Датчик Холла: как проверить датчик холла, как он работает и для чего нужен

Эффект Холла

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

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

До 1950-х годов, когда впервые создали регистратор микроволнового излучения, эффект Холла не применялся за пределами лабораторий. В массовое плавание запущен изготовителями компьютерных клавиатур – концерны оказались заинтересованы в отыскании бесконтактного пути регистрации положения клавиш и нашли таковой в 1968 году. Твердотельный датчик, изобретённый в 1965 году Джо Мопином и Эверетом Вортманом, сильно улучшил характеристики оборудования. Сейчас в промышленности отмечается ежегодный прирост потребности в сенсорах Холла, по оценкам, топовая пятёрка компаний-производителей собирает доход в 2 млрд. долларов.

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

Посмотрим, как работает датчик Холла. Представим полосу полупроводника, вдоль которой протекает постоянный ток. В отсутствие внешних возмущений внутри создаётся электрическое поле, приводящее в движение носители заряда. Предположим, теперь перпендикулярно поверхности полосы возникают линии постоянного магнитного поля. Возникающая сила Лоренца станет по правилу левой руки действовать на ход процесса. Напомним, что направление определяется так: «Если поместить левую руку так, чтобы линии магнитного поля оказались перпендикулярны ладони, а вытянутые пальцы смотрели в направлении движения зарядов (в физике – положительно заряженных частиц, а не отрицательных электронов), отогнутый на 90 градусов большой палец укажет в сторону действия силы Лоренца».

Загадки в эффекте Холла нет. Формула Лоренца предложена на добрый десяток лет позже – в 1892 году – прежде, чем люди узнали, что пластинка золота формирует разность потенциалов на торцах при протекании постоянного электрического тока. О влиянии магнитного поля на проводники в 1831 году однозначно высказывался Майкл Фарадей, благодаря тайному поклоннику которого мир узнал о генераторах и двигателях. Поныне неизвестно, кем придуман первый мотор постоянного тока. При обратном включении работающий генератором.

Эффект Холла открыт в 1879 году на базе университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Эдвин пытался проверить теорию Кельвина, озвученную тридцатью годами ранее, активно работал над изучением действия магнитного поля на золотую пластинку. Учёный ввёл коэффициент, показывающий продуцируемый эффект в зависимости от произведения приложенного магнитного поля и протекающего тока. Очевидно, что величина зависит от свойств материала. Момент уже обсуждался.

Эффект Холла

Интеграция и проверка

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

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

Проверка и замена датчика холла

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

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

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

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

Назначение и принцип работы датчика Холла

Датчик Холла берет название от фамилии изобретателя, который в 1879 г открыл гальваномагнитное явление. Его суть заключается в возникновении разницы потенциалов при помещении проводника в магнитное поле, что вызывает поступление на него постоянного электрического тока. Датчик использует описанный выше эффект в условиях установленного под напряжением внутри прибора проводника, на который воздействует магнитное поле, пересекающее его поперек, и создает электродвижущую силу.

Принцип работы устройства основан на фиксации присутствия или отсутствия магнитного поля. При достижении силы индукции определенного значения, датчик показывает наличие поля. Если показатель ниже установленного значения, датчик указывает на его отсутствие. Чувствительность прибора определяется способностью фиксировать магнитное поле различной индуктивности, и может изменяться в зависимости от необходимых требований.

Автомобильный датчик Холла предназначен для измерения импульсов, на основании которых электроника блока управления зажиганием дает команду образования искры в необходимый для этого момент. Конструктивно прибор состоит из следующих частей:

Постоянного магнита.
Стального экрана с несколькими прорезанными отверстиями.
Полупроводниковых пластин.

Из датчика выходит разъем, содержащий 3 клеммы:

Первый выход соединяется с «массой».
Второй предназначен для подключения напряжения 6 В.
Третий подает преобразованный импульсный сигнал в коммутатор.

В большинстве случаев датчик располагают на трамблере. Он определяет момент подачи искры и используется вместо контактов. Существует цифровая модификация датчика, которая бывает биполярная и униполярная. Первый тип срабатывает при смене полярности, а второй при появлении поля.

Способы диагностики работоспособности

При обнаружении некорректной работы датчиков Холла необходимо прозвонить цепи тестовым прибором. Проверка позволяет убедиться в неисправности сенсора или обнаружить другие поломки. Датчики систем зажигания проверяют путем замыкания контактов колодки или имитацией движения распределительного диска через рабочий зазор сенсора.

… о диагностике датчика

В лабораторных условиях применяют осциллографы, позволяющие снять точный рабочий график датчика на базе принципа Холла. Также используют приборы на базе контроллеров Arduino.

Проверка мультиметром

Для тестирования необходимо взять цифровой прибор и переключить устройство в режим замера постоянного напряжения. Затем следует выполнить подключение щупов к сигнальным контактам и включить датчик (например, прокрутить коленчатый вал мотора стартером). Нужные пины в разъеме определяют опытным путем или по схеме. Исправный сенсор подает импульсы напряжением от 0,4 до 11 В. Поломанный датчик не срабатывает при прокручивании индикаторного кольца. Напряжение между корпусом датчика и кузовом автомобиля должно равняться 0 В.

Для проверки индуктивных датчиков с 2 проводами необходимо выставить тестовый прибор в режим определения переменного напряжения. После включения зажигания следует проверить показания мультиметра (прокручивать вал мотора стартером не требуется). Для теста первый щуп прибора прикладывают к кузову, а второй – к контактам в колодке датчика. На исправном сенсоре вольтметр покажет напряжение на каждом выводе. Если сигнал отсутствует хотя бы на 1 пине, то датчик неисправен.

Альтернативный метод проверки 2-контактного сенсора предусматривает тестирование на работающем двигателе. Необходимо аккуратно установить щуп в разъеме датчика, а второй приложить к болту на кузове машины. Прибор должен показывать плавающее значение напряжения (в диапазоне от 0 до 5 В, значение зависит от модификации сенсора). При отсутствии сигнала датчик неисправен.

Мультиметр тестирует датчик холла в режиме замера напряжения.

Создание имитации

Методика подходит только для проверки трамблеров. Для тестирования необходимо отсоединить штекер проводки и замкнуть контакты куском провода, предварительно изучив распиновку колодки.

… о способе диагностики

При включенном зажигании должна появляться искра, по которой автомеханик узнает о необходимости замены датчика Холла.

Можно протестировать устройство другим способом:

Снять крышку с трамблера и уложить металлический наконечник рядом с элементом кузова (например, любой шпилькой на двигателе).
Включить систему зажигания и провести стальной пластиной через воздушный зазор датчика, имитируя работу распределителя. Толщина элемента будет влиять на показания, поэтому требуется подобрать планку, соответствующую по габаритам штатному диску. Если датчик исправен, то между контактом и болтом будет проскакивать искра.

Замена рабочим датчиком

Если в автомобиле или гараже имеется запасной датчик, то замена элемента позволяет быстро уточнить состояние старого сенсора. Для выполнения работ понадобится разобрать узел (например, распределитель зажигания) либо отвернуть крепежные болты или винты. Допускается устанавливать только совместимый датчик, при использовании детали другой модели сигнал будет ошибочным из-за неправильного зазора между магнитом и микросхемой.

Замена рабочим датчиком позволяет уточнить состояние сенсора.

Проверка сопротивления

Для проведения тестирования понадобится самодельный прибор, состоящий из последовательно соединенных светодиода и резистора сопротивлением 1–1,5 кОм. Для удобства использования к ножке сопротивления и выводу индикатора следует припаять отрезки медного многожильного провода. В качестве источника питания используют АКБ автомобиля напряжением 12 В.

Инструкция:

Открыть крышку трамблера и снять колодку с датчика.
При включенном зажигании проверить наличие напряжения в цепи питания. Замер выполняют вольтметром, подключенным к точкам 1 и 3 на сенсоре. При исправной проводке прибор покажет 11,5–12 В.
Подсоединить тестовый прибор для определения полярности. Светодиод устроен таким образом, что свечение возникает только при корректной коммутации.
Подключить вывод от клеммы № 2 в соответствии со схемой, а затем прокрутить силовой агрегат стартером. При исправном датчике лампа будет мигать с частотой, соответствующей интенсивности вращения задающего диска. Если индикатор не загорается или включается через раз, то датчик считается неисправным и требует замены.

Что это такое

Датчиком Холла называют контроллер, который находится в трамблере и является одним из его ключевых компонентов. Трамблер, в свою очередь, это прерыватель-распределитель.

Располагается датчик Холла (ДХ) непосредственно около трамблерного вала, где крепится специальная пластина магнитопроводящего типа. Внешне она напоминает корону. В этой пластине предусмотрено точно такое же количество прорезей, как число цилиндров в конкретной силовой установке. Потому если у вас машина с 6 цилиндрами, то и прорезей будет ровно 6 единиц. Непосредственно внутри контроллера предусматривается установка постоянного магнита.

Теперь что касается принципа действия. Если немного разбираться в этом вопросе, ничего сложного вы здесь не увидите.

При вращении вала металлические лопасти проходят поочередно через прорези в рассматриваемом контроллере, то есть в ДХ. В результате вращения происходит выработка импульсного напряжения.

Это напряжение, за счет наличия коммутатора, попадает непосредственно на катушку системы зажигания. Здесь происходит процесс преобразования в высокое напряжение. В результате оно оказывается на свечах зажигания. В конструкции ДХ предусмотрено использование сразу 3 различных клемм. Первая служит для соединения с массой, а вторая получает плюс, принимая напряжение номиналом около 6 В. Еще есть третья клемма, с которой уходит импульсный сигнал к коммутатору после преобразования.

Примерно так можно описать принцип работы рассматриваемого датчика.

Симптомы неисправностей

Признаки неполадок, связанные с этим датчиком, могут проявляться по-разному. Порой даже опытные автомастера не могут с первого раза понять, почему двигатель работает с перебоями.

ДХ устанавливаются на целый ряд автомобилей:

на Ниве от АвтоВАЗа;
ВАЗ 2109 (карбюратор и инжектор);
Фольксваген Пассат Б3;
Ауди 80;
Мазда 626;
Фольксваген Гольф 3 поколения;
Мазда 323;
ВАЗ 21099;
Фольксваген Бора;
Шевроле Нива;
Опель Кадет и пр.

Прежде чем проверять устройство, должен появиться соответствующий повод заподозрить в неполадках именно датчик Холла.

Машина обычно дает сама понять, что устройство требует замены или хотя бы диагностики.

Выделяют несколько основных симптомов неисправностей.

Автомобилист может узнать о возможных проблемах с датчиком холла по следующим признакам:

двигатель глохнет;
мотор вообще не хочет запускаться;
при работе на холостом ходу ощущаются перебои;
мотор на холостых оборотах работает с рывками;
при движении автомобиль дергается, когда обороты повышаются;
двигатель просто глохнет, когда вы едите по дороге;
автомобиль немного трясет;
его то тянет вперед, то назад, хотя педаль газа в неизменном положении.

Это конечно косвенные признаки, но на них обязательно нужно обратить внимание. Одним из первых подозреваемых в подобных ситуациях будет ДХ

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.

Достоинства устройства

У датчика Холла много достоинства. Главное — отсутствие контактов и, как следствие, надежность. Нет деталей, которые при езде трутся друг о друга. Датчик содержит только твердотельную электронику.

Устойчивость к ударам и вибрации тоже высока. Прибор может работать в широком диапазоне магнитных частот — до 100 кГц. Он не дает сбои при работе в экстремальных температурных условиях, способен выдержать до +150 градусов и до -40. Производительность двигательной системы благодаря датчику намного повышается.

Автопроизводители обычно используют датчик для контроля скоростного режима валов и колес. Также его применяют в бесщеточных двигателях, работающих от постоянного тока — в них он определяет место нахождения постоянного магнита.

Датчик Холла увеличивает эффективность двигательной системы, повышает ее ресурс. Отвечает за коммуникацию систем машины. Конструктивные особенности прибора зависят от возложенных на него функций. Время от времени прибор нужно проверять. Как правило, проверку проводят при помощи осциллографа.

Где применяется и находится датчик Холла

Как уже было сказано ранее, устройство активно устанавливается в автомобилях. Первое, где используется подобный прибор, – это система зажигания. Аналоговый датчик играет роль преобразователя, коммутирующего питание. Помимо этого, он используется для регистрации положения отдельных компонентов в автомобиле, например, распределительного или коленчатого вала. Также часто датчик работает в качестве беспроводного контакта.Устройство, как правило, располагается вблизи вала трамблера. Там же крепится магнитопроводящая пластина в виде ротора с лопастями. Количество прорезей соответствует количеству цилиндров в двигателе. Узнать, где находится датчик Холла конкретно для своей модели авто, вы можете непосредственно в техническом руководстве по эксплуатации или на специализированных форумах. Датчик обладает несколькими преимуществами, благодаря которым его применение в конструкции автомобиля рационально, а в отдельных случаях даже выгоднее герконовых реле. В этот список входит:

увеличение производительности двигателя;
является обязательным элементом в конструкции спидометра и тахометра;
повышает безопасность вождения авто (способен обеспечить пуск антиблокировочной тормозной системы).

Проверка датчика Холла

Есть несколько вариантов, как проверить датчик Холла, как проанализировать функциональность. Выбирают самый доступный способ или подходящий под сложившиеся условия — все методы действенные

Надо знать, как датчик Холла выглядит, проверка также подразумевает, знание, как устроена распиновка.