Датчик Холла принцип работы | КакУстроен.ру

Датчик Холла своим появлением обязан американскому учёному-физику Эдвину Холлу, который в 1879 году совершил важное открытие гальваномагнитного явления. Практическая ценность эффекта Холла такова, что датчик, изготовленный на его основе, применяется в самых разных приборах и поныне. Сложное на первый взгляд устройство датчика не является таковым, если детально в нём разобраться. Итак, как же работает датчик Холла?

Датчик Холла: на самом деле – всё просто

Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой (ЭДС) Холла. При этом показатель напряжения изменится на величину от 0,4 В до 3 В.

Таким образом, датчик Холла имеет не слишком сложный для понимания принцип работы. Для большей ясности стоит привести наглядный пример. Для создания эффекта Холла понадобятся тонкая пластинка-полупроводник, источник электрического тока, постоянный магнит, провода. Ток пропускается между двумя сторонами пластинки, параллельными друг другу. К двум другим сторонам крепятся провода. Одновременно с этим к полупроводнику подносится постоянный магнит. Это и есть генератор Холла.

Можно сделать его импульсным. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём. Такая щелевая конструкция и принцип работы характерны для всех датчиков Холла.

От теории – к практике. Датчик холла: принцип работы и назначение современных генераторов

Практическое применение ЭДС Холла началось далеко не сразу после её открытия, так как полупроводники с нужными свойствами научились изготавливать промышленным способом лишь через несколько десятков лет.

Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными. Новую жизнь в судьбу датчика Холла привнесло развитие микроэлектроники, когда были придуманы микросхемы. Их стали активно использовать в генераторах Холла. Благодаря этому был налажен выпуск миниатюрных датчиков, которые могут быть линейными (датчики тока, вибрации, положения, расхода и т.п.) и логическими (датчики приближения, частоты вращения, импульсов и т.д.), цифровыми и аналоговыми.

С помощью датчика Холла стали успешно измерять ток, мощность, скорость, расстояние. Даже в CD-приводе любого персонального компьютера используется ЭДС Холла. 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. Датчик Холла полезен тем, что он считывает и предоставляет электронному блоку управления информацию, нужную для нормальной работы автомобиля.

Несомненные преимущества датчика Холла – его дешевизна, неприхотливость, долговечность и бесконтактность. Надёжность прибора обусловлена тем, что в нём отсутствуют физически взаимодействующие (трущиеся друг о друга) детали.

Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?

На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.

[contents]

Датчик Холла принцип работы

Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?

Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.

Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.

Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.

Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.

Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.

В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.

 

Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.

Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

• мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
• на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
• при движении машина внезапно глохнет;
• на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

 

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

 

Устройство датчика Холла

Физик Холл открыл принцип, который впоследствии позволил создать датчик его имени. Этот прибор относится к категории магнитоэлектрических устройств и, фактически, является датчиком магнитного поля. Устройство датчика Холла имеет два основных конструктивных варианта. По принципу действия, эти приборы могут быть цифровыми и аналоговыми.

С помощью цифровых датчиков производится определение поля, то есть, его наличие или отсутствие. При достижении индукцией определенного значения, датчик выдает результат. Однако, слабая индукция не позволяет зафиксировать наличие поля, что является минусом этого прибора.

Конструкции аналоговых датчиков Холла позволяют преобразовывать индукцию в напряжение. Полученная величина будет зависеть от силы поля и его полярности.

Принцип работы датчика Холла

Датчики Холла являются составной частью различных приборов. В большинстве случаев, они используются для измерения напряженности магнитного поля. Широкое применение эти устройства нашли в системах зажигания автомобилей, благодаря возможностям бесконтактного действия.

Бесконтактное воздействие объясняется следующими факторами. Было замечено, что при помещении пластины, находящейся под напряжением, в магнитное поле, электроны, находящиеся в этой пластине будут отклоняться в перпендикулярном направлении с магнитным потоком. В данном случае, полярность магнитного поля оказывает непосредственное влияние на направление этого отклонения. Таким образом, будет наблюдаться разница плотности электронов на противоположных концах пластины. Это приводит к созданию разности потенциалов, улавливаемой датчиками Холла.

Проверка работоспособности датчика Холла

Чаще всего, с проблемой работоспособности датчика сталкиваются автомобилисты. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный. Во многих случаях, это помогает полностью решить проблему.

Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Для изготовления этого устройства, необходимо взять колодку распределителя зажигания с тремя штекерами и небольшой кусок провода.

Чтобы произвести диагностику, можно использовать обычный тестер. При неисправности датчика, тестер будет показывать менее 0,4 вольта. Проверка наличия искры осуществляется при включенном зажигании. В этом случае, концы провода соединяются с определенными выходами в коммутаторе. Однако, как уже говорилось, наиболее оптимальным вариантом является замена неисправного прибора.

Датчик Холла — что это? Описание, принцип действия

Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.

Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.

В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.

Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).

Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.

В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.

Недостатки датчика

Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.

Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.

Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.

• < Назад
• Вперёд >

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.

принцип работы и области применения

Эффект Холла получил своё имя благодаря учёному Э.Г.Холлу, открывшему его в 1879 году при работе с тонкими золотыми пластинками. Эффект заключается в появлении напряжения при помещении проводящей пластинки в магнитное поле. Это напряжение так и назвали – холловское напряжение. Промышленное применение этого эффекта стало возможным лишь спустя 75 лет после открытия, когда стали производиться полупроводниковые плёнки с определёнными свойствами. Так появился датчик Холла, принцип работы которого основан на одноимённом эффекте. Этот датчик представляет собой прибор для измерения напряжённости магнитного поля. На его основе создаются и многие другие приборы: датчики углового и линейного перемещения, магнитного поля, тока, расхода и т.д. Датчик Холла имеет ряд преимуществ, благодаря которым и получил широкое распространение. Во-первых, бесконтактное срабатывание исключает механический износ. Во-вторых, он прост в использовании при довольно низкой стоимости. В-третьих, прибор имеет маленький размер. В-четвёртых, изменение частоты срабатывания не приводит к смещению самого момента измерения. В-пятых, электрический сигнал датчика не имеет характера всплеска, а при включении сразу набирает постоянную величину. Другие его плюсы: передача сигнала без икажения, бесконтактный характер самой передачи сигнала, практически безграничный срок эксплуатации, большой диапозон частот и т.д. Однако у него есть и свои минусы, основными из которых являются чувствительность к электромагнитным помехам в цепи питания и изменению температуры.

Принцип работы датчика Холла. Датчик Холла — это щелевая конструкция, с одной стороны которой расположен полупроводник, а с другой – постоянный магнит. При протекании тока в магнитном поле на электроны действует сила, вектор которой перпендикулярен и току, и полю. При этом на боковых сторонах пластины появляется разность потенциалов. В зазоре датчика находится экран, через который замыкаются силовые линии. Он препятствует образованию на пластинке разности потенциалов. Если в зазоре не будет экрана, то под действием магнитного поля с пластинки полупроводника будет сниматься разность потенциалов. При прохождении экрана (роторной лопасти) через зазор индукция на интегральной микросхеме будет нулевая, а на выходе появится напряжение.

Датчик Холла и приборы на его основе очень широко используются в авиационной, автомобильной промышленности, в приборостроении и многих других отраслях. Их выпускают такие известные фирмы, как Siemens, Micronas Intermetall, Honeywell, Melexis, Analog Device и многие другие.Наиболее распространён так называемый ключевой датчик Холла, выход которого меняет логическое состояние в случае, если магнитное поле превышает определённую величину. Особенно широко применяются эти датчики в бесколлекторных электродвигателях в качестве датчиков положения ротора (ДПР). Логические датчики Холла используют в устройствах синхронизации, системе зажигания, считывателях магнитных карт, ключей, в бесконтактных реле и т.д. Широко применяются интегральные линейные датчики, которые используют для измерения линейного или углового перемещения и электрического тока.