Ремонтируем датчик холла сами

Датчик Холла и зажигание автомобиля, схема установки и как он работает

Цифровой датчик Холла включает сложное соединение с полупроводникового кристалла, к примеру, антимонида индия, который установлен на алюминиевой подножке и вмонтирован прямо в чувствительную часть датчика. Плоскости кристалла являются прямо перпендикулярными рабочей части датчика, а соединительные проводники, идущие от кристалла, крепятся посредством ручки к электронной схеме, отвечающей за замыкание выходных контактов.

Проводник располагается к магниту так, что силовые магнитные линии проходят через кристалл датчика под прямым углом, в результате чего возникает магнитная индукция конкретной величины. Ток проходит посредством кристалла, который, во время помещения в магнитное поле образовывает электродвижущую силу на перпендикулярных сторонах полупроводника, что поступает в схему.

Эффект Холла наблюдается при прохождении проводника сквозь однородное магнитное поле. Дрейфующие единичные электроны являются носителями заряда и приводят в действие магнитное поле для применения силы Лоренца (сила, действующая в электромагнитном поле на заряженную частицу) непосредственно к этим носителям. Корпус датчика выполняется с неметаллического материала, поэтому очень мягко влияет на поле, не раздражая магнитные волны.

Назначение ДХ и принцип его функционирования

ДХ имеют много преимуществ, среди которых выделяются:

• небольшие размеры;
• прямоугольный формат электросигнала, что дает возможность мгновенно набирать конкретную константу без каких-либо скачков и всплесков.

Среди недостатков ДХ выделяют:

• чрезмерная чувств-сть к помехам ЭЛМ полей, возникающих в цепочке питания;
• более высокая стоимость ДХ относительно магнитоэлектрического устройства, обладающего при этом большей надежностью (с точки зрения теории).

В условном понимании ДХ можно разделить на 2 группы: линейные и логические. Другими словами, в одном из датчиков выход подразумевает линейность, в другом – логичность.

Схема зажигания БСК

Например, линейный датчик используется для вычисления незначительных сдвигов или для конструирования иных, менее упрощенных приборов. Кроме того, такой ДХ может быть использован, как сверхчувствительный компонент регулятора напряжения с химической основой.

Назначение логического датчика – вычисление наличия любых соединений с магнитными свойствами, что реализуется чувствительной областью ДХ.

Самое главное в применении ДХ – отлаженное и проверенное годами производство, ведь только таким образом обеспечивается полная и несомненная надежность изделия.

Датчики с магнитом – одни из самых распространенных приборов в автомобильной промышленности. Родившись в эру прогресса электро, они остались популярными до сих пор.

Взаимосвязь магнита и тока, выраженная тем, что трансформация импульса всегда связана с возникновением магнитного поля, привела к сегодняшним реалиям. Другими словами, контроль перемены силы тока в автомобильных системах зажигания регулируется с помощью ДХ.

ДХ – обязательный элемент современной бесконтактной системы зажигания. Кроме того, эти датчики нашли применение и в других автомобильных системах. Например, используются они в качестве счетчиков оборотов – тахометров, но обязательно в связке с постоянными магнитами.

Современный трамблер

ДХ состоят, как и говорилось выше, из пластины холла и магнита. Однако, это не аксиома, так как встречаются ДХ и без встроенного магнита.

Функционирование и назначение ДХ можно легко объяснить его составом. На прямоугольнике-полупроводнике, размером в несколько квадратных миллиметров или пленке, изготовленной из кристаллического материала имеются 4 электрода. Они предназначены для подвода тока и съема информации.

Принцип работы датчика холла

В целях исключения случайных механических сбоев, полупроводниковый материал крепится на прочной подложке, а пленка обрабатывается диэлектрическим веществом.

Чтобы обеспечить лучший эффект, толщина пластинки или пленки датчика делается как можно меньше.

ДХ применяются для бесконтактного контроля магнитной зоны. В некоторых случаях можно применять ДХ с вмонтированным ферритовым стержнем, что позволяет в разы увеличить КПД регулятора.

Еще один способ представить работу датчика холла, выглядит следующим образом.

• В ДХ имеется постоянный магнит, образующий магнитную зону.
• Пластина-полупроводник пересекает это самое поле, образуется преобразование – замыкание промежутка зубца, расположенного на распредвале.

Этот самый зуб называется репером (в геодезии – знак, метка).

• Итак, это самая точка в момент соприкосновения образует токоимпульс, подающийся к ЭБУ.
• Передаваемый импульс зависит полностью от амплитуды вращения распредвала. Это означает, что он поступает на различных временных промежутках.
• Импульс, как и говорилось, идет на ЭБУ.
• Последний раскодирует импульс, таким образом определяя положение ВМТ в 1-м цилиндре двигателя.
• Только после этого идет разрешение на поступление горючего в камеру сгорания с ее последующим возгоранием.

Примечательно, что несколько иначе функционирует аналогичный датчик дизельного мотора. Топливо в данном случае более тяжелое, что и определяет разницу. Датчик холла дизеля больше нужен для контроля прохождений поршней ВМТ. Таким образом, с наибольшей точностью выставляется отношение валов между собой.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

• на основании вывода;
• на основании операции.

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить по типу выхода:

• аналоговый;
• цифровой.

Датчики Холла с аналоговым выходом

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

Эти измерительные элементы имеют непрерывный линейный выход. Благодаря такому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «вкл.» и «выкл.». Эти датчики имеют дополнительный элемент — «триггер Шмитта», отличаясь этим от датчиков Холла с аналоговым выходом.

Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким.

Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

На основе операции

На основе операции датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

• биполярный;
• униполярный.

Биполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют как положительных, так и отрицательных магнитных полей для своей работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса — для его отключения.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы быть активированными. Эта же полярность задействуется для выключения датчика.

Как проверить датчик Холла

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

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео,  мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

Особенности датчика

Принцип работы

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

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

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

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

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

Для чего нужен щелевой датчик Холла в автомобилях

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

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

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

В большинстве случаев датчик Холла идёт в комплекте с сердечником. Также к устройству примыкает постоянный магнит. Именно он оказывает необходимое влияние на полупроводниковый кристалл.

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

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

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

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

Достоинства устройства и его применение

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

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

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

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

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

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

Принцип действия и типы

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

Историческая справка

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

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

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

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину. На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля

На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия

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

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения

Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

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

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

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

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.

Как проверить датчик Холла

Существует несколько методов проверки. Вкратце они выполняются так:

Проверка исправности датчика холла (схема)

• Создание имитации наличия датчика Холла. Такой метод проверки самый быстрый и подойдет если питание на узлах системы зажигания есть, но искры нет. Для этой цели с трамблера снимают трехштекерную колодку. Далее необходимо включить зажигание автомобиля, и соединить (замкнуть кусочком провода) выходы 3 и 2 (минусовой пин и контакт сигнала). Если в процессе на центральном проводе катушки зажигания появится искра — значит, датчик вышел из строя. Заметьте что, дабы выявить искрообразование, нужно держать высоковольтный провод у массы.
• Проверка датчика Холла мультиметром, самый распространенный метод. При такой проверке используют мультиметр (тестер). Для этого лишь достаточно измерить напряжение на выходе датчика. Если он исправен, то напряжение должно находиться в пределах 0,4…11 В.
• Замена неисправного устройства на заведомо рабочее. Его можно взять у знакомых, имеющих машину с таким же датчиком. Если после замены беспокоящие вас проблемы исчезнут, придется покупать и менять датчик Холла на новый.

Проверка датчика Холла

Датчик Холла, проверка при помощи мультиметра.

Еще один распространенный метод заключается в проверке наличия сопротивления на датчике. Для этого необходимо сделать несложный прибор, состоящий из резистора сопротивлением 1 кОм, светодиода и гибких проводов. К ножке светодиода припаивается сопротивление, а к нему два провода такой длины, которая удобна для работы (не короткие).

Потом снимают крышку распределителя, отсоединяют трамблер и штекерную коробку. Далее проверяют исправность электрической цепи. Для этого электронный мультиметр (вольтметр) подключается к 1 и 3 клемме, после чего включается зажигание автомобиля. При нормальных условиях, полученное на экране измерительного прибора значение, должно находится в пределах 10…12 В.

Далее аналогично подсоединяем на те же клеммы сконструированное устройство. Если вы угадали с полярностью — светодиод загорается. В противном случае необходимо поменять местами провода. Дальнейшая процедура заключается в следующем:

• провод, подсоединенный к первой клемме, не трогаем;
• конец с третьей клеммы перекидываем на свободную вторую;
• проворачиваем распределительный вал (вручную или с помощью стартера).

Если в процессе поворота вала светодиод моргает, значит, все в порядке, и датчик Холла не нуждается в замене.

Стоит отметить, что процесс проверки датчика Холла на ВАЗ 2109, Ауди 80, Фольксваген Пассат Б3 и других машинах проводится по одинаковой схеме. Разница состоит лишь в расположении отдельных частей под капотом автомобиля.

Цифровой датчик Холла в конструкции автомобиля

Теперь, когда принципы работы, устройство датчика Холла и то, для чего он вообще нужен, стали более-менее понятны, можно углубиться в рассмотрение его функционирования именно в конструкции машины

Для начала обратим внимание на его физическое состояние. Большинство современных датчиков Холла, устанавливаемых на мотор, представляют собой составляющую трамблёра

Она устанавливается неподалёку от распредвала и имеет в своей конструкции магнитопроводящую пластину, с виду напоминающую корону. Последняя имеет n-ое количество прорезей (их число всегда равняется числу цилиндров двигателя), а также дополняется основой датчика тока на эффекте Холла – магнитом.

В процессе вращения распредвала его лопасти поочерёдно проходят прорези ранее отмеченной пластины датчика, что вызывает появления напряжения. Последнее формирует электрический импульс, передающийся сначала на коммутатор, а затем на катушку зажигания и другие электронные узлы автомобиля. В итоге, в системе зажигания с датчиком Холла он выполняет две основные функции:

• Запускает искрообразование на концах свечей зажигания посредством преобразования напряжения Холла в высокую напряжённость магнитного поля;
• Оповещает другие узлы автомобиля, которым требуется знать положение распредвала и коленвала, о таковом в данный момент времени.

Подобные характеристики узла делают из него довольно-таки важную составляющую системы зажигания, без правильной работы которой, функционирование мотора зачастую невозможно. Теперь, наверное, уже всем полностью понятно – зачем нужен этот пресловутый «холловский» идентификатор. Отметим, что данная деталь успешно применяется как на одноконтактных, так и двухконтурных системах зажигания. Более того, двухконтурное зажигание с одним датчиком Холла довольно-таки популярно.

Подключение датчика Холла предусматривает использование трёх клемм:

• первая идёт на «массу»;
• вторая — на плюс с входным напряжением порядка 6 Вольт;
• третья является «выходной» и отправляет преобразованное напряжение на коммутатор.

Распиновка у датчика простейшая и, как правило, не отличается от представленной ниже (то есть, провода датчика Холла зачастую подключаются по следующей схеме):

Вопросы по типу:

• Как проверить датчик Холла?
• Где находится датчик Холла?
• Как заменить датчик Холла?
• Как подключить датчик Холла?
• Как поменять его на новый?

Требуют от автомобилиста знаний того, как выглядит этот элемент системы зажигания, отвечающий за правильное искрообразование. К счастью, нужная деталь до безобразия проста как в ремонте, так и во внешнем виде. В типовом варианте датчик Холла, поставленный на абсолютно любой автомобиль, выглядит следующим образом:

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.