Схема датчика холла и принцип работы: Датчик Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить

Датчик Холла: устройство и принцип работы

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

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

В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток.

Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.

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

Устройство и принцип действия датчика

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

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

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

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

Датчик Холла в системе зажигания карбюраторного двигателя

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

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

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

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

В качестве датчика положение коленчатого вала (ДПКВ)

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

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

Выдача сигналов о положении распределительного вала

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

Вообще, системы впрыска могут быть самыми различными:

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

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

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

Как проверяют ДХ при возникновении подозрений

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

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

Почти все случаи, поясняющие, что такое датчик Холла в автомобиле, рассмотрены, остаётся упомянуть вполне возможное менее явное присутствие этих небольших приборов в автоэлектронике.

Многие машины оснащаются достаточно мощными электродвигателями, где также для работы силовой электроники используются датчики Холла, следящие за положением ротора в магнитном поле. И даже этим, возможно, проникновение ДХ в авто не заканчивается. Компактный, надёжный и точный прибор всегда найдёт себе область работы во всё больше обрастающем электроникой современном автомобиле.

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

Датчик Холла в разных сферах производства

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

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

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

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

На сегодняшний день существует две разновидности устройства:

• Цифровые
• Аналоговые

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

Как работает датчик Холла и как он устроен?

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

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

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

Схема работы датчика следующая:

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

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

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

Устройство датчика Холла таково:

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

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

Основные сведения

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

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

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

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

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

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

Как функционирует

Принцип работы, использования датчика Холла:

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

Где применяются

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

Характерные области применение датчиков Холла:

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

В смартфоне

Датчик холла в смартфоне применяются для таких целей:

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

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

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

Магнитные датчики

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

Разделяются дискретные элементы Холла на два типа:

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

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

Характеристики устройства

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

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

Изготовление приборов

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

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

Типовой процесс производства пластинчатого датчика Холла состоит из следующих операций:

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

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

Аналоговые/пропорциональные датчики для повышения стабильности и точности

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

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

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

Поворотный датчик Холла: преимущества и применение

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

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

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

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

Линейный датчик Холла: преимущества и применение

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

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

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

Свойства

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды датчиков

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

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

Причины и диагностика поломки датчиков положения

Причиной поломки датчиков Холла могут стать:

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

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

Область применения

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

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

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

Размещение прибора в трамблере.

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

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

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

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

Малопотребляющие датчики Холла от Honeywell

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

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

Рис. 11. Структурная схема датчиков SM351 и SM353

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

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

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

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

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

Датчик Холла в системе зажигания

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

В результате:

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

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

Ремонт и замена своими руками

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

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

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

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

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

Чтобы заменить датчик, нужно найти точку установки сенсора.

Для замены датчика в трамблере следует:

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

Датчик Холла

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

С чего все начиналось

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

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

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

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

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

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер.

Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью.

Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

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

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

Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

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

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

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:

• отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
• запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.

Схема подключения мультиметра для проверки ДХ
На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Принцип работы

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

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

Схема устройства прибора.

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

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

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

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

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

Среди недостатков ДХ выделяют:

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

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Виды устройств

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

• цифровые;
• аналоговые.

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

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

Особенности малопотребляющих дискретных датчиков Холла

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

Рис. 1. Структурные схемы датчиков Холла

Рис. 2. Датчик Холла для измерения тока

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

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

Рис. 3. Датчик Холла в компьютерном вентиляторе

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

Рис. 4. Беспроводной датчик двери Pandora DMS-100

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

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

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

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

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

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

Открытие эффекта Холла

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

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

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

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

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

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

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

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

• А – датчик.
• B – магнит.
• С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

• При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
• В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
• В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

В автомобилях

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

Конструкция

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

Датчик холла, устройство, схема:

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

Есть такие достоинства датчиков тока для зажиганий электронного типа:

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

Описание схемы сигнализации на датчике Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительная информация

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

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

Искать на сайте

Это и есть генератор Холла.

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

Включаешь зажигание.

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

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

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

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

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

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

Ремонт

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

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

Датчик Холла — что это такое? Подробное описание и принцип работы

Этот датчик контролирует положение распределительного вала, что нужно для правильного определения необходимого положения механизма газораспределения в зависимости от положения коленчатого вала двигателя. Сигналы, которые выдает этот датчик, попадают в систему управления двигателем и после обработки используются в качестве основы для формирования управляющих команд для систем зажигания и впрыска. Этот датчик работает в связке с датчиком, контролирующим частоту вращения коленчатого вала.

При этом вся работа этого устройства построена на использовании эффекта Холла, откуда собственно и название датчика.

Датчик выдает свои сигналы, основываясь на изменении значений напряжения, которые возникают в полупроводнике в момент изменения пересекающего этот полупроводник магнитного поля. Для создания магнитного поля в датчике размещен постоянный магнит. При этом магнитное поле изменяется в момент замыкания репером специального магнитного зазора. Репер или если проще металлический зуб может быть расположен, либо на задающем диске, который, в свою очередь, закрепляется на валу, либо на зубчатом колесе, которое находится на распределительном валу.

Как только репер проходит около датчика в последнем возникает импульс напряжения, и этот импульс затем попадает в блок управления, где и обрабатывается. Естественно, что чем быстрее вращается распредвал, тем чаще поступает сигнал от датчика. Основываясь на данных этих сигналов, блок управления без проблем просчитывает момент выхода поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку такта сжатия и тем самым блок управления определяет время впрыска топлива, и зажигания топливной смеси.

Если двигатель имеет систему изменения газораспределительных фаз, то датчик Холла используют для регулирования работы именно этой системы. В этом случае датчик устанавливают на распредвал как впускного, так и выпускного клапанов.

1 — аккумулятор;
2 — замок зажигания;
3 — свечи зажигания;
4 — двухвыводная катушка зажигания;
5 — вольтметр;
6 — коммутатор;
7 — датчик Холла.

Управление дизельным двигателем

Что касается системы управления дизелем, то там этот датчик работает немного по-другому. Здесь сигналы датчика помогают блоку управления определить, когда и какой цилиндр выйдет в верхнюю мертвую точку в такте сжатия. Благодаря этому можно добиться правильного определения положения распредвала относительно коленчатого вала, и тем самым получаем быстрый пуск и устойчивую работу двигателя на всех режимах.

Для того чтобы реализовать выполнение этой функции конструктивно был несколько изменен задающий диск, который имеет репер для каждого из цилиндров двигателя. Как правило, эти реперы представлены либо набором зубьев, которые расположены на разном расстоянии друг от друга, либо это сегменты, имеющие разную угловую ширину. Например, дизельный, 4-х цилиндровый двигатель Рено Лагуна на своем задающем диске имеет 7-мь зубьев. 4-е зуба являются основными, из расчета по одному на цилиндр и размещаются под углом 90 градусов. Еще 3-и зуба – дополнительные, и используются они, для распознавания цилиндров. Для точного определения цилиндра дополнительные зубья располагают на разных расстояниях от основных зубьев, за счет чего возможно точно определить поршень какого цилиндра и в какой момент времени вышел в ВМТ такта сжатия.

Как проверить исправность датчика холла?

Если датчик Холла перестал выдавать сигнал, т. е. он неисправен, то система управления переключится на работу от датчика частоты вращения коленчатого вала. Двигатель будет работать дальше и даже запустится после остановки.

Датчик Холла | Электротехническая Компания Меандр

СНЯТО С ПРОИЗВОДСТВА АНАЛОГОВ НЕТ

ВИКО-Х-102-М8

 

• Диаметр корпуса 8мм

• Диапазон питающего напряжения DC5…24В

• Рабочая зона  0…10мм

• Высокая частота переключения 320кГц

• Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

• Защита от переполюсовки питающего напряжения

• Большой ресурс срабатываний

• МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

 

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

 Бесконтактный датчик ВИКО-Х-102-М8 (далее датчик) предназначен для работы в составе устройств индикации оборотов валов с высокой скоростью вращения, объектов сложной формы из ферромагнитных материалов (зубчатых колёс), в качестве датчика скорости для двигателей с возбуждением на постоянных магнитах. Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя в системах автоматических приводов.
 

РАБОТА ДАТЧИКА

 Принцип работы датчика основан на эффекте Холла — изменение характеристик чувствительного элемента при воздействии внешнего магнитного поля.
 При увеличении внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение коммутационного состояния выключателя. Дальнейшее увеличение магнитного поля не влияет на состояние выключателя. При уменьшении напряжённости магнитного поля происходит обратный процесс и выключатель возвращается в исходное состояние.
 При входе в чувствительную зону объекта из ферромагнитного материала, уменьшается напряжённость внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика. Дальнейшее уменьшение  напряжённости магнитного поля не влияет на состояние выхода. При удалении объекта из чувствительной зоны, напряжённость магнитного поля возрастает и происходит обратный процесс – выключатель возвращается в исходное состояние.

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр	Ед.изм.	Значение
Тип исполнения по принципу действия		Эффект Холла
Напряжение питания	В	DC5…24
Напряженность магнитного поля	мТ	22
Номинальный ток нагрузки	мА	200
Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более	В	1,5
Ток потребления, не более	мА	8
Расстояние воздействия, Sn	мм	0…10
Максимальная частота переключения	кГц	320
Регулировка чувствительности		нет
Степень защиты датчика		IP67
Схема подключения		трёхпроводная
Способ подключения		кабель 3×0,2 мм2  — 2м
Температура окружающей среды	0C	-25…+70
Материал корпуса		Латунь (ХРОМ)
Масса, не более	кг	0,1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

 

Серия ВИКО-Х	М	А	Б	В	Г	Д	Е
ВИКО-Х-102-М8	8х1	35	28	—	2,5	7	12

 

ТУ 4218-004-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

 

Наименование	Заказной код (артикул)	Файл для скачивания (паспорт)	Дата файла
ВИКО-Х-102-М8	4640016932979		13.04.2015

 

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Для измерения скорости вращения и определения положения различных узлов двигателя используются датчики положения. К ним относятся: датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), датчик положения распределительного вала (ДПРВ) или датчик фазы (ДФ), датчик скорости (ДС), датчики ABS.
Сигнал ДПКВ используется для определения частоты вращения КВ, а также его мгновенного положения. Т.к. частоты вращения распределительного и коленчатого валов соотносятся как 1:2, то только по сигналу ДПКВ невозможно однозначно определить находится ли поршень двигателя, движущийся к ВМТ, на такте сжатия или выпуска. Фазный датчик на распределительном валу передает эту информацию в блок управления.
В качестве примера приведен сигнал с авто ВАЗ.

Сигналы ДПКВ (синий) и ДПРВ (зеленый)

К наиболее распространенным типам этих датчиков относятся: индуктивный (электромагнитный) датчик и датчик Холла.

Индуктивный датчик

Этот тип датчика наиболее распространен в качестве ДПКВ. Датчик монтируется поблизости от подвижного элемента, называемого маркерным диском. Этот элемент представляет собой стальной диск с зубьями, который жестко зафиксирован на коленчатом валу (может находиться как со стороны ременной передачи, так и непосредственно на маховике КВ).

Расположение ДПКВ
1. ДПКВ
2. Маркерный диск
3. Разъем датчика

Датчик состоит из обмотки с сердечником из постоянного магнита. Когда зуб проходит перед датчиком, это приводит к усилению магнитного потока, проходящего через обмотку. Напротив, увеличение зазора ослабляет этот поток. Происходит изменение магнитного поля, которое вызывает появление индукционного тока в обмотке. Амплитуда напряжения переменного тока сильно возрастает по мере повышения частоты вращения маркерного диска (от нескольких мВ до значений более 100 В).

Конструкция индуктивного датчика
1. Обмотка
2. Метка на маркерном диске в виде пропущенных зубьев
3. Постоянный магнит

Маркерный диск может иметь как пропуски зубьев, так и более широкие зубья.

Кол-во зубьев маркерного диска зависит от его назначения и модели авто. В качестве маркерного диска для КВ наиболее распространенным является диск с 60-ю зубьями, при этом два зуба пропущены. Зазор с пропущенными зубьями предназначен для отметки определенного положения коленчатого вала и служит как установочная метка для синхронизации блока управления.
На маркерных дисках системы ABS пропуск зубьев отсутствует, т.к. в данной системе положение колеса не принципиально, имеет значение только скорость вращения.

Пример сигнала индуктивного датчика ABS

В варианте исполнения для ДПРВ, маркерный диск может иметь всего один зуб, т.к. в данном случае нет необходимости измерять скорость вращения, нужно определить только положение РВ для определения фазы работы двигателя.

Для дальнейшего анализа электронный блок производит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Амплитуда напряжения сигнала пропорциональна скорости прохождения подвижной детали перед датчиком. Напряжение также в значительной степени зависит от расстояния между вершинами зубьев и поверхностью датчика, как правило, зазор составляет 1±0,5 мм. Подсчитывая число импульсов в течение заданного промежутка времени, электронный блок может определить скорость вращения КВ.
Индуктивный датчик подключается к контроллеру экранированной парой проводов с заземлением экранирующей оплетки на кузов автомобиля.

Пример схемы подключения ДПКВ

Для записи осциллограммы индуктивного датчика, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему со стороны ЭБУ.

Подключение мотор-тестера к ДПКВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Датчик Холла

В таких датчиках использован эффект Холла. Интегральная схема датчика Холла располагается между маркерным диском и постоянным магнитом.
Когда зуб маркерного диска проходит у элемента датчика, то он изменяет величину магнитного поля, пронизывающего элемент Холла. За счет этого возникает сигнал напряжения, который находится в милливольтновом диапазоне и не зависит от относительной скорости между датчиком и маркерным диском. Оценивающая электронная схема, встроенная в интегральную схему, вырабатывает сигнал в форме прямоугольных импульсов.

Датчик Холла
1. Постоянный магнит
2. Интегральная схема Холла.
3. Маркерный диск
4. Разъем датчика

Как правило, датчик Холла имеет три вывода: питание +5В (+12В), «земля», сигнальный выход.

Пример схемы подключения ДПРВ

Для записи осциллограммы датчика Холла, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему ЭБУ.

Подключение мотор-тестера к ДПРВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Для записи сигнала ДПКВ рекомендуется использовать 2ой аналоговый канал мотор-тестера, для сигнала ДПРВ — 3ий канал. При наличии нескольких ДПРВ, можно использовать любой свободный аналоговый канал.

Настройка аналогового канала для индуктивного датчика

Настройка аналогового канала для датчика Холла

Дополнительные возможности ПО:
Автоподстройка линейки по любому «стандартному ДПКВ» (тема на форуме)

Одновременный анализ сигналов ДПКВ и ДПРВ позволяет проверить работу этих датчиков, а также правильность установки КВ и РВ (соответствие меток ГРМ).

автор: Евгений Куришко

Датчики углового положения коленчатого и распределительного вала.

Микропроцессорное управление двигателем



Датчики углового положения коленчатого вала

Работоспособность любой системы зажигания зависит от информации об угле поворота коленчатого вала двигателя. Датчик углового положения коленчатого вала выдерживает жесткие условия работы в отсеке двигателя, должен обладать высокой надежностью, и при этом работать на любой частоте вращения коленчатого вала.

В настоящее время автомобильные системы зажигания используют ряд бесконтактных датчиков, работа которых основывается на различных физических явлениях. К ним относятся следующие датчики:

• магнитоэлектрические;
• работающие на эффекте Холла;
• высокочастотные;
• оптоэлектронные;
• токовихревые;
• работающие на эффекте Виганда;
• фотоэлектрические.

***

Магнитоэлектрические датчики

Наиболее распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим потоком. Его принцип действия заключается в изменении магнитного сопротивления магнитной цепи, содержащей магнитную обмотку, при изменении зазора с помощью распределителя потока (коммутатора).
На рис. 1 показана принципиальная схема магнитоэлектрического датчика коммутаторного типа.

При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом индукции возникает переменное напряжение. Когда один из зубцов ротора 4 приближается к полюсу статора, в обмотке 3 растет напряжение. При совпадении фронта зубца ротора с полюсом статора (со средней линией обмотки) напряжение на обмотке достигает максимума, затем быстро меняет знак и увеличивается в противоположном направлении до максимума при удалении зубца ротора. Напряжение очень быстро изменяется от положительного до отрицательного максимумов, поэтому нулевой переход (точка 0) между двумя максимумами используется для управления системой зажигания и получения точного момента подачи искры в цилиндр двигателя.

Однако точку перехода сложно уловить с помощью электроники, поскольку схема будет чувствительна к сигналам помех, т. е. не будет удовлетворять требованиям помехозащищенности. Поэтому для получения момента искрообразования используют точки максимума амплитуд (отрицательную или положительную), которые выбираются на допустимо низких уровнях. При этом обеспечивается нечувствительность схемы детектирования к помехам и надежное срабатывание схемы в период пуска двигателя.

Распределитель потока (зубчатый ротор) устанавливается на распределительный валик распределителя зажигания. Число его зубцов зависит от числа цилиндров двигателя. Магнитное поле создается, как правило, постоянным магнитом.

Рассмотренная выше магнитная система генераторного датчика очень чувствительна к влиянию паразитных изменений зазора, имеющих место из-за конструктивных допусков, износов, вибраций, передаваемых двигателем деталям, входящим в состав магнитной цепи. Это приводит к асинхронности момента искрообразования по цилиндрам двигателя. Поэтому на практике применяется симметричная магнитная система, которая обеспечивает для каждого положения распределителя потока средний зазор, являющийся суммой элементарных зазоров.
Принципиальная схема генераторного датчика коммутаторного типа с симметричной магнитной системой для четырехцилиндрового двигателя приведена на рис. 3 .

Создание постоянных магнитов на основе новых магнитных материалов, таких, как магнитопласты, магниторезина, позволило резко снизить стоимость и массу датчиков, увеличить их надежность.

***

Датчики с переменным потоком

Датчик с переменным потоком состоит из неподвижной катушки и постоянного магнита, жестко связанного с валиком распределителя зажигания, причем число пар полюсов в магните равно количеству цилиндров двигателя. Такие магнитные системы называются датчиками с вращающимися магнитами (рис. 4 ).

Работа датчика определяется знакопеременным магнитным потоком и симметричной формой выходного напряжения. Сигнал датчика с вращающимся магнитом требует более тщательной обработки в цепи детектирования для компенсации электрического смещения момента искрообразования в зоне низких частот вращения валика распределителя зажигания.

***



Датчики, работающие на эффекте Холла

Благодаря развитию микроэлектроники широкое распространение получили датчики углового положения, работающие на эффекте Холла. Эффект Холла возникает в пластине из проводника или полупроводника при внесении ее в магнитное поле и пропускании через пластину электрического тока. При определенных условиях между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла, которая может использоваться в качестве сигнала для определения момента искрообразования.
Более подробно эффект Холла описан на этой странице.

Датчики на эффекте Холла обладают такими достоинствами, как малая стоимость производства, относительно высокая точность и хорошая стойкость к внешним воздействиям. Поэтому они широко примененяются в автомобилестроении в качестве датчиков углового положения (ДПКВ, ДПРВ и т. п.).

Недостатком систем, работающих на эффекте Холла, является высокая чувствительность к внешним магнитным и электрическим помехам. Величина ЭДС Холла очень мала, поэтому должна быть усилена непосредственно вблизи датчика для того, чтобы устранить влияние радио- и электропомех. Поэтому конструктивно датчики Холла часто выполняются в виде интегральной микросхемы, содержащей усилитель сигнала.

При изготовлении полупроводниковых пластин датчиков Холла наиболее часто используются германий (Ge), кремний (Si), арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).

***

Датчики Виганда

Принцип действия таких датчиков основан на эффекте Виганда.

Джон Ричард Виганд (John R. Wiegand) — американский физик и изобретатель. Открыл, описал и исследовал физический феномен, который возникает в специальной «проволоке Виганда» при помещении её в магнитное поле.

Феномен, описанный Д. Вигандом заключается в том, что если ферромагнитную проволоку, имеющую специальный химический состав и физическую структуру, внести в магнитное поле, то произойдет спонтанное изменение ее магнитной поляризации, как только напряженность поля превысит некоторое предельное значение, называемое порогом зажигания. Изменение состояния проволоки Виганда можно регистрировать при помощи электромагнитной обмотки, размещенной рядом с ней. Проволока Виганда представляет собой ферромагнитное тело, состоящее из магнитомягкой сердцевины и магнитотвердой внешней оболочки.

Проволока изготавливается из специального ферромагнитного сплава типа викаллой (примерный состав — 10% ванадия, 52% кобальта и железа). Точный состав материала проволоки, а также технология ее изготовления, как правило, являются секретом фирм, производящих датчики.

Чувствительные элементы Виганда применяются в датчиках скорости, угла поворота и положения, в расходомерах, для считывания пластиковых идентификационных карт и других технических устройствах.

К достоинствам датчиков Виганда следует отнести независимость от влияния внешних электрических и магнитных полей, широкий температурный диапазон работы, работу без источника питания.

***

Сельсины и дифференциальные трансформаторы

В последние годы в качестве датчиков абсолютного углового положения на автомобилях иногда используются вращающиеся трансформаторы (сельсины), которые характеризуются высокой разрешающей способностью (до 7‘) и работают в тяжелых внешних условиях. Однако широкого распространения такие датчики пока не получили из-за высокой стоимости.

Обмотки возбуждения сельсинов питаются напряжением с частотой 400…20000 Гц, обычно для автомобилей 2…5 кГц. Угловое положение ротора декодируется по сигналам с синусной и косинусной обмоток специальной микросхемой в цифровой код.

В качестве датчиков абсолютного линейного положения находят применение линейные дифференциальные трансформаторы. Выходной сигнал таких датчиков может быть декодирован специализированной интегральной схемой.

***

Магниторезистивные датчики

В магниторезистивных датчиках используется способность некоторых материалов, например, железо-никелевого сплава FeNi, изменять свое сопротивление под воздействием переменной напряженности магнитного поля. В рабочем диапазоне магниторезистора его сопротивление меняется в пределах 2,5…15%. Магниторезисторы встраивают в интегральную схему, где размещают и цепи обработки сигнала.

***

Автомобильные бензины



Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Что такое датчик Холла?

Датчик на эффекте Холла — это электронное устройство, предназначенное для обнаружения эффекта Холла и преобразования его результатов в электронные данные, для включения и выключения цепи, для измерения переменного магнитного поля, для обработки с помощью встроенного компьютера. или отображается в интерфейсе. В 1879 году ученый Эдвин Холл обнаружил, что если магнит поместить перпендикулярно проводнику с постоянным потоком тока, электроны, протекающие внутри проводника, тянутся в одну сторону, создавая разность потенциалов в заряде (т.е. Напряжение). Таким образом, эффект Холла указывает на наличие и величину магнитного поля вблизи проводника.

Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения таких переменных, как близость, скорость или смещение механической системы. Датчики на эффекте Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны контактировать с физическим элементом. Они могут генерировать цифровой (включенный и выключенный) или аналоговый (непрерывный) сигнал в зависимости от их конструкции и предполагаемой функции.

Переключатели и защелки на эффекте Холла включены или выключены. Переключатель на эффекте Холла включается при наличии магнитного поля и выключается при удалении магнита. Защелка на эффекте Холла включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля и остается включенной даже при удалении магнита. При наложении отрицательного магнитного поля защелка на эффекте Холла отключается (открывается) и остается выключенной даже после удаления магнита.

Линейные датчики Холла (аналоговые) обеспечивают точные и непрерывные измерения на основе напряженности магнитного поля; они не включаются и не выключаются.В датчике на эффекте Холла элемент Холла передает разность электрических потенциалов (напряжение, вызванное магнитными помехами) в усилитель, чтобы сделать изменение напряжения достаточно большим, чтобы оно было воспринято встроенной системой.

Датчики

на эффекте Холла используются в сотовых телефонах и GPS, сборочных линиях, автомобилях, медицинских устройствах и многих устройствах Интернета вещей. Ожидается, что рынок датчиков на эффекте Холла будет расти более чем на 10% в год и к 2026 году достигнет 7,55 млрд долларов.

Действующие датчики на эффекте Холла, типы и применение

Введение в датчики эффекта Холла

Что такое датчик Холла? Чтобы проверить практическое поведение любого электрического или электронного оборудования , очень необходимо установить устройство, которое обменивается данными между этим электрическим или электронным оборудованием и вашей системой реального времени. Для этой цели на рынке доступно так много датчиков и преобразователей, которые используются для различных целей.Но в этой статье мы будем говорить только о датчике холла. Датчик на эффекте Холла — это тип датчика, который обычно используется для определения практического поведения чего-либо, например двигателя, в ответ на изменение магнитного поля. Датчик на эффекте Холла — это в основном преобразователи, напряжение которых изменяется при изменении магнитного поля. Этот датчик состоит из металлической полосы, когда он помещается в какое-либо магнитное поле, то присутствие этого магнитного поля электрон отклоняется к краям этой полосы, а затем на ее краях индуцируется EMS.Проще говоря, он работает как аналоговый преобразователь. Они в основном используются для определения скорости, приблизительного переключения, измерения тока и определения местоположения. На рисунке 1 показан простой датчик на эффекте Холла, который состоит из трех выводов.

Рисунок 1 Датчик эффекта Холла

Принцип работы датчиков Холла

Принцип работы датчика Холла очень прост. Фактически он состоит из токопроводящей металлической полосы, когда эта токопроводящая металлическая полоса помещается внутри любого поперечного магнитного поля, тогда на краях этой токонесущей металлической полосы возникает ЭДС.Величина этой развитой ЭДС зависит от плотности потока и подвижности электрона. Это свойство этого проводника с током называется эффектом Холла. Этот элемент на эффекте Холла обычно используется для измерения тока и магнитного поля. Схема элемента на эффекте Холла показана на рисунке 2.

Рисунок 2 Цепь датчика Холла

В соответствии со схемой, когда ток подается на клеммы 1 и 3, выходной сигнал поступает на клеммы 3 и 4.Если к полосе не приложено какое-либо магнитное поле, то клеммы 3 и 4 остаются с одинаковым потенциалом, тогда не будет никакого влияния на полосу с эффектом Холла. Точно так же, когда магнитное поле прикладывается к полосе с эффектом Холла, на выводах 3 и 4 индуцируются ЭДС или напряжения. Эти напряжения прямо пропорциональны прочности материала, который использовался для полосы с эффектом Холла. Эти выходные напряжения вычисляются по формуле

E _H = K _H IB / т (1)

Где K _H — коэффициент холла, который получается из уравнения 2

К _H = v-m / A-wbm ^-2 (2)

Где K _H — коэффициент Холла, I — ток, B — плотность потока в Вт · м ^-2 , а t — толщина полосы.

С помощью выходных напряжений можно легко измерить ток и напряженность магнитного поля, но измерить ЭДС эффекта Холла в простом проводнике очень сложно, потому что он очень мал. Если бы мы использовали германиевый проводник вместо простого проводника, то его ЭДС на эффекте Холла можно было бы легко измерить с помощью прибора с подвижной катушкой.

Типы датчиков Холла

Для использования выхода датчика Холла требовалась схема преобразования сигнала.Эта схема выполняет температурную компенсацию, усиление, линейность, регулировку напряжения и т. Д. В настоящее время используются два типа датчиков Холла: первый — это датчик Холла с аналоговым выходом, а второй — датчик Холла с двухуровневым или цифровым выходом.

Аналоговый датчик на эффекте Холла: Если мы сравнили этот датчик с базовым датчиком на эффекте Холла, то этот тип датчика обеспечивает стабильное поведение в шумной среде и имеет большой диапазон напряжений для работы. Схема аналогового датчика Холла показана на рисунке 3, который дает аналоговое выходное напряжение, пропорциональное экспонированному магнитному полю.

Рисунок 3 Схема аналогового датчика Холла

В этой схеме дифференциальный усилитель обеспечивает фиксированное смещение или смещенное напряжение, так что при отсутствии какого-либо магнитного поля эти напряжения появляются на выходных клеммах этой схемы. Эти напряжения называются нулевыми напряжениями. На клеммах на эффекте Холла магнитное поле может быть положительным или отрицательным. Когда магнитное поле положительное, выходное напряжение увеличивается до нулевого значения напряжения, аналогично, когда магнитное поле отрицательное, выходное напряжение уменьшается до нулевого значения напряжения.Эти датчики не очень точны при работе с магнитным полем, поэтому они требуют правильной калибровки в тех местах, где требуются высокоточные измерения. Гибкость этого датчика дополнительно повышается за счет добавления двухтактного транзистора с открытым эмиттером или открытым коллектором на выходной стороне дифференциального усилителя.

Датчик Холла с цифровым выходом: Этот тип датчика имеет цифровой выход, поэтому его также называют двухуровневым датчиком на эффекте Холла.Этот датчик почти такой же, как аналоговый датчик, но с той лишь разницей, что есть зависимость от триггера Шмитта. В этом триггере Шмитта встроен гистерезисный уровень удержания порога, и этот узел зависимости от триггера Шмитта преобразует аналоговый вход в цифровой выход после сравнения выходного сигнала дифференциального усилителя с эталонными фиксированными напряжениями. Когда выходное напряжение дифференциального усилителя больше фиксированного эталонного напряжения, то триггер Шмитта будет включен аналогично, когда выход дифференциального усилителя меньше фиксированного эталонного напряжения, тогда триггер Шмитта будет отключен.Простой датчик Холла с цифровым выходом показан на рисунке 4

.

Рисунок 4 Датчик Холла с цифровым выходом

Различные области применения датчика Холла Датчик на эффекте Холла

использовался в различных приложениях, и его конструкция зависит от конфигурации, в которой он использовался. Но они в основном используются в биомедицине, банкоматах, телекоммуникациях, автомобилях и в промышленности управления технологическими процессами.

Датчик положения: Этот тип датчика Холла используется для определения скользящего движения, и в этом датчике имеется плотный зазор между элементом на эффекте Холла и магнитом.Когда магнит перемещается в прямом и обратном направлении, создается магнитное поле. Полярность этого магнитного поля положительна, когда элемент перемещается к северному полюсу, аналогично магнитное поле положительно, когда элемент перемещается к южному полюсу. Эти датчики называются приблизительными датчиками и используются для определения положения.

Датчик бесщеточного двигателя постоянного тока: В бесщеточных двигателях постоянного тока распределение мощности регулируется посредством электронной коммутации, а не механической коммутации.Для этого на стороне статора бесщеточного двигателя постоянного тока установлены три цифровых выходных датчика Холла, а для работы этих датчиков на валу ротора установлены постоянные магниты.

Датчик тока: Это тип датчика Холла, который используется для измерения как переменного, так и постоянного тока. Они доступны в диапазоне от 250 мА до тысячи ампер. Это линейные датчики, и когда этот датчик размещается рядом с магнитным полем, на нем создается напряжение.Значения этих напряжений пропорциональны напряженности магнитного поля.

Работа датчика Холла

| Приложения

Датчики на эффекте Холла используются для обнаружения наличия и силы магнитного поля. Принцип работы датчика Холла основан на эффекте Холла, который гласит, что когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, напряжение будет генерироваться перпендикулярно как току, так и полю. Датчик Холла Переключатель выполнен в виде небольшой интегральной схемы (ИС).

Датчик выключен при отсутствии магнитного поля и срабатывает при наличии магнитного поля. Датчики на эффекте Холла имеют различный корпус. Выбор датчика в зависимости от типа корпуса будет варьироваться от приложения к приложению.

Датчики Холла аналогового типа выдают непрерывный сигнал, пропорциональный измеренному магнитному полю. Аналоговый линейный датчик на эффекте Холла используется в сочетании с разъемным ферритовым сердечником для измерения тока.

Магнитное поле через зазор в ферритовом сердечнике пропорционально току, протекающему через провод, и поэтому напряжение, создаваемое датчиком на эффекте Холла, будет пропорционально току.Затем сигнал от устройства на эффекте Холла усиливается и отображается.

Наиболее распространенные применения датчиков Холла . :

Цифровые мультиметры с зажимом, которые могут измерять как переменный, так и постоянный ток, используют датчик Холла для обнаружения постоянного магнитного поля, индуцированного в зажиме.

Датчики Холла цифрового типа используются в магнитных датчиках приближения. Они генерируют цифровой импульс каждый раз, когда цель проходит мимо датчика, и любое решение может быть принято путем расчета частоты импульсов.

Датчик на эффекте Холла чувствителен к величине магнитного потока, а не к скорости его изменения, и в результате генерируемый цифровой выходной импульс имеет постоянную амплитуду независимо от изменений скорости.

Эта особенность датчика Холла позволяет нам создавать датчики скорости, которые могут обнаруживать цели, движущиеся с малой скоростью, а также наличие или отсутствие неподвижных целей.

Читайте также

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы датчика общего эффекта | Приложения.

Что такое ИС на эффекте Холла?

1. Что такое эффект Холла IC
2. Принципы работы ИС на эффекте Холла
3. Конфигурация ИС на эффекте Холла
4. Типы ИС на эффекте Холла
5. Методы обнаружения эффекта Холла IC
6. Как выбрать подходящий эффект Холла IC

IC

на эффекте Холла ABLIC

Что такое эффект Холла IC

Элементы Холла

являются характерным примером среди различных типов магнитных датчиков, в которых используются полупроводники.Элементы Холла — это датчики, использующие гальваномагнитный эффект, называемый эффектом Холла. На элементе Холла можно получить очень небольшое напряжение, поэтому для таких элементов обычно требуются усилители, такие как операционные усилители. Поскольку ИС на эффекте Холла сочетает в себе элемент Холла и операционный усилитель, количество подключаемых извне компонентов может быть уменьшено, а конструкция схемы может быть упрощена.

Можно различить магнитные полюса с помощью единственной ИС на эффекте Холла. Такие ИС используются для самых разных целей, включая общее и автомобильное.Основные цели обнаружения ИС на эффекте Холла включают обнаружение вращения, обнаружение положения, обнаружение открытия / закрытия, обнаружение тока, обнаружение направления и многие другие. ИС общего назначения на эффекте Холла используются в широком спектре продуктов, от крупной бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до мобильных телефонов. ИС автомобильного назначения, естественно, используются для определения того, открыты или закрыты окна и двери, но многие ИС с эффектом Холла также используются для таких целей, как определение высоты транспортного средства, скорости и количества оборотов двигателя.

Принципы работы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла содержит элемент Холла. Ток течет через этот элемент, и, когда магнитное поле (от магнита), перпендикулярное направлению тока, приближается к элементу, на носитель, который ведет ток, действует сила Лоренца. Сила Лоренца приводит к генерации напряжения (напряжения Холла) в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю (эффект Холла). ИС на эффекте Холла обнаруживает наличие магнитного поля (от магнита), обнаруживая это напряжение.Выходное напряжение увеличивается прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Согласно правилу левой руки Флеминга, направление перпендикулярного напряжения (напряжение Холла) изменяется в зависимости от направления магнитного поля (северный или южный полюс). Следовательно, ИС на эффекте Холла может обнаруживать не только наличие магнитного поля, но и направление поля (северный или южный полюс) на основе направления этого напряжения.

Рисунок 1 Принципы работы элемента Холла

Конфигурация ИС на эффекте Холла

Переключатель Холла IC усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла и выдает сигнал путем обработки сигналов внутри ИС в зависимости от плотности магнитного потока.

Существует два типа ИС на эффекте Холла. Один — это высокоскоростной тип работы для обнаружения вращения двигателей и т. Д., А другой — тип с низким потреблением тока для оборудования с батарейным питанием.
Ниже, в таблице 1 и на рисунке 2 показана внутренняя конфигурация ИС на эффекте Холла с низким потреблением тока.

Таблица 1 Конфигурация ИС на эффекте Холла

Блок	Описание
Элемент Холла	Обнаруживает магнитное поле (от магнита) и выдает напряжение (напряжение Холла).
Усилитель прерывателя	Усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла.
Контур сна / бодрствования	Управляет работой и отключением, осуществляя периодическое управление.
Компаратор с гистерезисом (схема сравнения)	Они управляют выходом и выводят сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от плотности магнитного потока.
Выходной инвертор (или N-канальный транзистор)

Рисунок 2 Блок-схема ИС на эффекте Холла (серия S-5712, выходной сигнал КМОП)

Типы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла, которые используют различные методы обнаружения, могут быть выбраны в зависимости от назначения.В этой главе описаны типичные типы микросхем Hal.

Существует два основных типа ИС на эффекте Холла: линейный тип выхода (тип аналогового выхода, тип цифрового выхода), который используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля, и тип переключения (цифровой выход). type), который используется для получения сигнала включения / выключения. Все микросхемы на эффекте Холла серий S-5711A и S-5712 представляют собой ИС переключаемого типа с гистерезисными характеристиками, к которым были добавлены схемы Шмитта.

Типы ИС на эффекте Холла

1. Тип линейного выхода: Используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля
2. Тип переключения: Используется для получения сигнала включения / выключения

Методы обнаружения эффекта Холла IC

ИС на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля, которые имеют северный или южный полюс. В этом разделе описаны четыре типа обнаружения ИС на эффекте Холла: униполярное обнаружение , которое является обнаружением северного или южного полюса, многополярное обнаружение , которое является обнаружением как северного, так и южного полюсов без дискриминации, биполярного обнаружения , что является обнаружением поочередно северного и южного полюсов.Биполярное обнаружение используется не только для определения силы магнитного поля, но также для различения северного и южного полюсов, что является характеристикой ИС с эффектом Холла. Четвертый метод обнаружения — это ZCL ^TM (фиксатор перехода через ноль) , который представляет собой обнаружение изменения полярности точки (точка пересечения нуля). ZCL ^TM — первый в мире метод обнаружения.

Выберите подходящий метод обнаружения в соответствии с типом применения, в котором будет использоваться ИС на эффекте Холла.ABLIC массово производит ИС на эффекте Холла, в которых используются все четыре вышеупомянутых метода обнаружения.

Униполярное обнаружение

Для этого метода обнаруживается только один полюс магнитного поля (северный или южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Униполярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении южного полюса.)

Всеполярное обнаружение

Для этого метода обнаруживаются оба полюса магнитного поля (северный и южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Многополярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении любого полюса).

Обнаружение биполярного сигнала

Для этого метода оба полюса магнитного поля (северный и южный) обнаруживаются поочередно, и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока и полярностью для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

ZCL

^TM (Защелка нулевого перехода) Обнаружение

ZCL обнаруживает точку, когда S-полюс приложенной плотности магнитного потока изменяется на N-полюс или наоборот, то есть когда происходит изменение полярности.
Оптимизированный для управления бесщеточным двигателем постоянного тока, обнаружение ZCL может легко предотвратить падение КПД двигателя в результате колебаний температуры и производственных изменений. > Дополнительная информация «Что такое интегральная схема на эффекте Холла ZCL?»
«ZCL» является зарегистрированным товарным знаком ABLIC Inc.

.

Давайте сократим количество человеко-часов на проектирование, чтобы создать идеальный двигатель
с помощью первого в мире метода обнаружения
Что может сделать микросхема с эффектом Холла ZCL

Как выбрать подходящий эффект Холла IC

ABLIC предлагает широкий выбор ИС на эффекте Холла по запросу клиентов.Вы можете выбрать подходящую ИС на эффекте Холла, рассмотрев приведенный ниже порядок.

Таблица выбора ИС на эффекте Холла

IC эффекта Холла ABLIC

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.

Порядок 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 распределителя.
• Найдите клеммы источника 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.
• Запустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу.
• Обязательно обратите внимание на следующий сигнал (рис. 2). Это форма сигнала правильно работающего датчика Холла.Рабочий цикл 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 проверните 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 распределителя.
• Подключите активный конец щупа осциллографа к клемме < 2 > ( 0 ) жгута разъема.
  Напряжение должно составлять 10–12 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, проверьте, 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¸12В) 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.

Линейный датчик на эффекте Холла — рабочая и прикладная схема

ИС с линейным эффектом Холла — это магнитные сенсорные устройства, предназначенные для реагирования на магнитные поля для получения пропорционального электрического выходного сигнала.

Таким образом, он становится полезным для измерения напряженности магнитных полей и в приложениях, где требуется переключение выхода с помощью магнитных триггеров.

Современные ИС на эффекте Холла разработаны с учетом устойчивости к большинству механических нагрузок, таких как вибрации, толчки, удары, а также к влаге и другим атмосферным загрязнениям.

Эти устройства также невосприимчивы к колебаниям температуры окружающей среды, которые в противном случае могут сделать эти компоненты уязвимыми к нагреву, что приведет к неправильным результатам на выходе.

Как правило, современные линейные ИС на эффекте Холла могут оптимально работать в диапазоне температур от -40 до +150 градусов Цельсия.

Базовая схема расположения выводов

Ратиометрические характеристики с заданными характеристиками

Многие стандартные линейные ИС на эффекте Холла, такие как серия A3515 / 16 от Allegro или DRV5055 от ti.com, являются «ратиометрическими» по своей природе, в которых выходное напряжение и чувствительность устройств неактивны. изменяются в зависимости от напряжения питания и температуры окружающей среды.

Напряжение покоя обычно может составлять половину напряжения питания. Например, если мы считаем, что напряжение питания устройства составляет 5 В, в отсутствие магнитного поля его выходной сигнал покоя обычно будет равен 2.5 В и будет изменяться со скоростью 5 мВ на гаусс.

В случае увеличения напряжения питания до 5,5 В, напряжение покоя также будет соответствовать 2,75 В, а чувствительность достигнет 5,5 мВ / Гс.

Что такое динамическое смещение

ИС с линейным эффектом Холла, такие как A3515 / 16 BiCMOS, включают в себя запатентованную систему компенсации динамического смещения с помощью встроенного высокочастотного импульса, поэтому остаточное напряжение смещения материала Холла контролируется соответственно.

Остаточное смещение обычно может возникнуть из-за переформовки устройства, отклонений температуры или других стрессовых ситуаций.

Вышеупомянутая особенность обеспечивает эти линейные устройства значительно стабильным выходным напряжением покоя, хорошо защищенным от всех типов внешних негативных воздействий на устройство.

Использование линейной ИС с эффектом Холла

ИС с эффектом Холла может быть подключена с помощью указанных соединений, где выводы питания должны подключаться к соответствующим клеммам постоянного напряжения (регулируется).Выходные клеммы могут быть подключены к откалиброванному соответствующим образом вольтметру, чувствительность которого соответствует диапазону выходного сигнала Холла.

Рекомендуется подключение байпасного конденсатора 0,1 мкФ непосредственно к контактам питания ИС, чтобы защитить устройство от внешних наведенных электрических шумов или паразитных частот.

После включения устройству может потребоваться несколько минут периода стабилизации, в течение которого его нельзя эксплуатировать с магнитным полем.

Как только устройство стабилизируется по внутренней температуре, оно может подвергнуться воздействию внешнего магнитного поля.

Вольтметр должен немедленно зарегистрировать отклонение, соответствующее силе магнитного поля.

Определение плотности потока

Для определения плотности потока магнитного поля выходное напряжение устройства может быть нанесено на график и расположено по оси Y калибровочной кривой, пересечение выходного уровня с калибровочной кривой подтвердит соответствующее плотность потока на кривой оси X.

Области применения линейного эффекта Холла

1. Устройства с линейным эффектом Холла могут иметь различные области применения, некоторые из них представлены ниже:
2. Бесконтактные измерители тока для измерения тока, проходящего извне через проводник.
3. Измеритель мощности, идентичный описанному выше (измерение ватт-часов) Обнаружение точки срабатывания по току, в котором внешняя схема интегрирована с каскадом измерения тока для контроля и отключения указанного предела превышения тока.
4. Тензометрические измерители, в которых коэффициент деформации магнитно связан с датчиком Холла для обеспечения заданных выходных сигналов.
5. Приложения смещенного (магнитного) зондирования Детекторы черных металлов, в которых устройство на эффекте Холла сконфигурировано для обнаружения черных металлов посредством определения силы относительной магнитной индукции. Устройство Холла.
6. Джойстик с датчиком промежуточного положения Измерение уровня жидкости, еще одно важное приложение датчика Холла. Другими аналогичными приложениями, в которых в качестве основной среды наряду с устройством на эффекте Холла используется напряженность магнитного поля, являются: измерение температуры / давления / вакуума (с сильфонным узлом) Определение положения дроссельной заслонки или воздушного клапана Бесконтактные потенциометры.

Принципиальная схема с использованием датчика Холла

Сенсор на эффекте Холла, описанный выше, можно быстро настроить с помощью нескольких внешних частей для преобразования магнитного поля в электрические переключающиеся импульсы для управления нагрузкой.Простую принципиальную схему можно увидеть ниже:

В этой конфигурации датчик Холла преобразует магнитное поле в заданной близости и преобразует его в линейный аналоговый сигнал через свой «выходной» вывод.

Этот аналоговый сигнал можно легко использовать для управления нагрузкой или для питания любой желаемой схемы переключения.

Как увеличить чувствительность

Чувствительность вышеуказанной базовой схемы на эффекте Холла можно увеличить, добавив дополнительный PNP-транзистор с существующим NPN, как показано ниже:

Использование Opamp

Датчик Холла DRV5055 также может быть интеграция с операционным усилителем для включения переключателя приводит к реакции на магнитное приближение с устройством на эффекте Холла.

Здесь инвертирующий вход операционного усилителя установлен на фиксированное опорное значение 1,2 В с использованием двух диодов серии 1N4148, в то время как неинвертирующий вход операционного усилителя настроен на выход эффекта Холла для предполагаемого обнаружения.

Предустановка 1k используется для установки порога переключения, при котором операционный усилитель должен переключаться, в зависимости от силы и уровня близости магнитного поля, окружающего эффект Холла.

В отсутствие магнитного поля выходной сигнал датчика Холла остается ниже установленного порога входов операционного усилителя.

Как только выходной сигнал эффекта Холла превышает неинвертирующий порог операционного усилителя, установленный предустановкой и опорным уровнем инвертирующего входа, выход операционного усилителя становится высоким, в результате чего светодиод загорается. включить. Светодиод может быть заменен другим каскадом схемы для включения какой-либо другой желаемой нагрузки.

5.4: Применение устройств на эффекте Холла

Устройство на эффекте Холла — это простое устройство. По сути, это кусок полупроводника с подключенными и откалиброванными выводами.По этой причине устройства на эффекте Холла недороги, компактны и легко доступны. Как и большинство интегральных схем, эти устройства долговечны и долговечны, поскольку не имеют механических движущихся частей [57].

Устройства на эффекте Холла выпускаются двух типов: аналоговые и цифровые. Аналоговые устройства на эффекте Холла обычно интегрируются с усилителем и схемой, чтобы сделать выходной сигнал более линейным [57]. Некоторые устройства также содержат схемы, обеспечивающие стабильность устройств в более широком диапазоне температур, поскольку выходной сигнал датчиков на эффекте Холла может немного зависеть от температуры [57].Диапазон рабочих выходных напряжений этих устройств часто ограничивается схемой усилителя в отличие от датчика Холла [57]. Цифровые устройства на эффекте Холла содержат датчик на эффекте Холла, интегрированный с дополнительной схемой, такой как компаратор, для создания цифрового выхода [57].

Аналоговые устройства на эффекте Холла используются для измерения магнитного поля, температуры, тока, давления, положения и других параметров [57]. Например, чтобы сделать датчик температуры на эффекте Холла, магнит устанавливают на материал, который сжимается или расширяется при изменении температуры.Когда магнит движется, он изменяет магнитное поле в расположенном поблизости устройстве с эффектом Холла и тем самым генерирует напряжение на устройстве с эффектом Холла. Тот же эффект можно использовать для измерения давления или других параметров с использованием материала, который расширяется или сжимается при изменении давления или изменении других параметров. Ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле, окружающее провод. По этой причине эффект Холла можно использовать для создания амперметра, который можно установить поблизости, а не на пути тока.

Цифровые устройства на эффекте Холла используются в качестве переключателей или кнопок на клавиатуре. Если небольшой магнит установлен в кнопке, можно использовать устройство на эффекте Холла, чтобы определить, когда этот магнит прижимается к датчику эффекта Холла. Устройства на эффекте Холла также могут использоваться в качестве датчиков приближения для обнаружения ближайших ферромагнитных объектов [57]. Кроме того, цифровые устройства на эффекте Холла используются в считывателях магнитных карт [57]. Одно из наиболее распространенных применений — тахометры, устройства для измерения скорости вращения.Например, для измерения скорости вращения двигателя датчик Холла устанавливается рядом с ферромагнитной шестерней. См. Рис. \ (\ PageIndex {1} \). Когда зуб шестерни проходит через датчик, магнитное поле на датчике изменяется, и на устройстве с эффектом Холла индуцируется напряжение. Датчики на эффекте Холла используются для измерения скорости вращения двигателей, вентиляторов, магнитофонов и дисководов [57]. Соответственно, устройства на эффекте Холла используются в качестве датчиков расхода. Эти датчики используются в различных устройствах, от умягчителей воды до мониторов океанских течений [57].Для определения скорости потока установлена ​​лопасть, которая вращается в потоке воды. На лезвие установлены магниты, а рядом — датчик Холла. Когда лезвие проходит мимо датчика, магнитное поле на датчике изменяется и индуцирует напряжение в датчике эффекта Холла. Следуя тому же принципу, датчики на эффекте Холла используются для измерения скорости потока бумаги в копировальных аппаратах, игл в швейных машинах, сверл в сверлильных станках и бутылок на фабриках по розливу [57].

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Размещение датчика Холла, используемого в качестве тахометра.

В автомобилях используется несколько типов устройств на эффекте Холла.Датчики на эффекте Холла используются в качестве датчиков вращения для определения скорости передачи [57]. Они используются в качестве датчиков приближения для определения положения рычага переключения передач, положения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки [57]. Они также используются в дверных блокировках, в обнаружении заноса тормозов и в системах регулирования тягового усилия [57].

.