.

При необходимости можно сделать так, чтобы это устройство работало в импульсном режиме. Но для этого нужно между пластиной и магнитом установить экран. Конструкция экрана должна иметь щели.

Для чего нужен щелевой датчик Холла в автомобилях

Главной задачей датчика Холла является изменение напряжения на выходе при перемене состояния магнитного поля. Малейшая неисправность может привести инжектор в нерабочее состояние.

Эффект Холла помогает добиться коммутации между сигнальными контактами, отвечающими за скорость, позиционирование и передачу сигналов. Простейшим считается именно аналоговый датчик. Также существует цифровой аналог, который имеет более сложную конструкцию.

Аналоговый датчик Холла играет роль преобразователя, который должен коммутировать питание для системы зажигания. Тем не менее можно найти конструкции, которые используют целые группы датчиков. Но они находятся на определённом отдалении от магнитов.

В тех автомобилях, в которых установлен цифровой датчик Холла возможно функционирование в двух режимах защиты. Первый активирует защитную схему, а второй отключает. Но такое устройство в большинстве случаев называется распределителем или переключателем. Хотя в основе лежит всё тот же эффект. Подобные аппараты устанавливают на свои машины такие компании, как:

• Opel,
• AUDI,
• BYD Flyer,
• Volkswagen Golf,
• Suzuki,
• Passat,
• BMW.

Довольно часто датчик Холла можно увидеть во многих бытовых устройствах. К примеру, тяжело себе представить компьютерный привод без него. Также нельзя не вспомнить о системах наблюдения и целом ряде мотоциклов.

Внимание! Для повышения точности работы датчик Холла устанавливают в клавиатуры и джойстики.

Датчик Холла обладает целым рядом преимуществ, которые делают его незаменимым в современном оборудовании:

• Устройство позволяет увеличить производительность мотора.
• Без него невозможна точная работа тахометра и спидометра,
• Датчик повышает безопасность автомобиля.

Датчик Холла можно использовать по-разному. Но в большинстве случаев автомобильные конструкторы применяют его для контроля скорости. Точнее, он осуществляет мониторинг передаточных колёс и валов. Также он контролирует их скорость вращения. Это позволяет обеспечить быстрый запуск двигателя, работающего на основе принципа внутреннего сгорания.

Также датчик Холла может обеспечить запуск антиблокировочной тормозной системы, а это, в свою очередь, напрямую влияет на безопасность на дороге. О тахометре в таком случае и говорить не приходится.

Но возможно и другое применение. Отличным примером в данном контексте будут бесщёточные электрические двигатели, работающие благодаря действию постоянного тока. Благодаря датчику Холла в таких устройствах определяется место, где находится постоянный магнит.

Как видите, у датчика Холла может быть множество применений. Сфера использования напрямую зависит от решения производителя. Допустим, конструкцию с двумя расположенными друг напротив друга магнитами можно использовать для того, чтобы регулировать скорость работы дискового накопителя.

Конструкция

Чтобы лучше понять, что собой представляет датчик Холла необходимо в деталях изучить его конструкцию. К счастью, схема довольно простая, и чтобы её понять нет необходимости в специальных знаниях. Но вы должны учитывать, что непосредственными производителями могут вноситься определённые изменения для достижения нужного эффекта.

Внимание! Довольно сильно на конструкцию датчика влияет место установки аппарата.

В основе базовой конструкции лежит полупроводниковое соединение. Чаще всего для создания кристалла используют антимонид индия. Для большей надёжности он крепится на алюминиевой подложке. Эта схема находится в той части, которая отвечает за сенсорику.

В конструкции плоские стороны кристалла находятся прямо перпендикулярно той части датчика, которая выполняет основную работу. Проводники проходят через ручку и подключаются к электронной схеме. Она, в свою очередь, реализует замыкание выходных контактов.

Особое значение в конструкции имеет расположение полупроводника по отношению к магниту. Оно должно быть таким, чтобы угол прохождения силовых линий был прямым и проходил через кристалл датчика. Только так может появиться магнитная индукция достаточной величины.

Когда ток попадает в кристалл — создаётся ЭДС. Конечно, это становится возможным только в том случае, если основной элемент находится в магнитном поле. Электродвижущая сила образуется на сторонах полупроводников, которые запаралелены.

Внимание! После своего образование ЭДС направляется в рабочую схему.

Результатом применения силы Лоренца является то, что заряды разделяются. При этом у них может быть как позитивный, так и негативный заряд. Он образуется вверху или внизу полупроводника. Чтобы это стало возможным, корпус устройства делается из неметаллического материала. Подобный подход позволяет избежать искажения магнитных волн.

Неисправности датчика Холла

Перед тем как залезть под капот необходимо знать, в чём именно проблема. К сожалению, диагностировать поломку именно этого устройства довольно сложно. Но есть ряд признаков, которые с большой долей вероятности указывают на неё:

1. Двигатель запускается с трудом. В некоторых случаях он может вовсе не заводиться.
2. Мотор периодически глохнет. Причём это может происходить в самый неожиданный момент.
3. Во время езды наблюдаются рывки. Нет плавности хода. Особенно сильно данная проблема проявляется на больших оборотах.

Все эти неисправности могут явственно указывать на проблемы с устройством. Но для того чтобы убедиться в этом придётся осуществить проверку самой детали. Есть надёжный способ, который позволит установить её работоспособность.

Для того чтобы проверить устройство просто одолжите на время у соседа по гаражам аналогичный аппарат и установите его в автомобиль. Если перебои в работе исчезнут, значит, дело именно в нём.

Итоги

Датчик Холла это важное устройство, которое позволяет с повышенной эффективностью использовать ресурс мотора. Мало того, он отвечает за коммутацию систем автомобиля. Во многом конструкция детали зависит от места установки и функций, возложенных на неё.

Источник: https://mashintop.ru/articles.php?id=2695

Как проверить датчик Холла в автомобиле

25 ноября 2018.
Категория: Автотехника.

Любой современный автомобиль «напичкан» самыми различными датчиками. Сигналы от них поступают на электронный блок управления (ЭБУ), бортовой компьютер или непосредственно на приборную панель. В данной статье речь пойдет о датчике Холла, его использовании в автомобиле и способах самостоятельной проверки работоспособности этого сенсора.

Принцип работы

Принцип эффекта Холла (он получил свое название в честь ученого, впервые обнаружившего его еще во второй половине XVIII века):

• Если к полупроводниковой прямоугольной пластинке (в точках A и B) подключить источник постоянного напряжения, то электрический ток, протекающий через нее, будет представлять собой прямолинейное встречное движение отрицательно и положительно заряженных частиц (то есть, электронов и «дырок»).
• Подсоединенный к точкам C и D вольтметр показывает «0» (это значит, что напряжение отсутствует).

• Если к пластине подносят постоянный магнит, то создаваемое им поле отклоняет движение заряженных частиц к внешним граням полупроводникового прямоугольника. В результате этого между точками C и D возникает разность потенциалов, то есть, наблюдается наличие напряжения (Vh). Что и фиксируется вольтметром.

Многие датчики в автомобилях работают именно на основе вышеописанного эффекта Холла. Естественно, напряжение на полупроводниковой пластинке минимально и его недостаточно для непосредственной подачи на бортовой компьютер. Современные технологии позволили создать на основе эффекта чип, состоящий из нескольких функциональных устройств:

• непосредственно полупроводниковой пластинки Холла, которую изготавливают из арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs);
• усилителя напряжения;
• триггера Шмидта;
• регулятора напряжения (для предотвращения выхода из строя при резких скачках напряжения бортовой сети);
• выходного коммутирующего транзистора.

В результате при изменении интенсивности магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую пластинку, на выходе устройства получают «понятные» бортовому компьютеру нули и единицы.

Технологически современные сенсоры Холла представляют собой микросхему с тремя выводами для:

• подключения напряжения питания;
• заземления;
• снятия преобразованного датчиком сигнала.

Применение в автомобиле

В современных автомобилях датчики Холла находят довольно широкое применение. Их используют:

• В распределителях (или как принято называть в народе трамблерах) бесконтактных систем зажигания бензиновых двигателей.
• Для контроля оборотов двигателя и вывода показаний непосредственно на тахометр приборной доски.
• В дизельных моторах в качестве датчиков определения положения коленчатого и распределительного вала, для того, чтобы бортовой компьютер «смог» определить положение первого цилиндра и синхронизировать работу форсунок. Более подробно об это рассказано в представленном ниже видео:

• В системах АБС.
• Для синхронизации работы отдельных узлов автоматических коробок передач.

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).

Как проверить самостоятельно

Вполне стандартная ситуация: двигатель плохо заводится, работает нестабильно или периодически глохнет. Описанные симптомы вполне могут быть вызваны неисправностью датчика Холла, установленного в распределителе зажигания.

Как проверить его работоспособность? Наиболее правильно (с технической точки зрения) осуществлять это с помощью осциллографа. Однако, такой дорогостоящий измерительный прибор редко встречается «в хозяйстве» автолюбителя. А, вот стандартный мультиметр есть, практически, у всех.

Именно с помощью него можно довольно легко проверить работоспособность сенсора. Для этого сначала собираем схему:

Далее все просто:

• Включаем блок питания (или просто подсоединяем провода к снятому с автомобиля аккумулятору): при этом показания вольтметра должны быть близкими к нулю (как правило, не более 0,3÷0,4 В).
• Вставляем в щель датчика плоский металлический предмет (подойдет пилка по металлу или нож). Если показания прибора резко увеличиваются (величина напряжения зависит от марки тестируемого сенсора), то датчик Холла исправен. В противном же случае можно сделать заключение, что перебои в работе двигателя происходили именно из-за него, и, следовательно, он подлежит замене на новый.

Если у вас нет мультиметра, то вместо него можно использовать светодиод (рассчитанный на прямое напряжение около 12 В и стоимостью порядка 10÷12 рублей), чтобы проверить датчик по аналогичному алгоритму.

На заметку! В качестве источника питания можно использовать регулируемый лабораторный блок или, в крайнем случае, батарейку типа «Крона» напряжением 9 В.

Проверка датчика положения коленчатого и распределительного вала

Датчики положения распределительного и коленчатого вала, основанные на эффекте Холла работают несколько иначе (по сравнению с сенсорами, которые устанавливают в распределители бесконтактных систем зажигания).

Принцип работы:

• На вал установлен специальный зубчатый ферромагнитный диск. Причем, в строго определенном месте один или два зубца отсутствуют.
• В непосредственной близости от торца диска закреплен датчик Холла (с минимальным зазором).
• При вращении вала напротив сенсора последовательно оказывается либо выступающий зубец диска, либо прорезь. Вследствие чего магнитное поле, действующее на чувствительный элемент, постоянно меняется, и на выходе датчика формируются импульсы напряжения одинаковой длительности и скважности.
• Когда мимо чувствительного элемента сенсора проходит сектор диска с отсутствующим зубцом, то устройство выдает импульс большей длительности. Этот момент и является «отправной точкой» определения положения вала для ЭБУ.

Проверку сенсора положения (или как его еще называют датчика фаз) можно также осуществить самостоятельно. Подробности вы узнаете из представленного ниже видео:

Источник: https://avto-moto-shtuchki.ru/avtotekhnika/335-datchik-kholla.html

Что такое датчик Холла и где он используется

Магнитные датчики Холла широко распространены в современных условиях и применяются не только в специализированных изделиях, но и в обычной бытовой технике. Большинство пользователей даже не подозревают, какие чувствительные элементы работают у них в телефоне, например, и что они могут быть установлены не только в электронной аппаратуре, но и в средствах передвижения (в автомобиле или мотоцикле). В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение датчика Холла.

Принцип действия и типы

Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана. Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.

Историческая справка

Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?

Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.

Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину.

На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения. Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности. Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.

Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

Устройство и примеры использования

Простейшая система с датчиком Холла включает в свой состав следующие элементы:

1. Постоянный магнит (его функция – создание магнитного поля).
2. Подвижный ротор с лопастями или зубцами.
3. Особый стержень из магнитного материала (магнитопровод).
4. Пластиковый корпус.

Помимо этого, техническая характеристика датчика предусматривает применение микросхем, задействованных в измерительном процессе.

Понять принцип работы этого прибора удается, если ознакомиться с подробной схемой включения датчика Холла в зоне проведения измерений. Схема подключения и суть работы сенсора может быть представлена следующим образом:

• В зазоре, образованном половинками магнитопровода, перемещаются металлические лопасти ротора.
• При их вращении происходит периодическое шунтирование магнитного потока.
• Встроенной микросхемой предусмотрено определение нулевого показателя индукции (в эти моменты напряжение на ее выходе максимально).
• По частоте таких всплесков, подсчитываемой той же микросхемой, судят о скорости вращения контролируемого объекта (двигательного вала в мотоцикле, например).

Чтобы этот процесс протекал нормально – при включении сенсора в измерительную цепь должна учитываться цоколевка данного образца (она бывает разной).

Обобщая рассмотренную схему, следует предположить, что датчики этого класса способны измерять скорость вращения коленвала любого движущегося средства. Универсальность сенсора, не исключающая возможности его установки в скутере, например, позволяет применять датчик Холла не только в сложных технических устройствах, но и в обычной бытовой технике.

Применение в системе зажигания и стиральных машинах

При использовании датчика Холла в системе зажигания автомобиля с его помощью удается фиксировать момент размыкания трамблера. В данном случае он работает как аналоговый преобразователь, определяющий мгновения прерывания бортового питания. На этом же принципе базируется его применение в рабочих модулях стиральной машины, что позволяет по скорости вращения барабана определять увеличение веса белья.

Датчики Холла устанавливаются и в некоторых образцах измерительной аппаратуры. Чаще всего ими комплектуются бесконтактные клещи, применяемые для измерения тока в проводниках. Встроенный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля, образующегося вокруг силового кабеля. Кроме того, он подходит для ручки газа электровелосипеда, позволяя контролировать угол ее поворота.

В бытовых условиях

В клавиатурах компьютеров эти приборы обеспечивают бесконтактный способ снятия информации. Сенсор, входящий в состав кулера бытового ПК, способен управлять полярностью обмоток ротора, то есть менять направление его вращения.

При использовании такого элемента в смартфоне, в частности, он обеспечивает выключение устройства при помещении его в чехол с «магнитной» застежкой.

Рассматривая области применения датчики Холла простыми словами можно сказать, что его использование в технической сфере практически ничем не ограничено. В электронном конструкторе Ардуино, например, имеется набор с таким датчиком, позволяющий на практике проиллюстрировать эффект Холла.

Это не единственный пример его использования в целях обучения, помогающий начинающим пользователям понять, как подключить и использовать сенсоры полевых структур.

Теперь вы знаете, что такое датчик Холла, как он работает и зачем нужен. Надеемся, предоставленная информация была для полезной и интересной!

Материалы по теме:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-datchik-xolla.html