Датчик холла принцип работы в автомобиле: Датчик Холла — принцип работы

Содержание

Датчик Холла — принцип работы


В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

  1. Датчик Холла, что это такое
  2. Применение датчика в автомобиле
  3. Преимущества автомобильного датчика Холла
  4. Зажигание с датчиком Холла
  5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:


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 Uхолла 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 UДТ, 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.

  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.

Датчик холла принцип работы: устройство и схема

Как работает датчик холла

В первую очередь датчик холла или ДХ является магнитоэлектрическим устройством, действие которого фундировано на физическом явлении. Последнее было открыто великим западным ученым еще в далеком 1879 году.

Общий принцип

Гениальность открытия заключалось в электромагнитном поле. Поставив в него металлический полупроводник, он заметил, что на противоположных торцах пластины возникает напряжение тока, способное достигать нескольких сот милливольт.

Как утверждают эксперты, ДХ устройства имеют фрикативную схему или принцип. Что это значит?

Чертеж шторки ДХ

Полупроводниковый материал расположен на одной из сторон отверстия, а постоянный магнит – с другой. При прохождении импульса тока в магнитном поле, на пластину воздействует сила.

Щель или зазор между пластиной и магнитом – это экран, задача которого замыкать силовые линии. Когда экран или шторка убирается, снимается и воздействие. Когда шторка в зазоре устройства – возникает сила, линии замыкаются.

Внимание. Экран – ничто иное, как лопасть ротора. При прохождении шторки через щель на выходе появляется напряжение.

Благодаря эффекту ДХ прибор удается применять в виде контроллера в устройствах без механических контактов. В автомобильной промышленности – это современная бесконтактная система зажигания (БСЗ). Именно ДХ в данном случае увеличивает ресурс функционирования этой системы.

Расшифровка или принцип современной БСЗ выглядит так:

  1. Катушка зажигания соединена через замок с АКБ и коммутатором. От нее же идет сигнал тока на свечи зажигания (на старых системах через распределитель).
  2. Коммутатор соединен с ДХ через разъем и тахометром.

Вообще, ДХ в зажигании эффективно управляет ходом искрообразования за счет того, что интегрирован около распределительного вала, где соответственно стоит магнитопроводящая пластина. Она наделена таким же количеством вертящихся элементов, сколько у ДВС цилиндров.

Принцип работы регулятора холла

При вращении роторного интерцептора возле ДХ с полученным напряжением, образуется «холловый» импульс. Подаваясь на коммутатор с ДХ, он снимается и идет в свою очередь на катушку зажигания, где и преобразуется в высоковольтное напряжение.

Разновидности ДХ

Известны на сегодня два основных вида ДХ устройств: датчики с цифровым действием и датчики с обычным.

ДХ обычного типа являются контроллерами, изменяющими индукцию магнитного поля. Значение, которое показывает этот ДХ, зависит полностью от двухполюсности и воздействия магнитоактивного поля.

Разновидности датчика холла

Напротив, цифровой ДХ не подразумевает магнитного поля. Принцип его функционирования основан на чередовании полюса и минуса импульсного напряжения. Несмотря на современный вид, цифровой ДХ имеет большой недостаток – низкую чувствительность.

Сегодня ДХ устройства нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Авиация, электрика, машиностроение – это только начало. Причинами такой популярности ДХ называют высокие показатели надежности и точность показаний, который способен выдавать этот контроллер. И безусловно, низкая его стоимость.

В автомобильной промышленности использование ДХ оправдано тем, что такие датчики невероятно устойчивы к резким изменениям температур и вибраций мотора.

Внимание. ДХ применяется в современных автомашинах для контроля за положением и перемещением компонентов различных систем. Например, в системе зажигания – за контролем вращения распредвала и своевременной подачи импульса в коммутатор.

ДХ применяется в автомобиле также и как скоростной регулятор или как навигатор движения. В этом случае ценным становится его умение определяться по полюсам.

Вообще, так называемое «холловское» напряжение давно и успешно эксплуатируется в автомобилестроении и в механизмах с сервоприводами. Это идеальный прибор для определения углов и положений валов, а на автомобилях старой конструкции – для определения момента искрообразования.

Датчик холла систем зажигания автомобиля

Суть функционирования ДХ сводится к тому, что при подаче напряжения на две клеммы полупроводника, на двух противоположных возникает импульс, который расценивается получателем, как толчок к дальнейшим действиям.

Ученые всего мира совершенствуют ДХ. Уже сегодня удается расширить область применения этого прибора, ведь создаются различные классы датчиков холла.

Преимущества ДХ

Абсолютная работоспособность при малых размерах – это называют преимуществом ДХ. И действительно, устройство крохотного размера невероятно компактно, и его удается поместить в любом месте ДВС или другого автомобильного механизма.

Датчик холла моделирование

Помимо этого, ДХ стабилен в функционировании, не изменяет точность показаний при любых вращениях распредвала. Он корректно реагирует на любые изменения – таков его принцип. И стабильность ДХ проявляется не только в работе, но и в стабильности характеристик сигнала.

Безусловно, ДХ имеет и свои недостатки, на первое место среди которых выходит его чувствительность. Однако имеются и другие. Рассмотрим их подробнее.

  • Помехи считаются главным врагом любого электромагнитного прибора. Не исключение и этот случай, ведь помех в автоэлектрической цепи более, чем достаточно.
  • Стоимость хоть и низка, но по сравнению с ценой обычного магнитоэлектрического регулятора, выше.
  • Нормальная функциональность ДХ зависит от электросхем, а последние часто могут иметь шаткие референции, что отрицательно скажется на корректность показаний.

Интеграция и проверка

ДХ наделен всего 3-я выводами, один из которых нулевой (минусовой). Первый и второй выводы соответственно связаны с питанием и импульсом. Другими словами, один из выводов служит для питания, а через другой – идет сигнал на коммутатор.

Проверка работы ДХ не столь сложна, как может показаться на первый взгляд. Если заметен затрудненный пуск двигателя или нестабильность его работы, сомнения мгновенно падают на датчик холла.

Проверка и замена датчика холла

Диагностика ДХ не требует применения каких-либо сложных осциллографов, хотя по теории так и должно быть. В данном случае достаточно будет замкнуть 3-й и 6-й выводы колодки трамблера. Если при этом возникнет искра, то датчик изжил себя и требуется его обновление.

Замена тоже не вызовет особых сложностей, с этим делом можно справиться всего за 10 минут. Однако лучше тщательнее проверить установленный датчик, так как причиной некорректной работы зажигания может выступить другой элемент.

Если никаких сомнений в поломке ДХ не остается, надо будет разобрать трамблер. ДХ расположен внизу распределителя, и чтобы его снять, придется разобрать немало механизмов и мелких элементов.

Научитесь следить за простыми компонентами своего авто. Это поможет избежать неприятных сюрпризов на дороге. Будьте внимательны!

Датчик Холла что это такое в машине, принцип работы

На вопрос, что собой представляет прибор под названием датчик Холла, можно ответить просто – это радиоэлемент, созданный для измерения характеристик магнитного поля в токопроводящих носителях. Основой работы датчика служит эффект, открытый учёным физиком Холлом. Суть его в том, что при помещении проводников или полупроводников в магнитное поле, в них образовывается электрическое поле. При этом следует отметить, что направление возникающих заряженных частиц электрического поля не хаотично, а строго перпендикулярно магнитному.

Фиксирование появления магнитного поля и определение изменения его значений – основное предназначение датчика Холла. В область измерений контролируемых датчиком попадает как переменный, так и постоянный токи. В этом его отличие от других измерительных приборов, таких как, допустим, трансформатор, способный выполнять похожую функцию, но ограниченный наблюдением за значениями только переменного тока.

Как датчик Холла выполняет свою функцию

Работа датчика заключается в том, что он подаёт электрический сигнал для прибора, считывающего и обрабатывающего полученную информацию. Сигнал образовывается за счёт изменения напряжения существующего в датчике магнитного поля, созданного встроенным постоянным или электрическим магнитом. Изменяется напряжение поля в тот момент, когда через него или рядом с ним проходит проводник электрического тока.

Применение датчика в электронной начинке автомобилей заключается в выработке им импульсов, которые через коммутатор попадают на катушку зажигания, преобразовываются в высокое напряжение и передаются на свечи зажигания.

Принципиальное отличие, а также главное преимущество датчика Холла перед другими измерительными приборами – в отсутствии электромеханического контакта с диагностируемым объектом. Он получает данные о напряжении в полупроводнике бесконтактным путём.

Объективная проверка работы Датчика Холла

Оценить работу прибора можно, не демонтируя его с места установки. Для проверки работоспособности датчика, установленного на автомобиле, существуют несколько доступных способов:

  • самый точный – это диагностика его показаний при помощи тестера. Но следует иметь в виду, что для уверенности в правильной оценке работоспособности необходимо знать точные показатели конкретного датчика. На разных марках авто установлены датчики с разными номинальными данными. Поэтому напряжение на выходе в исправном датчике системы зажигания должно варьироваться в пределах, указанных именно в его электрической характеристике;
  • способ чуть сложнее – использовать самодельный «тестер», который состоит из проводов светодиода и сопротивления. Последовательно соединяются провод, светодиод, сопротивление и снова провод. Затем при включенном зажигании проводами нужно коснуться крайних клемм датчика. Загоревшийся светодиод указывает на то, что в цепи есть напряжение. Убедившись в наличии тока, следует перекинуть провод с крайней клеммы на среднюю и провернуть распредвал. Мигание светодиода подтвердит работоспособность датчика. Следует отметить, что распредвал нельзя проворачивать при помощи стартера во избежание включения мотора автомобиля;
  • убедиться в том, что датчик вышел из строя, можно бесконтактно, не касаясь его корпуса. Для этого к 3-му и 6-му контактам штекера выдернутого из гнезда трамблёра присоединяется провод. Затем включается зажигание. Появившееся между контактами искрообразование свидетельствует о необходимости замены датчика в связи с его неисправностью;
  • есть ещё один «народный» метод проверки, при котором выкрученная, но подключенная к трамблёру свеча укладывается на металлическую часть двигателя. После включения зажигания в прорезь открученного с трамблёра и подключенного к своему разъёму датчика вставляется плоский предмет. Если при этом возникает импульс и между контактами свечи появляется искра, значит, датчик полностью справляется со своей функцией.

Где устанавливаются датчики Холла

Перечисление автомобильных агрегатов, дополнительно оснащённых датчиком Холла, не ограничивается только системой распределения зажигания. Благодаря способности считывать электромагнитные импульсы этот прибор может устанавливаться в спидометрах и тахометрах. В отличие от карбюраторных авто в машинах с дизельным двигателем датчик Холла служит для определения положения поршней в цилиндрах.

Видео: как работает датчик Холла

Понравилась статья?

Поделитесь ссылкой с друзьями в социальных сетях:

А еще у нас интересные e-mail рассылки, подписывайтесь! (1 раз в неделю)

Интересные материалы

Датчик Холла - описание, схема, как проверить и заменить

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

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

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

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

Что такое датчик Холла и как он работает

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

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

Датчик Холла имеет три клеммы:

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

Признаки неисправности датчика Холла

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

Вот несколько самых распространенных симптомов:

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

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

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

Замена датчика Холла

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

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

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

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

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

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Датчик Холла или распредвала — это такое устройство, которое отвечает за образование искры для запуска двигателя. От его рабочего состояния зависит бесперебойное функционирование двигателя авто.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Для чего нужен датчик Хола в автомобиле?

Прибор используется вместо контактных элементов и может применяться для слежения за величиной тока нагрузки. Благодаря этому датчику выполняется деактивация двигателя при появлении токовых перегрузок в бортовой сети. Если контроллер перегревается, производится включение температурной защиты.

Принцип работы

Скачки напряжения в электросети мотора могут иметь последствия для датчика. Поэтому современные устройства дополнительно комплектуются диодными элементами, которые препятствуют обратной активации напряжения. Принцип действия приспособления основан на эффекте Холла. Поперечная разность потенциалов образуется при перемещении одного из проводников в магнитное поле. Данный эффект достигается благодаря тому, что токи проходят через клеммные элементы пластины, которая находится в самом поле, с полупроводником.

Когда работает двигатель и вал силового агрегата вращается, стальные лопасти ходят по специальным прорезям, установленным внутри корпуса. Это способствует подаче электрического сигнала на коммутаторное устройство. В результате узел открывает транзисторный элемент и подает напряжение на катушку. Последняя выполняет процедуру преобразования низковольтного импульса в высоковольтный. Этот сигнал подается на свечи зажигания.

Подробно о принципе действия контроллера Холла рассказал канал «Радиолюбитель TV».

Где находится и как выглядит?

При необходимости замены неисправного устройства потребителю надо знать, где стоит контроллер. Он располагается в трамблере автомобиля и выполнен в корпусе в виде небольшого цилиндрического элемента. Чтобы получить доступ к устройству, необходимо разобрать распределительный узел и снять крышку, бегунок и прочие детали механизма. На наружной стороне трамблера к контроллеру Холла подключается разъем с проводкой.

Устройство

Оптический регулятор положения распределительного вала устроен так:

  • 1 — постоянное магнитное устройство;
  • 2 — лопасть роторного механизма;
  • 3 — магнитопроводы;
  • 4 — пластиковый корпус, в который заключаются все элементы устройства;
  • 5 — плата;
  • 6 — контактные выводы.

Схема приспособления контроллера Холла

Устройство комплектуется тремя контактами:

  • первый используется для подключения к массе, то есть кузову автомобиля;
  • второй необходим для подсоединения плюсового напряжения, рабочий параметр которого составляет примерно 6 вольт;
  • третий контакт предназначен для подачи с него импульса на коммутаторное устройство.

Какие могут быть неисправности?

Признаки неполадок контроллера Холла:

  1. Наблюдается резкий рост потребления топлива в системе. Это обусловлено тем, что впрыск горючей смеси в силовом агрегате происходит больше одного раза за цикл прокручивания коленвала.
  2. Мотор машины стал функционировать менее стабильно. Транспортное средство во время движения дергается, мощность двигателя может резко падать. Иногда не получается увеличить скорость машины более чем на 60 км/ч. Во время движения силовой агрегат может произвольно заглохнуть.
  3. Иногда поломка датчика Холла становится причиной фиксации рычага трансмиссии. Скорости коробки передач переключить не получается, такая особенность характерна для новых иномарок. Чтобы решить проблему, необходимо перезапустить силовой агрегат.
  4. Неисправность может проявиться в виде отсутствия искры для воспламенения горючей смеси. Из-за этого запуск мотора машины будет невозможен.
  5. Вероятны сбои в функционировании системы самодиагностики. К примеру, на контрольном щитке появляется индикатор проверки мотора, если агрегат работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, ошибка с приборной панели пропадает.

Канал «Авто-Мото» рассказал о признаках неисправности регулятора, а также других элементов системы зажигания в автомобиле.

Если сам контроллер Холла целый и рабочий, то неисправность может быть связана с такими причинами:

  1. На корпус устройства попала грязь или другие посторонние предметы.
  2. Произошло повреждение либо обрыв сигнального кабеля, по которому подключен контроллер.
  3. В колодку для соединения датчика Холла с бортовой сетью попала влага. Решить проблему можно путем просушки разъема.
  4. Произошло замыкание сигнального проводника с кузовом или электросетью транспортного средства. Для определения неисправности необходимо прозвонить устройство.
  5. Произошло повреждение экранирующей составляющей на жгуте с проводкой. Возможен обрыв отдельных кабелей.
  6. Проблема может заключаться в повреждении проводников, предназначенных для питания контроллера Холла.
  7. При подключении устройства была спутана полярность. Из-за этого датчик функционирует некорректно или вовсе не работает.
  8. Неисправности в функционировании высоковольтной цепи системы зажигания.
  9. Неполадки в функционировании управляющего модуля автомобиля.
  10. При установке контроллера был неверно выставлен люфт между самим датчиком, а также магнитопроводящей пластиной.
  11. Проблема может заключаться в повышенной амплитуде торцевого воздействия шестеренки распредвала. Требуется детальная диагностика схемы.

Дмитрий Мазницын в ролике рассказал о причинах неисправности регулятора и дал рекомендации по их устранению.

Проверка датчика

Есть несколько способов диагностики контроллера. Самый точный вариант, который позволит получить осциллограмму — воспользоваться специальным оборудованием. Осциллограф не только определит состояние контроллера, но и даст точно понять, что устройство скоро выйдет из строя. Такое оборудование есть не у каждого электрика, поэтому ниже рассмотрены более простые, но не менее эффективные варианты.

Диагностика мультиметром

Перед выполнением тестирования устройство надо настроить в режим измерения постоянного тока, рабочий диапазон должен составить 20 вольт. Также потребуется два металлических штыря. Перед проведением диагностики с разъема устройства демонтируется резиновый чехол.

Процедура предварительной проверки, позволяющей установить, что на контроллер Холла подаются необходимые сигналы, выполняется так:

  1. С распределительного узла отключается основной бронепровод. Его необходимо соединить с массой автомобиля для предотвращения случайного появления разряда. Поскольку это приведет к запуску силового агрегата при диагностике.
  2. Затем производится активация системы зажигания.
  3. Разъем отключается от распределительного механизма.
  4. На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
  5. Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
  6. Разъем, подключенный к распределительному узлу, оснащается тремя контактами — красным, зеленым и белым, но расцветка проводников может быть другой. На первом выходе величина напряжения должна составить 11,37 вольт либо около 12 В, на втором — тоже в районе этого показателя. А на последнем проводнике рабочий параметр должен составить 0 вольт.

Следующий этап диагностики:

  1. Берутся два металлических штыря, можно использовать гвозди. Один из них устанавливается в средний контакт колодки (обычно зеленый цвет), а другой подключается к массе. Его расцветка, как правило, белая. Затем сам разъем подсоединяется обратно к распределительному устройству. Штыри используются в качестве проводников тока. На обратной стороне разъема открытых контактов нет, поэтому для проверки сами кабели придется оголить, а делать это не рекомендуется.
  2. Затем зажигание активируется. Положительный контакт тестера надо подключить к штырю среднего выхода на разъеме, а отрицательный — к белому проводнику. Производится замер напряжения. Если контроллер Холла рабочий, то полученная величина должна составить около 11,2 вольт.
  3. Затем надо прокрутить коленчатый вал силового агрегата и одновременно проверить показатели, которые выдает тестер. Если значения в ходе прокручивания снизятся до 0,02 вольт и затем увеличатся до 11,8 В, то это нормально. Так и должно быть в нижнем и верхнем пределе измерений. Можно отключать тестер.

Контроллер Холла считается рабочим, если при прокручивании коленчатого вала верхний предел измерений будет не ниже 9 вольт, а нижний — не выше 0,4 В.

Канал «Автоэлектрика ВЧ» подробно показал процедуру диагностики датчика с использованием тестера и рассказал об основных особенностях этого процесса.

Проверка сопротивления

Чтобы произвести диагностику этого параметра, потребуется простое устройство, состоящее из резисторного элемента на 1 кОм, диодной лампочки, а также гибких кабелей. К ножке источника освещения надо подключать резистор, для надежной фиксации используется пайка. К этой детали подсоединяются два проводника необходимой длины, важно, чтобы они были не короткими.

Принцип проверки выглядит так:

  1. Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
  2. Выполняется диагностика исправности электроцепи. Для этого тестер надо соединить с первой и третьей клеммами, а затем активировать зажигание. Если все проводники целые, то величина напряжения на дисплее мультиметра составит от 10 до 12 вольт.
  3. Затем аналогичным образом выполняется подключение собранного прибора к тем же выходам. Когда полярность соблюдена, то диодная лампочка загорится, если нет — то кабели надо поменять местами.
  4. Потом проводник, подключенный к первому выходу, остается нетронутым. А конец третьей клеммы переключается на вторую. Выполняется прокручивание распределительного вала. Это можно сделать руками либо с использованием стартерного механизма.
  5. Если в процессе выполнения этих действия источник освещения стал моргать, то контроллер работает правильно и не нуждается в замене.

Канал Altevaa TV рассказал о способе проверки датчика с использованием обычной лампочки на примере автомобиля Фольксваген.

Создание имитации контроллера Холла

Такой вариант диагностики датчика Холла считается наиболее быстрым, но его реализация возможна при наличии питания в системе зажигания и отсутствия искры.

От распределительного механизма отключается трехконтактный разъем. Производится активация зажигания в машине и с помощью куска проводника замыкаются контакты под номерами 2 и 3, это выходы сигнала и пин. Если в результате подключения на центральном кабеле образовалась искра, это говорит о поломке контроллера Холла. При выполнении задачи высоковольтный проводник необходимо держать у массы авто.

Устранение неисправностей

Ремонт рассмотрен на примере автомобиля Фольксваген.

Для восстановления работоспособности датчик можно отремонтировать:

  1. Для возобновления работы контроллера необходимо заменить логический компонент. Для этого заранее надо приобрести устройство S441А.
  2. В центральной части корпуса датчика, как показано на фото, с помощью дрели просверливается небольшое отверстие. Для этого потребуется качественное сверло, поскольку внутри контроллера, за пластиковой частью, имеется металлический каркас.
  3. Используя канцелярский нож, необходимо срезать каждый проводник. Затем прокладываются канавки от сделанного отверстия с помощью надфиля к остаткам кабелей.
  4. Само измерительное устройство монтируется в окошко корпуса. Для диагностики используется магнит. Если приложить этот элемент к контактам, на которые заранее подключен прибор, состоящий из диодной лампочки и резистора. Такое устройство использовалось для диагностики. В результате проверки лампа должна загореться. Если этого не произошло, то надо проверить полярность.
  5. Затем делается разводка выводов по канавкам корпуса. В самом окошке необходимо оставить проводники для соединительной колодки нового контроллера. Производится пайка элементов.
  6. На завершающем этапе производится проверка выполненных действий. Для этого используется тестер. Визуально необходимо убедиться в целостности всех контактов. Если устройство рабочее, то механизм герметизируется с помощью клея или другого состава, но не пластика. Этот материал может деформироваться при работе в условиях повышенных температур.
  7. Выполняется сборка контроллера, все действия осуществляются в обратной последовательности.

Как заменить датчик своими руками?

Чтобы поменять контроллер, надо действовать так:

  1. От аккумулятора автомобиля отключаются клеммные зажимы.
  2. Производится демонтаж распределительного механизма. От устройства отсоединяется колодка с проводниками, выкручиваются болты, фиксирующие узел.
  3. Выполняется демонтаж крышки распределителя. В зависимости от модели трамблера она может фиксироваться на болтах или специальных зажимах. Элементы крепления выкручиваются и демонтируются.
  4. После снятия важно совместить риску газораспределительного устройства с отметкой на коленвале силового агрегата. Также необходимо запомнить положение распределительного узла. Перед снятием рекомендуется сделать соответствующую метку.
  5. Элементы крепления корпуса откручиваются с помощью гаечного ключа. Производится демонтаж фиксаторов, если они установлены на механизме.
  6. Из распределительного узла извлекается вал.
  7. От контроллера Холла отсоединяются зажимы с клеммами.
  8. Выполняется демонтаж датчика из посадочного места. Для проведения задачи устройство надо потянуть на себя и аккуратно извлечь. Датчик демонтируется через появившееся отверстие.
  9. Берется новый контроллер и устанавливается вместо старого. Процедура монтажа выполняется в обратной последовательности.

Видео «Последствия неправильной установки датчика Холла»

Пользователь Дядя Саша рассказал, к чему может привести неверный монтаж устройства и дал рекомендации по устранению такой проблемы.

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла


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

Эффект Холла

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

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

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

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

Униполярные

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

Биполярные

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

Как проверить датчик Холла

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

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

[quads id=1]

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

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

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

А вот и видео работы

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

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков


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

Применение цифровых датчиков


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

Заключение

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

Определение, принцип работы, применение и примеры датчика Холла

Напряжение Холла было обнаружено Эдвином Холлом в 1879 году. Эффект Холла возникает из-за природы тока в проводнике. Многие изобретения использовали эту теорию эффекта Холла. Эта теория также используется в датчиках тока, датчиках давления, датчиках потока жидкости и т. Д. Одним из таких изобретений, которые могут измерять магнитное поле, является датчик на эффекте Холла.

Определение датчика Холла

Датчики Холла - это линейные преобразователи, которые используются для измерения величины магнитного поля.Работая по принципу эффекта Холла, эти датчики генерируют напряжение Холла при обнаружении магнитного поля, которое используется для измерения плотности магнитного потока.

Линейные датчики могут измерять широкий диапазон магнитных полей. Помимо магнитных полей, эти датчики также используются для определения близости, положения, скорости. Для этих датчиков выходное напряжение прямо пропорционально величине магнитного поля.

Принцип работы датчика Холла

В качестве принципа работы датчика Холла используется принцип напряжения Холла.По тонкой полоске проводника при подаче электричества электроны движутся по прямой линии. Когда этот заряженный проводник входит в контакт с магнитным полем, которое направлено перпендикулярно движению электронов, электроны отклоняются.

Часть электронов собирается с одной стороны, а часть - с другой. Из-за этого одна из плоскостей проводника ведет себя как отрицательно заряженная, а другая - как положительно заряженная. Это создает разность потенциалов и напряжение.Это напряжение называется напряжением Холла.

Электроны продолжают перемещаться из одной стороны плоскости в другую, пока не будет достигнут баланс между силой, приложенной к заряженным частицам из-за электрического поля, и силой, вызвавшей магнитный поток, вызвавший это изменение. Когда это разделение прекращается, значение напряжения Холла в этот момент дает меру плотности магнитного потока.


Датчик на эффекте Холла Схема

В зависимости от соотношения между напряжением Холла и плотностью магнитного потока датчики на эффекте Холла бывают двух типов.В линейном датчике выходное напряжение линейно связано с плотностью магнитного потока. В пороговом датчике при каждой плотности магнитного потока выходное напряжение будет резко падать.

Датчики на эффекте Холла можно рассматривать как линейные преобразователи. Для обработки выходного сигнала датчика требуется линейная схема, которая может обеспечивать постоянный ток возбуждения для датчиков, а также усиливает выходной сигнал.

Применение датчика Холла

Датчики Холла применяются следующим образом:

  • В сочетании с обнаружением порога они действуют как переключатель.
  • Они используются в приложениях со сверхвысокой надежностью, таких как клавиатуры.
  • Датчики на эффекте Холла используются для измерения скорости вращения колес и валов.
  • Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
  • Датчики на эффекте Холла встраиваются в цифровые электронные устройства вместе с линейными преобразователями.
  • Определение наличия магнитного поля в промышленных приложениях.
  • Используется в смартфоне для проверки, закрыта ли откидная крышка.
  • Для бесконтактного измерения постоянного тока в трансформаторах тока используется датчик Холла.
  • Используется в качестве датчика для определения уровня топлива в автомобилях.

Примеры

Некоторыми примерами применения датчиков Холла являются трансформаторы тока, определение положения, аксессуары Galaxy S4, переключатель клавиатуры, компьютеры, датчик приближения, определение скорости, приложения измерения тока, тахометры, анти- замковые тормозные системы, магнитометры, двигатели постоянного тока, дисководы и т. д.…

Датчики на эффекте Холла доступны в виде различных ИС.Многие из имеющихся на рынке датчиков на эффекте Холла содержат сенсорный элемент вместе с усилителем IC с высоким коэффициентом усиления. Они защищены от изменений окружающей среды благодаря своей защитной упаковке. Какую микросхему датчика Холла вы использовали?

Датчики и приложения на эффекте Холла

С тех пор, как Эдвин Холл открыл эффект, названный в его имени эффектом Холла, этот принцип использовался во многих приложениях за последние полвека, и список продуктов основан на Эффект Холла продолжал расти, от автомобилей до самолетов, от посудомоечных машин до стиральных, от станков до медицинского оборудования.Эффект Холла - идеальная технология, которую можно использовать для зондирования. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала или полупроводника. Выходные соединения элемента Холла перпендикулярны направлению тока. Когда они присутствуют 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 на эффекте Холла, такие как переключатели на эффекте Холла, защелки на эффекте Холла и линейные датчики на эффекте Холла. Эти датчики на эффекте Холла широко используются во многих продуктах, таких как бытовая техника, торговые автоматы, банкоматы, медицинское оборудование, автомобили, фитнес-оборудование, токовые клещи, копировальные аппараты, средства автоматизации и т. Д.

Регулировка автокресла

Автокресло Схема блока управления (Mouser.com)

Традиционные автокресла с ручной регулировкой со временем были заменены автокреслами с электронным управлением. Датчики Холла и электродвигатели широко используются для автоматического управления и регулировки сидений водителям и пассажирам. Комфорт автокресел был очень важным фактором, влияющим на наши впечатления от поездки. Более того, простая, быстрая и точная регулировка сиденья предлагает водителю более безопасную, удобную и простую рабочую среду.Сложная система управления сиденьем, сочетающая AI (искусственный интеллект), позволяет глубоко изучать стиль, уравновешенность и жесты водителя, чтобы предоставить водителю эргономически здоровую систему взаимодействия человека с машиной.

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 мотор соединен с механизмом регулировки положения сиденья и образует силовую часть; а однокристальный микрокомпьютер соединен со схемой управления двигателем и датчиком Холла, образуя часть автоматического управления.В приведенных выше разделах датчик Холла может измерять внешний вращающийся вал двигателя и передавать импульсный сигнал на однокристальный микрокомпьютер. Однокристальный микрокомпьютер может получать информацию о вращении двигателя, относящуюся к импульсному сигналу, путем подсчета импульсных сигналов, то есть информацию о текущем положении сиденья. Когда сиденье отрегулировано на месте и двигатель выключен, однокристальный микрокомпьютер может сохранять номер импульса, соответствующий этому положению.

Драйвер может выбрать, устанавливать ли текущее положение в состояние по умолчанию, тем самым заменяя исходную информацию о положении по умолчанию.Когда сиденье наклоняется вперед и назад, схема управления вызывает однокристальный микрокомпьютер для управления двигателем вперед и назад, а однокристальный микрокомпьютер регулирует количество импульсов, принимаемых 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 - это линейный датчик на эффекте Холла с выходом PWM для автомобильных приложений, таких как определение положения, торможение, ускорение, педали сцепления, переключатель передач, положение дроссельной заслонки, а также многие другие приложения для кодирования абсолютного угла.DRV5057-Q1 реагирует пропорционально плотности магнитного потока, чтобы точно определять небольшое изменение углового положения. Устройство работает от источников питания 3В или 5В. Когда он не находится в магнитном поле, его выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну с коэффициентом заполнения 50%. Рабочий цикл на выходе изменяется линейно в зависимости от 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 соответствовали требованиям эксплуатации.Основными компонентами устройства зажигания являются катушка зажигания и переключающее устройство. Когда энергия катушки зажигания увеличивается, свеча зажигания может генерировать искры с достаточной энергией. Это основное условие адаптации устройства зажигания к работе современных двигателей. Основной принцип, по которому датчики Холла могут использоваться большинством производителей автомобилей в качестве воспламенителя, заключается в следующем:

Генератор сигналов на эффекте Холла является активным устройством, он должен обеспечивать питание для работы, мощность интегрированного блока Холла составляет обеспечивается воспламенителем.Коллектор выходного электрода ИС Холла является открытым выходом, а сопротивление нагрузки коллектора элемента Холла задается в воспламенителе.

Генератор сигналов на эффекте Холла имеет три провода и подключается к воспламенителю, один из которых является проводом подачи питания, один - проводом вывода сигнала, а другой - проводом заземления. При работе распределителя лезвие вращается вместе с валом распределителя. Всякий раз, когда лопасть входит в воздушный зазор между элементами эффекта Холла постоянного магнита, магнитное поле в блоке Холла запускается обходом лопасти рабочего колеса (или магнитной изоляцией). При этом элемент с эффектом Холла не генерирует напряжение Холла. В этот момент выходной транзистор интегральной схемы отключается, и генератор сигналов выдает высокий потенциал.

Когда лопасть крыльчатки спускового механизма выходит из воздушного зазора, магнитный поток постоянного магнита образует петлю через направляющую пластину через коллекторный блок. В это время элемент Холла генерирует напряжение Холла, триод выходного полюса интегральной схемы находится в проводящем состоянии, выходной сигнал генератора низкий потенциал. Когда задний край выемки рабочего колеса поворачивается так, что обнажается только половина поверхности магнитного полюса, напряжение на выходе сигнала мгновенно перескакивает с низкого потенциала на высокий, и это и есть момент зажигания.Постоянно выходной сигнал датчика представляет собой последовательность импульсов ШИМ с переключением импульсов от почти 0 В до примерно 2,5 В. Частота переключения увеличивается с увеличением оборотов двигателя.

Катушка распределителя звукоснимателей на эффекте Холла (от Pico Technology) Принцип работы змеевика на распределителе на эффекте Холла (от Pico Technology)

Массажное кресло

2-проводной датчик положения сиденья на эффекте Холла без печатной платы Melexis - Контроллер автомобильного автокресла Без печатной платы Двухпроводный датчик положения сиденья с фиксацией положения сиденья на эффекте Холла

С быстрым ростом нашей экономики наши жилищные условия улучшились очень хорошо, но мы всегда заняты учебой и работой весь день.Обычно мы проводим долгое время в офисе, сидя за столом, что заставляет нас чувствовать усталость в конце дня. Мы хотим полностью освежить свое тело. Один из самых простых способов быстро расслабить тело - это 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.Чтобы массажное движение спины могло точно определять верхнюю и нижнюю точки перемещения, массажное кресло оборудовано постоянным магнитом в каждой из верхней и нижней точек перемещения, а датчик защелки на эффекте Холла установлен в массажном движении спины. сборка.
Таким образом, постоянные магниты и датчики защелки на эффекте Холла в верхней и нижней точках перемещения составляют два набора датчиков эффекта Холла: при массаже спины механизм перемещается от нижнего до верхнего предела перемещения, датчик защелки на эффекте Холла срабатывает магнитным полем постоянного магнита, установленного в верхней точке перемещения, относительное положение массажного механизма является выходным сигналом в виде напряжения; также, когда механизм массажа спины перемещается сверху вниз при движении вниз, его датчик эффекта Холла срабатывает магнитным полем постоянного магнита, установленного в точке хода вниз. Датчик эффекта Холла выдает относительное положение массажа спины. механизм в виде напряжения.

Управление посудомоечной машиной

Littelfuse Замечания по применению - Магнитное зондирование в посудомоечных машинах

С постоянным повышением уровня жизни людей степень интеллектуальности электрических приборов становится все выше и выше. Многие семьи использовали полностью автоматические бытовые посудомоечные машины, которые могут полностью заменить ручную очистку посуды, палочек для еды, тарелок, ножей, вилок и другого кухонного инвентаря.

В настоящее время представленные на рынке автоматические посудомоечные машины можно разделить на два типа: бытовые и коммерческие.Полностью автоматические бытовые посудомоечные машины бывают в основном шкафного, настольного, раковинного и встроенного типа. По структуре коммерческие посудомоечные машины можно разделить на пять категорий: шкафного типа, типа с крышкой, типа корзины, типа с приводным ремнем и ультразвукового типа. Для таких мест, как рестораны, отели и правительственные столовые, он очень подходит для промышленных посудомоечных машин. Это может снизить трудоемкость поваров, повысить эффективность работы и улучшить чистоту и гигиену.
Какую роль играет Hall 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. Очень важно убедиться, что разбрызгиватель не забит неправильно размещенной посудой или посудой в корзинах. Когда разбрызгиватель неожиданно останавливается, он будет мыть посуду только там, где остановился. Если разбрызгиватель приводится в действие электродвигателем, остановка может привести к продолжительному 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, чтобы вывести низкий сигнал, и он выдает высокий уровень, когда магнит проходит мимо переключателя. Если MCU контроллера посудомоечной машины не обнаруживает срабатывания переключателя в течение заданного времени, он запускает подпрограмму защиты, чтобы либо остановить машину, либо подать аварийный и предупредительный световой сигнал. В посудомоечной машине датчики на эффекте Холла также могут использоваться для дверных защелок и запирающих систем, реле потока воды и поддона для смягчения мыла / воды.

Положение бесщеточного двигателя постоянного тока

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

Бесщеточный двигатель постоянного тока состоит из корпуса двигателя и драйвера и является типичным продуктом мехатроники. Обмотки статора двигателя в основном выполнены в трехфазном симметричном соединении звездой, что очень похоже на трехфазный асинхронный двигатель. Ротор мотора приклеен постоянными магнитами, которые намагничены. Для определения стабильности ротора двигателя в двигателе установлен датчик положения.
Драйвер состоит из силовых электронных устройств и интегральных схем. Его функции: принимать сигналы пуска, останова и торможения двигателя для управления пуском, остановкой и торможением двигателя; принимать сигнал датчика положения и сигналы прямого и обратного направления для управления. Включение-выключение каждой силовой трубки переменного моста создает постоянный крутящий момент; он принимает команды скорости и сигналы обратной связи по скорости для управления и регулировки скорости; обеспечивает защиту, отображение и т. д.

Двигатели постоянного тока обладают быстрым откликом, большим пусковым крутящим моментом и могут обеспечивать номинальный крутящий момент от нулевой скорости до номинальной скорости, но преимущества двигателей постоянного тока также являются его недостатками, поскольку двигатели постоянного тока должны обеспечивать постоянное вращение при Номинальная нагрузка.Характеристики момента, магнитного поля якоря и магнитного поля ротора должны поддерживаться на уровне 90 °, что требует угольных щеток и коммутаторов. Угольная щетка и коллектор будут производить искры и угольный порошок при вращении двигателя. Поэтому, помимо повреждения компонентов, ограничены и случаи использования. Двигатели переменного тока не имеют угольных щеток и коммутаторов. Они не требуют обслуживания, прочные 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 улучшает характеристики приводных двигателей. Скорость микропроцессора также становится все быстрее и быстрее, чего можно достичь, поместив управление двигателем переменного тока во вращающуюся двухосную прямоугольную систему координат для правильного управления составляющей тока двигателя переменного тока на двух осях для достижения аналогичного двигателя постоянного тока. управление и эквивалент двигателя постоянного тока.

Current Sensing

Линейные датчики Холла Infineon для измерения тока

Магнитопровод выполнен в виде натяжной конструкции, устройство Холла помещается в отверстие магнитопровода, а кольцевой магнитопровод зажимается снаружи провода через через который протекает измеренный ток, и ток, протекающий через него, может быть измерен.Эти клещи могут измерять как переменный, так и постоянный ток. Токоизмерительные клещи могут использоваться для обнаружения случайного тока различного источника питания и электрического оборудования.

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

Water Fountain Control

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

Принцип работы: Когда вода протекает через узел ротора, магнитный ротор вращается, чтобы вывести импульсный сигнал, и 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 поток воды через пропорциональный клапан.

Расходомер воды на эффекте Холла

Здравоохранение - Измерение артериального давления

Измерение артериального давления обычно делится на два типа: один - традиционный метод аускультации, а другой - осциллометрический метод, то есть метод осцилляции, который используется в электронных приборах измерения артериального давления. Электронный сфигмоманометр - это медицинское устройство, в котором используются современные электронные технологии и принцип косвенного измерения артериального давления для измерения артериального давления.По мере развития технологий измерение крови без манжеты становится более популярным, чем другие традиционные методы измерения крови. Пульсиметр с магнитоплетизмограммой на запястье (MPG) был разработан для контроля артериального давления с помощью датчика Холла, чувствительного к магнитному полю. Пульсиметр состоит из постоянного магнита, установленного на силиконовом корпусе в центре лучевой артерии. Артериальное давление и частоту пульса можно измерить без использования манжеты. С помощью пульсиметра MPG зарегистрированные импульсы лучевой артерии преобразуются в сигналы напряжения.Чтобы получить точное кровяное давление, сигналы, генерируемые пульсиметром MPG, одновременно сравниваются с областями систолы и диастолы в пульсовых волнах лучевой артерии.

На схеме показана базовая конструкция портативного пульсиметра с радиальной артериальной магнитоплететизмограммой (MPG), носимого на запястье - Санг-Сук Ли и др., Sensors 2011, 11, 1784-1793

Share What You've Learned

Датчик Холла (HS)

Общее описание
Сигнал первичного зажигания датчика Холла обычно используется в двигателях с распределителем, но в настоящее время распределительное зажигание используется очень редко.
Если система зажигания использует HS, она выдает первичный сигнал для зажигания и для впрыска топлива.

Принцип работы датчика Холла
Датчик Холла обычно устанавливается на автомобилях с распределителем, в котором находится переключатель Холла. ЭБУ двигателя питает датчик напряжением немного ниже номинального напряжения аккумуляторной батареи. Цепь датчика Холла замыкается кабелем для обратной связи на землю. Напротив переключателя Холла расположен магнит, поле которого заставляет переключатель возвращать низкое напряжение на модуль зажигания.На оптической оси распределителя закреплен щиток с прорезями, количество которых соответствует количеству цилиндров. Переключатель Холла включается и выключается, пока магнит проходит между экраном и датчиком. Напряжение подается на усилитель по третьему сигнальному кабелю, а переключатель находится напротив оптического разъема. Пока плотная часть экрана прилегает к переключателю, сигнал возвращаемого напряжения прерывается из-за отклонения магнитного поля. Количество возвращенных импульсов в четырехтактном двигателе равно количеству слотов.Важно отметить, что обратный сигнал представляет собой напряжение или его отсутствие и имеет прямоугольную форму.

Процедура проверки состояния датчика Холла
- Быстрая проверка датчика Холла -
(без запуска двигателя)

ПРИМЕЧАНИЕ: В большинстве систем датчик Холла датчик находится в распредвале. Только в некоторых системах (VW / Audi) датчик Холла расположен на маховике.

  • Отсоедините центральный высоковольтный кабель от общей клеммы крышки распределителя и подключите его к головке блока цилиндров дополнительным кабелем.
  • Отсоединить разъем датчика Холла от трамблера.
  • Найдите клеммы питания, выходного сигнала и заземления.
  • Замкните на короткое время контакты < 0 > и < - > жгута проводов датчика Холла, используя дополнительный кабель.
  • Если искра проскакивает между дополнительным кабелем, соединенным с высоковольтным кабелем, и головкой блока цилиндров, катушка зажигания и автоматический выключатель зажигания могут вызвать искру, и возможная причина неисправности находится в самом датчике Холла.

Проверить датчик Холла осциллографом

  • Отодвиньте защитную резиновую крышку разъема датчика Холла.
  • Подключите пробник заземления осциллографа к заземлению шасси.
  • Подключите активный конец щупа осциллографа к сигнальной клемме датчика Холла.
  • Запустить двигатель и оставить его работать на холостом ходу.
  • Обязательно обратите внимание на следующий сигнал (рис. 2). Это форма сигнала правильно работающего датчика Холла. Продолжительность включения составляет примерно 35%.


Фиг.2

Если автоматический выключатель зажигания не работает должным образом, вы должны увидеть следующую форму сигнала (рис. 3):


Фиг.3

На рис. 4 показано, как выглядит сигнал неисправного датчика Холла.


Фиг.4

Другие возможные повреждения:
- Отсутствие сигнала напряжения или рабочего цикла

  • Остановите двигатель и снимите крышку распределителя.
  • Когда подключена муфта датчика Холла и включено зажигание, подключите активный конец щупа осциллографа к сигнальной клемме датчика Холла. Установите диапазон напряжения осциллографа на ± 15 В.
  • Медленно провернуть коленчатый вал двигателя.
    Когда прорезь экрана проходит через воздушный зазор, напряжение должно измениться с 10 В 12 В до 0 В.

- Отсутствие сигнала напряжения

  • Отсоединить разъем датчика Холла от трамблера.
  • Подключите активный конец щупа осциллографа к клемме < 2 > ( 0 ) жгута проводов разъема.
    Напряжение должно быть 10 1012 В.
  • Если нет напряжения с бортового компьютера на клемме < 2 >, проверьте проводимость сигнальной цепи между датчиком Холла и бортовым компьютером с помощью омметра.
  • Если цепь в порядке, проверить, есть ли напряжение на соответствующей клемме разъема бортового компьютера. Если напряжение отсутствует, проверьте все клеммы питания и массы бортового компьютера.
    Если соединения в порядке, вероятная причина - сам бортовой компьютер.
  • Проверить наличие напряжения (10¸12 В) на выводе < 1 > (+) бортового компьютера. Если напряжение питания выходит за указанные пределы, проверьте проводимость цепи между датчиком Холла и бортовым компьютером с помощью омметра.
  • Проверить заземление на выводе <3> (-) датчика Холла.
  • Если напряжения питания и заземления в норме, под подозрение попадает сам датчик Холла.

Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла

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

РЕКОМЕНДУЕТСЯ Обзор

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

Что такое эффект Холла?


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

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

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

Датчики на эффекте Холла

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

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

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

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

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

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

Что такое датчик Холла и как он работает?

Ⅰ Введение

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


Каталог


Ⅱ Что такое эффект Холла

Эксперимент, описывающий эффект Холла , выглядит следующим образом: если у нас есть тонкая проводящая пластина, подобная показанной, и подавать на нее ток, носители заряда будут течь по прямой линии от одной сторона к другой.

Теперь, если мы приложим магнитное поле к пластине, мы можем нарушить прямой поток носителей заряда из-за силы, известной как сила Лоренца. Электроны отклонятся на одну сторону пластины, а положительные дырки - на другую. Это означает, что если мы теперь соединим две другие стороны с помощью измерителя, мы можем получить напряжение, которое можно измерить.

Как упоминалось ранее, эффект получения измеримого напряжения известен как эффект Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году.


Ⅲ Что такое датчик на эффекте Холла

Датчик на эффекте Холла обнаруживает изменения в силе магнитного поля. Этот датчик открывает широкий спектр возможностей для применения в роботизированных датчиках.

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

Автомобильная промышленность, 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 для повреждений в грязных или влажных условиях. Они реже, чем механические системы, изнашиваются или искажают показания после большого количества циклов.

Датчики на эффекте Холла

полезны для широкого спектра применений благодаря своей надежности и долговечности, поскольку для правильной работы им не нужен физический контакт.Они могут обеспечить большую повторяемость и точность, чем механические узлы, потому что они физически не мешают работе оборудования или инструментов.


Ⅳ Как работает датчик на эффекте Холла

Чтобы понять работу датчика на эффекте Холла, лучше всего начать с основ эффекта Холла. Когда ток течет через проводник в присутствии магнитного поля, электроны отталкиваются магнитным полем к одной стороне проводника.

Эффект Холла можно использовать для измерения электрического тока в проводниках, построенных с учетом определенных параметров.Например, напряжение на плоском металлическом проводнике обнаруживает эффект Холла намного лучше, чем напряжение на примерно единице.

Электроны, движущиеся по проводнику, оттесняются в сторону, когда к плоской пластине прикладывается магнитное поле. Поскольку сумму прогибов можно вычислить, устройство имеет широкий спектр применения.

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

Заряд через пластину смещается в одну сторону, в то время как магнит находится рядом с датчиком, создавая положительный заряд с одной стороны и отрицательный - 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 на эффекте Холла бывают двух основных типов:

5.1 Порог

Когда напряженность поля достигает определенной амплитуды и / или полярности, порог (также известный как цифровой или двухпозиционный) производит постоянное напряжение холла.Существует несколько различных конфигураций пороговых устройств, таких как фиксирующие устройства, которые включаются, когда положительная напряженность поля достигает порогового значения, но выключаются только тогда, когда отрицательное поле такой же напряженности достигает порогового значения, устройства, которые включаются, когда только положительное поле достигает порог, но выключены в противном случае, и устройства, которые включаются, когда положительное или отрицательное поле достигает порога. Пороги также можно запрограммировать на некоторых компьютерах.

5.2 Linear

Linear (датчик аналогового выхода) генерирует 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 Датчик на эффекте Холла Использует

Датчики на эффекте Холла питаются от магнитного поля, и во многих приложениях один постоянный магнит, подключенный к движущемуся валу или устройству, может управлять устройством.Существует множество различных форм движений с обнаружением магнита, в том числе «лобовое», «вбок», «толкай-толкай» и «толкай-толкай». 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 обнаружения эффекта Холла и приближаться к датчику прямо к активной поверхности для «лобового обнаружения», как следует из названия. В каком-то смысле это «фронтальный» подход.

Этот прямой подход создает выходной сигнал VH, который в линейных устройствах отражает мощность магнитного поля или плотность магнитного потока как функцию расстояния от датчика Холла.Выходное напряжение увеличивается, когда магнитное поле приближается и, следовательно, становится сильнее, и наоборот.

Положительные и отрицательные магнитные поля также можно различать линейными приборами. Для индикации определения положения нелинейные устройства могут быть сделаны так, чтобы запускать выход «ВКЛ» на предварительно установленном расстоянии воздушного зазора от магнита.

6.2 Обнаружение сбоку

«Обнаружение сбоку» - вторая конфигурация обнаружения.Это требует перемещения магнита вбок по лицевой стороне элемента с эффектом Холла. Например, подсчет вращающихся магнитов или измерение скорости вращения двигателей, вбок или обнаружение скольжения полезно для обнаружения наличия магнитного поля, когда оно движется по лицевой стороне 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 нулевого поля датчика.Это позволяет идентифицировать направленное движение как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

Датчики на эффекте Холла

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

Круговое электромагнитное поле образуется вокруг проводника, когда через него проходит ток, как мы узнали в предыдущих уроках.Электрические токи в диапазоне от нескольких миллиампер до тысяч ампер можно рассчитать по индуцированному 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 позади активной области устройства.Любой сдвиг или нарушение этого магнитного поля, вызванное введением железистого материала, может быть обнаружено с чувствительностью до мВ / Г.

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 на эффекте Холла

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

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


Ⅶ Применение датчика Холла

7.1 Датчик на эффекте Холла в вращающихся приложениях

Датчики скорости работают, подсчитывая количество 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 смещается по мере движения магнитов через него. На основании этих данных датчик рассчитывает обороты. Например, если диск или вал имеет четыре магнита, датчик может переключать состояния четыре раза за оборот.

Это позволяет датчику измерять число оборотов в минуту на основе известного параметра, согласно которому на один оборот будет приходиться 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 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 робототехнике, чем двигатели без датчиков Холла.

7.2 Датчик на эффекте Холла для работы с приближениями

На основе магнитного поля датчики на эффекте 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 предупреждает контроллер. Бесконтактные датчики на эффекте Холла можно использовать по-разному. Роботизированные инструменты, роботизированные захваты, пневматика и множество других не роботизированных приложений используют их.

7.3 Использование бесконтактных датчиков на эффекте Холла в робототехнике

Бесконтактные датчики на эффекте Холла также могут использоваться в робототехнике. Они хороши для определения магнитной силы и близости магнита. Датчики на эффекте Холла могут использоваться для удовлетворения различных требований безопасности. Они часто используются в инструментах для подтверждения зажима на управляющее устройство.

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

В робототехнике датчики на эффекте Холла чрезвычайно полезны. Для определения изменений в клетке большинство роботизированных клеток используют датчик Холла. Они используются для считывания скорости и положения бесщеточных двигателей постоянного тока. Они используются в пневматических цилиндрах, чтобы определить, выдвинут или втянут цилиндр.

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


Ⅷ Как проверить датчики на эффекте Холла

Датчики положения распредвала и коленчатого вала - это датчики на эффекте Холла, которые контролируют положение распределительного и коленчатого валов 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 модуль управления отслеживает эти выходные сигналы датчиков. Контроллер ЭСУД может поддерживать точное управление двигателем благодаря датчикам положения распределительного и коленчатого валов, а также другим электрическим датчикам, соленоидам и форсункам. Понимание основ датчиков на эффекте 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

Изучите схему двигателя, чтобы найти датчик распределительного вала или сигнал коленчатого вала, поступающий в ECM. Сигнальный провод от контроллера ЭСУД должен быть удален. Подключите сигнальный провод к одному концу перемычки. Подключите другой конец перемычки к краю датчика Optimistic. Подключите отрицательный щуп к устойчивому заземлению шасси. При необходимости подключите отрицательный щуп к заземлению шасси с помощью перемычки и зажимов типа «крокодил».

Чтобы проверить напряжение постоянного тока, включите электрический вольтметр. Поверните пусковой переключатель в положение «Вкл.». В идеале напряжение должно быть около 0 вольт. Медленно поверните магнит перпендикулярно передней части датчика. Когда магнит приближается к датчику, напряжение должно расти, а по мере удаления напряжение должно падать. Проблема с датчиком или его подключениями, если напряжение не меняется.


Ⅸ FAQ

1. Как работает датчик Холла?

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

2. Что запускает устройство на эффекте Холла?

Датчики

на эффекте Холла активируются магнитным полем, и во многих приложениях устройством можно управлять с помощью одного постоянного магнита, прикрепленного к движущемуся валу или устройству. Существует много различных типов движений магнита, таких как «лобовое», «вбок», «толкающее-толкающее» или «толкающее-толкающее» и т.д.

3. Для чего нужен датчик Холла?

Датчики

на эффекте 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 принцип эффекта Холла?

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

5. Насколько чувствителен датчик Холла?

Эти логометрические 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 на эффекте Холла и индуктивным датчиком?

Индуктивные датчики обнаруживают металлические предметы, а датчики на эффекте 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 появляется на тонкой металлической полоске с током в приложенном магнитном поле.

8. Как определить неисправность датчика Холла?

Потеря мощности, громкий шум и ощущение, что двигатель каким-то образом заблокирован, часто являются признаком того, что либо контроллер не работает, 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 из полупроводникового материала, похожую на микросхему внутри микро- или RAM-устройства. Он работает по принципу электромагнетизма. При перемещении магнита достаточно близко к датчику генерируется небольшое напряжение. Это идет на усилитель, который повышает напряжение до уровня, достаточного для использования другими электронными устройствами.

Лучший пример - датчик скорости колеса.Небольшой магнит прикреплен к внутренней части автомобильного колеса. Каждый раз, когда магнит проходит мимо датчика, происходит один оборот колеса. Информация передается в блок спидометра и одометра, где отображается водителю.

10. Для чего нужен датчик Холла в автомобиле?

Датчик на эффекте Холла работает с помощью магнитного поля и также может называться датчиком положения кривошипа. Он проверяет положение коленчатого вала двигателя, чтобы зажигались свечи зажигания.Если он плохой, двигатель может заглохнуть и не запустится без сигнала датчика Холла.

Датчики

на эффекте Холла также могут использоваться для определения скорости, расстояния или положения коленчатого вала двигателя и положения распределительного вала. Все датчики на эффекте Холла имеют разную внутреннюю электронику с разными программными измерениями и не являются взаимозаменяемыми.

Датчики на эффекте Холла - работа, типы, применение, преимущества и недостатки

Датчики на эффекте Холла

широко используются в различных областях.В этом посте будет рассказано, как они работают, их типы, применение, преимущества и недостатки.

Введение в датчик эффекта Холла

Магнитные датчики - это твердотельные устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к ним магнитному полю. Эти электрические сигналы затем обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого выходного сигнала.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий диапазон магнитных полей.Одним из таких магнитных датчиков является датчик Холла, выходной сигнал которого (напряжение) является функцией плотности магнитного поля.

Для активации этих датчиков Холла используется внешнее магнитное поле. Когда плотность магнитного потока в непосредственной близости от датчика выходит за пределы определенного определенного порогового значения, это обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

Рис.1 - Датчики на эффекте Холла

Эти датчики на эффекте Холла пользуются большим спросом и находят очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. Д.

Принцип работы датчика Холла

Датчик эффекта Холла

основан на принципе эффекта Холла. Этот принцип гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может быть измерено под прямым углом к ​​пути тока.

Рис.2 - Принцип эффекта Холла - ток, текущий через пластину

Как работает датчик на эффекте Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

  • Когда через датчик протекает электрический ток, электроны движутся через него по прямой линии.
  • Когда на датчик действует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда по кривой.
  • Из-за этого электроны с отрицательным зарядом будут отклоняться к одной стороне датчика, а отверстия для положительного заряда - к другой.

Рис. 3 - Принцип эффекта Холла - отклонение электронов и дырок

  • Из-за накопления электронов и дырок на разных сторонах пластины между сторонами пластины может наблюдаться напряжение (разность потенциалов).Полученное напряжение прямо пропорционально электрическому току и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла можно разделить на два типа:

  • На основе вывода
  • На основе операции

По объему выпуска

По мощности датчики Холла можно разделить на два типа: -

  • Датчики Холла с аналоговым выходом
  • Датчики Холла с цифровым выходом
Датчики Холла с аналоговым выходом

Фиг.4 - Схема датчика Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выходной сигнал такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходному сигналу элемента Холла.

Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Фиг.5 - Выход аналогового выхода датчика Холла

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта» по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.

Рис.6 - Схема датчика Холла с цифровым выходом

Это «триггер Шмитта», который вызывает эффект гистерезиса, благодаря чему достигается два разных пороговых уровня.Соответственно, выходной сигнал всей схемы будет либо низким, либо высоким.

Переключатель на эффекте Холла

- один из таких датчиков. Эти цифровые выходные датчики широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

Рис.7 - Выход цифрового выхода датчика Холла

Об основах работы

По принципу действия датчики Холла можно разделить на два типа: -

  • Биполярный датчик эффекта Холла
  • Униполярный датчик на эффекте Холла
Биполярный датчик на эффекте Холла

Как следует из названия, для работы этих датчиков необходимы как положительные, так и отрицательные магнитные поля.Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отключения датчика.

Рис.8 - Биполярный датчик на эффекте Холла

Униполярный датчик на эффекте Холла

Как следует из названия, этим датчикам требуется только положительное магнитное поле южного полюса магнита, чтобы активировать, а также разблокировать датчик.

Рис.9 - Униполярный датчик эффекта Холла

Применение датчика Холла

Области применения датчиков Холла были представлены в двух категориях для простоты понимания.

  • Применение аналоговых датчиков Холла
  • Применение цифровых датчиков Холла

Применение аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики на эффекте Холла используются для:

  • Измерение постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Testers).
  • Определение скорости вращения колес для антиблокировочной тормозной системы (ABS).
  • Устройства управления двигателями для защиты и индикации.
  • Определение наличия источника питания.
  • Датчик движения.
  • Измерение скорости потока.
  • Чувствительная мембрана давления в мембранном манометре.
  • Чувствительность к вибрации.
  • Обнаружение черных металлов в детекторах черных металлов.
  • Регулировка напряжения.

Применение цифровых датчиков Холла

Цифровые датчики на эффекте Холла

используются для:

  • Определение углового положения коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
  • Определение положения автомобильных сидений и ремней безопасности для управления подушками безопасности.
  • Беспроводная связь.
  • Измерение давления.
  • Определение близости.
  • Измерение скорости потока.
  • Определение положения клапанов.
  • Чувствительное положение линзы.

Преимущества датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла

имеют следующие преимущества:

  • Их можно использовать для различных сенсорных функций, таких как определение положения, определение скорости, а также для определения направления движения.
  • Поскольку они являются твердотельными устройствами, они абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей.
  • Они практически не требуют обслуживания.
  • Они прочные.
  • Они невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Недостатки датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла имеют следующие недостатки: -

  • Они не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственное решение этой проблемы - использовать очень сильный магнит, который может генерировать широкое магнитное поле.
  • Точность измеренного значения всегда вызывает беспокойство, поскольку внешние магнитные поля могут влиять на значения.
  • Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителей заряда и чувствительность датчиков Холла.

Насколько большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Следовательно, он не может напрямую управлять большими электрическими нагрузками.Однако мы можем управлять большими электрическими нагрузками с помощью датчиков Холла, добавив к выходу NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока).

NPN-транзистор (сток тока) в состоянии насыщения функционирует как выключатель стока. Он закорачивает выходную клемму с землей, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть в различных конфигурациях: транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или и то, и другое. Таким образом, он обеспечивает выход «тяга / толчок», который позволяет потреблять ток, достаточный для непосредственного управления большими нагрузками.

Также прочтите о принципе эффекта Холла - история, объяснение теории, математические выражения и приложения

Ратна имеет степень бакалавра компьютерных наук и имеет опыт работы в сфере IT-технологий в Великобритании. Она также является активным веб-дизайнером. Она является автором, редактором и основным партнером Electricalfundablog.

Причина и следствие

: поиск и устранение неисправностей датчиков Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *