Hallov senzor: princíp činnosti, typy, použitie, spôsob kontroly

Pre efektívnu prevádzku všetkých systémov moderného automobilu výrobcovia vybavujú vozidlo rôznymi elektronickými zariadeniami, ktoré majú oproti mechanickým prvkom viac výhod.

Každý snímač má veľký význam pre stabilitu činnosti rôznych komponentov stroja. Zvážte vlastnosti Hallovho snímača: aké typy existujú, hlavné poruchy, princíp činnosti a kde sa používa.

Čo je Hallov senzor v aute

Hallov senzor je malé zariadenie, ktoré má elektromagnetický princíp činnosti. Aj v starých automobiloch sovietskeho automobilového priemyslu sú tieto snímače k ​​dispozícii - riadia činnosť benzínového motora. Ak zariadenie nefunguje správne, motor stratí najlepšie stabilitu.

Používajú sa na činnosť zapaľovacieho systému, distribúciu fáz v mechanizme distribúcie plynu a ďalšie. Aby ste pochopili, aké poruchy súvisia s poruchou senzora, musíte pochopiť jeho štruktúru a princíp činnosti.

Na čo slúži Hallov senzor v automobile?

Na zaznamenávanie a meranie magnetických polí v rôznych častiach vozidla je potrebný Hallov senzor v automobile. Hlavné použitie HH je v systéme zapaľovania.

Prístroj umožňuje bezkontaktne určiť konkrétne parametre. Senzor vytvára elektrický impulz, ktorý smeruje do spínača alebo ECU. Ďalej tieto zariadenia vysielajú signál na generovanie prúdu na vytvorenie iskry vo sviečkach.

Stručne o princípe práce

Princíp fungovania tohto zariadenia objavil v roku 1879 americký fyzik E.G. Hala. Keď polovodičová oblátka vstúpi do oblasti magnetického poľa permanentného magnetu, generuje sa v ňom malý prúd.

Po ukončení magnetického poľa nevzniká žiadny prúd. K prerušeniu vplyvu magnetu dochádza prostredníctvom štrbín v oceľovej clone, ktorá je umiestnená medzi magnetom a polovodičovou doštičkou.

Kde sa nachádza a ako vyzerá?

Hallov efekt našiel uplatnenie v mnohých automobilových systémoch, ako napríklad:

• Určuje polohu kľukového hriadeľa (keď je piest prvého valca v hornej úvrati kompresného zdvihu);
• Určuje polohu vačkového hriadeľa (na synchronizáciu otvárania ventilov v mechanizme distribúcie plynu v niektorých modeloch moderných spaľovacích motorov);
• V ističi systému zapaľovania (na rozdeľovači);
• V tachometri.

V procese otáčania hriadeľa motora snímač reaguje na veľkosť štrbín zubov, z ktorých sa generuje nízkonapäťový prúd, ktorý sa dodáva do spínacieho zariadenia. Akonáhle je v zapaľovacej cievke, signál sa prevedie na vysoké napätie, ktoré je potrebné na vytvorenie iskry vo valci. Ak je snímač polohy kľukového hriadeľa poškodený, motor nie je možné naštartovať.

Podobný snímač je umiestnený v prerušovači bezkontaktného zapaľovacieho systému. Po jeho spustení sa prepnú vinutia zapaľovacej cievky, čo umožňuje vytvárať náboj na primárnom vinutí a vybíjať ho zo sekundárneho.

Fotografia nižšie ukazuje, ako snímač vyzerá a kde je nainštalovaný v niektorých vozidlách.

V distribútorovi

Snímač kľukového hriadeľa

Snímač vačkového hriadeľa

Senzor otáčkomera

Hallov snímač v elektromotore

zariadenie

Jednoduché Hallove senzorové zariadenie pozostáva z:

• Permanentný magnet. Vytvára magnetické pole, ktoré pôsobí na polovodič, v ktorom sa vytvára nízkonapäťový prúd;
• Magnetický obvod. Tento prvok vníma pôsobenie magnetického poľa a vytvára prúd;
• Rotujúci rotor. Jedná sa o kovovú zakrivenú dosku, ktorá má štrbiny. Keď sa hriadeľ hlavného zariadenia otáča, listy rotora striedavo blokujú účinok magnetu na tyči, ktorý vo vnútri vytvára impulzy;
• Plastové škatule.

Typy a rozsah

Všetky Hallove senzory spadajú do dvoch kategórií. Prvá kategória je digitálna a druhá analógová. Tieto zariadenia sa úspešne používajú v rôznych odvetviach vrátane automobilového priemyslu. Najjednoduchším príkladom tohto senzora je DPKV (meria polohu kľukového hriadeľa pri otáčaní).

Element analógového Hallovho snímača

V iných odvetviach sa podobné zariadenia používajú napríklad v práčkach (bielizeň sa odváži na základe rýchlosti otáčania plného bubna). Ďalšou bežnou aplikáciou takýchto zariadení je klávesnica počítača (malé magnety sú umiestnené na zadnej strane klávesov a samotný snímač je inštalovaný pod elastickým polymérnym materiálom).

Profesionálni elektrikári pri meraní sily prúdu v kábli bez kontaktu používajú špeciálne zariadenie, v ktorom je nainštalovaný aj Hallov senzor, ktorý reaguje na silu magnetického poľa vytvoreného vodičmi a dáva hodnotu zodpovedajúcu sile magnetický vír.

V automobilovom priemysle sú Hallove senzory integrované do rôznych systémov. Napríklad v elektrických vozidlách tieto zariadenia monitorujú nabitie batérie. Poloha kľukového hriadeľa, škrtiaci ventil, rýchlosť kolesa atď. - to všetko a mnohé ďalšie parametre určujú Hallove senzory.

Lineárne (analógové) Hallove snímače

V takýchto snímačoch napätie priamo závisí od sily magnetického poľa. Inými slovami, čím bližšie je snímač k magnetickému poľu, tým vyššie je výstupné napätie. Tieto typy zariadení nemajú Schmidtovu spúšť a spínací výstupný tranzistor. Napätie v nich je odoberané priamo z operačného zosilňovača.

Výstupné napätie analógových snímačov s Hallovým javom môže byť generované buď permanentným magnetom alebo elektrickým magnetom. Záleží aj na hrúbke platní a sile prúdu, ktorý touto platňou preteká.

Logika diktuje, že výstupné napätie snímača možno neobmedzene zvyšovať so zvyšujúcim sa magnetickým poľom. V skutočnosti nie je. Výstupné napätie zo snímača bude obmedzené napájacím napätím. Špičkové výstupné napätie na snímači sa nazýva saturačné napätie. Keď sa dosiahne tento vrchol, je zbytočné pokračovať v zvyšovaní hustoty magnetického toku.

Na tomto princípe fungujú napríklad prúdové kliešte, pomocou ktorých sa meria napätie vo vodiči bez kontaktu so samotným drôtom. Lineárne Hallove senzory sa používajú aj v zariadeniach, ktoré merajú hustotu magnetického poľa. Takéto zariadenia sú bezpečné na používanie, pretože nevyžadujú priamy kontakt s vodivým prvkom.

Príklad použitia analógového prvku

Na obrázku nižšie je znázornený jednoduchý obvod snímača, ktorý meria silu prúdu a funguje na princípe Hallovho javu.

A - vodič; B - otvorený magnetický krúžok; С – analógový Hallov snímač; D - zosilňovač signálu

Takýto prúdový snímač funguje veľmi jednoducho. Keď sa na vodič aplikuje prúd, okolo neho sa vytvorí magnetické pole. Senzor zachytáva polaritu tohto poľa a jeho hustotu. Ďalej sa v snímači vytvorí napätie zodpovedajúce tejto hodnote, ktoré sa privádza do zosilňovača a potom do indikátora.

Digitálne Hallove snímače

Analógové zariadenia sa spúšťajú v závislosti od sily magnetického poľa. Čím vyššie je, tým viac napätia bude v senzore. Od zavedenia elektroniky do rôznych riadiacich zariadení získal halový senzor logické prvky.

Prvok digitálneho Hallovho snímača

Zariadenie buď detekuje prítomnosť magnetického poľa, alebo ho nezistí. V prvom prípade to bude logická jednotka a signál sa odošle do akčného člena alebo riadiacej jednotky. V druhom prípade (aj pri veľkom, ale nedosahujúcom hraničnom prahu, magnetickom poli) zariadenie nezaznamenáva nič, čo sa nazýva logická nula.

Na druhej strane sú digitálne zariadenia unipolárne a bipolárne. Stručne sa pozrime, aké sú ich rozdiely.

Unipolárne

Pokiaľ ide o unipolárne možnosti, sú spustené, keď sa objaví magnetické pole iba s jednou polaritou. Ak k senzoru prinesiete magnet s opačnou polaritou, zariadenie nebude vôbec reagovať. Deaktivácia zariadenia nastane, keď sa sila magnetického poľa zníži alebo úplne zmizne.

Požadovanú mernú jednotku vydá zariadenie v okamihu, keď je sila magnetického poľa maximálna. Kým sa nedosiahne táto prahová hodnota, zariadenie bude zobrazovať hodnotu 0. Ak je indukcia magnetického poľa malá, zariadenie ju nemôže opraviť, a preto ukazuje nulovú hodnotu. Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje presnosť meraní prístrojom, je jeho vzdialenosť od magnetického poľa.

Bipolárne

V prípade bipolárnej modifikácie sa zariadenie aktivuje, keď elektromagnet vytvorí špecifický pól, a deaktivuje sa, keď sa použije opačný pól. Ak je magnet odstránený, keď je snímač zapnutý, zariadenie sa nevypne.

Vymenovanie HH v systéme zapaľovania auta

Hallove snímače sa používajú v bezkontaktných zapaľovacích systémoch. V nich je tento prvok inštalovaný namiesto posúvača prerušovača, ktorý vypína primárne vinutie zapaľovacej cievky. Na obrázku nižšie je znázornený príklad Hallovho snímača, ktorý sa používa v automobiloch radu VAZ.

A - Hallov snímač; B - permanentný magnet; S platničkou, ktorá prekrýva voľný efekt magnetu

V modernejších zapaľovacích systémoch sa Hallov snímač používa iba na určenie polohy kľukového hriadeľa. Takýto snímač sa nazýva snímač polohy kľukového hriadeľa. Princíp jeho činnosti je zhodný s klasickým Hallovým snímačom.

Len za prerušenie primárneho vinutia a distribúciu vysokonapäťového impulzu je už zodpovedná elektronická riadiaca jednotka, ktorá je naprogramovaná na charakteristiku motora. ECU sa dokáže prispôsobiť rôznym prevádzkovým režimom pohonnej jednotky zmenou časovania zapaľovania (v kontaktných a bezkontaktných systémoch starého modelu je táto funkcia priradená podtlakovému regulátoru).

Zapaľovanie s Hallovým senzorom

V bezkontaktných zapaľovacích systémoch starého modelu (palubný systém takéhoto vozidla nie je vybavený elektronickou riadiacou jednotkou) snímač pracuje v nasledujúcom poradí:

1. Hriadeľ rozdeľovača sa otáča (spojený s vačkovým hriadeľom).
2. Doska upevnená na hriadeli je umiestnená medzi Hallovým snímačom a magnetom.
3. Doska má štrbiny.
4. Keď sa platnička otáča a medzi magnetom sa vytvorí voľný priestor, vplyvom magnetického poľa vzniká v snímači napätie.
5. Výstupné napätie je privádzané do spínača, ktorý zabezpečuje prepínanie medzi vinutiami zapaľovacej cievky.
6. Po vypnutí primárneho vinutia vzniká v sekundárnom vinutí vysokonapäťový impulz, ktorý vstupuje do rozdeľovača (distribútora) a smeruje ku konkrétnej sviečke.

Napriek jednoduchej schéme fungovania musí byť bezkontaktný zapaľovací systém dokonale vyladený, aby sa v každej sviečke objavila iskra v správnom čase. V opačnom prípade bude motor bežať nestabilne alebo sa vôbec nespustí.

Výhody automobilového Hallovho senzora

So zavedením elektronických prvkov, najmä v systémoch, ktoré vyžadujú jemné ladenie, inžinieri dokázali urobiť systémy stabilnejšie v porovnaní s náprotivkami, ktoré sú riadené mechanikou. Príkladom je bezkontaktný zapaľovací systém.

Hallov senzor má niekoľko dôležitých výhod:

1. Je kompaktný;
2. Môže byť inštalovaný absolútne v akejkoľvek časti vozidla av niektorých prípadoch dokonca priamo v samotnom mechanizme (napríklad v distribútore);
3. Nie sú v ňom žiadne mechanické prvky, takže jeho kontakty nehoria, ako napríklad v kontaktnom zapaľovacom systéme;
4. Elektronické impulzy reagujú oveľa efektívnejšie na zmeny magnetického poľa bez ohľadu na rýchlosť otáčania hriadeľa;
5. Okrem spoľahlivosti poskytuje zariadenie stabilný elektrický signál v rôznych režimoch prevádzky motora.

Toto zariadenie má však aj významné nevýhody:

• Najväčším nepriateľom každého elektromagnetického zariadenia je rušenie. V každom motore je ich veľa;
• V porovnaní s bežným elektromagnetickým snímačom bude toto zariadenie oveľa drahšie;
• Jeho výkon je ovplyvnený typom elektrického obvodu.

Aplikácie Hallových senzorov

Ako sme už povedali, zariadenia s Hallovým princípom sa používajú nielen v automobiloch. Tu je len niekoľko odvetví, v ktorých je snímač Hallovho efektu možný alebo požadovaný.

Lineárne snímače

Senzory lineárneho typu sa nachádzajú v:

• Zariadenia, ktoré bezkontaktne určujú aktuálnu silu;
• Tachometre;
• Snímače hladiny vibrácií;
• Feromagnetické snímače;
• Senzory, ktoré určujú uhol natočenia;
• Bezkontaktné potenciometre;
• DC bezkartáčové motory;
• Snímače prietoku pracovných látok;
• Detektory, ktoré určujú polohu pracovných mechanizmov.

Aplikácia digitálnych senzorov

Pokiaľ ide o digitálne modely, používajú sa v:

• Senzory, ktoré určujú frekvenciu otáčania;
• Synchronizačné zariadenia;
• Senzory zapaľovacieho systému v aute;
• Snímače polohy prvkov pracovných mechanizmov;
• Pulzné počítadlá;
• Senzory, ktoré určujú polohu ventilov;
• Zariadenia na zamykanie dverí;
• Merače spotreby pracovnej látky;
• Senzory priblíženia;
• Bezkontaktné relé;
• V niektorých modeloch tlačiarní ako senzory, ktoré zisťujú prítomnosť alebo polohu papiera.

Aké môžu byť poruchy?

Tu je tabuľka porúch hlavného halového senzora a ich vizuálnych prejavov:

Porucha:	Ako sa to prejavuje:
Senzor sa spúšťa častejšie, ako prechádza kľukovým hriadeľom celý cyklus	Zvyšuje sa spotreba paliva (zatiaľ čo iné systémy, napríklad palivo, fungujú správne)
Zariadenie sa spúšťa raz alebo pravidelne úplne vypne	Keď sa auto pohybuje, motor sa môže zastaviť, auto trhne, výkon motora klesá, nie je možné zrýchliť auto rýchlejšie ako 60 km / h.
Porucha Hallovho snímača	V niektorých zahraničných automobiloch najnovšej generácie je radiaca páka zablokovaná
Snímač polohy kľukového hriadeľa je poškodený	Motor nie je možné naštartovať
Chyby v elektrickom systéme, v ktorom je hlavným prvkom Hallov snímač	Na palubnej doske sa rozsvieti chybová kontrolka systému vlastnej diagnostiky konkrétnej jednotky, napríklad motora pri voľnobežných otáčkach, ale zmizne, keď motor naštartuje otáčky.

Často sa stáva, že samotný snímač je v poriadku, ale má pocit, že je mimo prevádzky. Tu sú dôvody:

• Nečistoty na senzore;
• Prerušený drôt (jeden alebo viac);
• Vlhkosť sa dostala do kontaktov;
• Skrat (v dôsledku vlhkosti alebo poškodenia izolácie bol signálny vodič skratovaný k zemi);
• Porušenie izolácie alebo tienenia kábla;
• Senzor nie je správne pripojený (polarita je obrátená);
• Problémy s vysokonapäťovými vodičmi;
• Porušenie automatickej riadiacej jednotky;
• Vzdialenosť medzi prvkami snímača a riadenou časťou je nesprávne nastavená.

Senzorová kontrola

Pred výmenou je potrebné skontrolovať, či je senzor chybný. Najjednoduchší spôsob, ako diagnostikovať problém - ak je problém skutočne v senzore - je spustiť diagnostiku na osciloskope. Prístroj nielenže detekuje poruchy, ale naznačuje aj bezprostredný poruchu prístroja.

Pretože nie každý motorista má možnosť vykonať takýto postup, existujú dostupnejšie spôsoby diagnostiky senzora.

Diagnostika pomocou multimetra

Najskôr sa multimetr nastaví do režimu merania jednosmerného prúdu (prepínač na 20 V). Postup sa vykonáva v nasledujúcom poradí:

• Pancierový drôt je odpojený od rozdeľovača. Je spojený s hmotou, aby ste v dôsledku diagnostiky náhodou nenaštartovali auto;
• Zapaľovanie je aktivované (kľúč je otočený v celej polohe, ale nenaštartujte motor);
• Konektor je odstránený z distribútora;
• Negatívny kontakt multimetra je spojený s hmotnosťou automobilu (karosérie);
• Konektor snímača má tri piny. Pozitívny kontakt multimetra je pripojený ku každému z nich zvlášť. Prvý kontakt by mal ukazovať hodnotu 11,37 V (alebo až 12 V), druhý by sa mal zobrazovať aj v oblasti 12 V a tretí - 0.

Ďalej je snímač skontrolovaný v prevádzke. Ak to chcete urobiť, musíte urobiť nasledovné:

• Zo strany vstupu drôtu sú do konektora zasunuté kovové čapy (napríklad malé klinčeky), aby sa navzájom nedotýkali. Jeden je vložený do stredového kontaktu a druhý - na záporný drôt (zvyčajne biely);
• Konektor sa posúva po snímači;
• Zapne sa zapaľovanie (ale neštartujeme motor);
• Negatívny kontakt testera fixujeme na mínus (biely vodič) a pozitívny kontakt na stredový kolík. Pracovný snímač poskytne nameranú hodnotu približne 11,2 V;
• Teraz musí asistent niekoľkokrát zalomiť kľukový hriadeľ so štartérom. Čítanie multimetra bude kolísať. Poznamenajte si minimálnu a maximálnu hodnotu. Dolná lišta by nemala presiahnuť 0,4V a horná by nemala klesnúť pod 9V. V takom prípade možno snímač považovať za prevádzkyschopný.

Skúška odolnosti

Na meranie odporu budete potrebovať rezistor (1 kΩ), diódovú lampu a vodiče. Na pätici žiarovky je spájkovaný odpor a k nemu je pripojený vodič. Druhý vodič je pripevnený k druhému ramenu žiarovky.

Kontrola sa vykonáva v tomto poradí:

• Odstráňte kryt rozdeľovača, odpojte blok a kontakty samotného rozdeľovača;
• Tester je pripojený na svorky 1 a 3. Po zapnutí zapaľovania by sa na displeji mala zobrazovať hodnota v rozmedzí 10 - 12 voltov;
• Rovnakým spôsobom je žiarovka s odporom pripojená k rozdeľovaču. Ak je polarita správna, riadenie sa rozsvieti;
• Potom je drôt z tretej svorky pripojený k druhej. Potom asistent pomocou štartéra zatočí motorom;
• Blikajúce svetlo označuje funkčný snímač. V opačnom prípade musí byť vymenený.

Vytvorenie simulovaného radiča Hall

Táto metóda umožňuje diagnostikovať Hallov snímač bez iskry. Pás s kontaktmi je odpojený od distribútora. Zapaľovanie je aktivované. Malý drôt spája výstupné kontakty snímača navzájom. Jedná sa o druh simulátora Hallovho senzora, ktorý vytvoril impulz. Ak sa na istom kábli súčasne vytvorí iskra, snímač je mimo prevádzky a je potrebné ho vymeniť.

Riešenie problémov

Ak chcete opraviť snímač haly vlastnými rukami, musíte si najskôr kúpiť takzvaný logický komponent. Môžete ho zvoliť podľa modelu a typu snímača.

Samotná oprava sa vykonáva takto:

• V strede tela je pomocou vŕtačky vytvorený otvor;
• S administratívnym nožom sa drôty starého komponentu odrežú, po ktorých sa položia drážky pre nové drôty, ktoré budú pripojené k obvodu;
• Nový komponent sa vloží do krytu a pripojí sa k starým kolíkom. Správnosť pripojenia môžete skontrolovať pomocou kontrolnej diódovej žiarovky s odporom na jednom kontakte. Bez vplyvu magnetu by svetlo malo zhasnúť. Ak sa tak nestane, musíte zmeniť polaritu;
• Nové kontakty musia byť pripájané k bloku zariadenia;
• Aby ste sa ubezpečili, že práca prebieha správne, mali by ste diagnostikovať nový snímač pomocou vyššie uvedených metód;
• Nakoniec musí byť kryt utesnený. K tomu je lepšie použiť tepelne odolné lepidlo, pretože zariadenie je často vystavené vysokým teplotám;
• Regulátor je zostavený v opačnom poradí.

Ako vymeniť snímač vlastnými rukami?

Nie každý nadšenec automobilov má čas na manuálnu opravu senzorov. Je pre nich jednoduchšie kúpiť si nový a nainštalovať ho namiesto starého. Tento postup sa vykonáva nasledovne:

• Najskôr je potrebné odpojiť svorky od batérie;
• Distribútor je odstránený, blok s drôtmi je odpojený;
• Kryt distribútora je odstránený;
• Pred úplnou demontážou zariadenia je dôležité pamätať na to, ako sa nachádzal samotný ventil. Je potrebné skombinovať rozvodové značky a kľukový hriadeľ;
• Hriadeľ rozdeľovača je odstránený;
• Samotný snímač haly je odpojený;
• Namiesto starého snímača je nainštalovaný nový;
• Blok je zostavený v opačnom poradí.

Senzory najnovšej generácie majú dlhú životnosť, takže nie je potrebná častá výmena zariadenia. Pri údržbe zapaľovacieho systému musíte venovať pozornosť aj tomuto sledovaciemu zariadeniu.

Video k téme

Na záver podrobný prehľad o zariadení a princípe fungovania Hallovho senzora v aute:

Čo je HALL SENSOR. Ako to funguje a ako je to usporiadané

Otázky a odpovede:

Čo je to Hallov senzor? Jedná sa o zariadenie, ktoré reaguje na výskyt alebo absenciu magnetického poľa. Podobný princíp fungujú aj optické senzory, ktoré reagujú na náraz svetelného lúča na fotobunku.

Kde sa používa Hallov senzor? V automobiloch sa tento senzor používa na detekciu rýchlosti kolesa alebo konkrétneho hriadeľa. Tento senzor je tiež nainštalovaný v tých systémoch, v ktorých je dôležité určiť polohu konkrétneho hriadeľa na synchronizáciu rôznych systémov. Príkladom toho je snímač kľukového a vačkového hriadeľa.

Ako skontrolovať Hallov senzor? Existuje niekoľko spôsobov, ako skontrolovať snímač. Napríklad, keď je v zapaľovacom systéme napájanie a sviečky nevydávajú iskru, na strojoch s bezkontaktným rozdeľovačom sa odstráni kryt rozvádzača a odstráni sa blok zástrčky. Potom sa zapne zapaľovanie automobilu a kontakty 2 a 3 sa zatvoria. Vysokonapäťový vodič musí byť umiestnený blízko zeme. V tejto chvíli by sa mala objaviť iskra. Ak existuje iskra, ale pri pripojení snímača nie je žiadna iskra, musí byť vymenená. Druhým spôsobom je meranie výstupného napätia senzora. V dobrom stave by mal byť tento indikátor v rozmedzí od 0.4 do 11V. Treťou metódou je umiestniť známy pracovný analóg namiesto starého senzora. Ak systém funguje, problém je v senzore.