Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Что такое датчики Холла, принцип работы, типы, применение, преимущества и недостатки

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Содержание

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).

demonstraciya-effekta-xolla.jpg
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.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота).
    datchiki-toka-ispolzuyushhie-effekt-xolla.jpg
    Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
vneshnij-vid-cifrovogo-datchika-xolla.jpg
Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

uproshhennaya-shema-datchika-toka.jpg
Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.

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.

princip-ustrojstva-sbz.jpg
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.

vneshnij-vid-datchika-xolla-dlya-sbz-vaz-2110.jpg
Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

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.
shema-podklyucheniya-multimetra-dlya-proverki-dx.jpg
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.

oscillogramma-ispravnogo-datchika-xolla-sbz.jpg
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.

svetoindikatornyj-tester-dlya-proverki-dx.jpg
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.

Датчики в конструкции машины – своеобразные шпионы, которые сообщают головным узлам автомобиля ту или иную информацию, а последние в свою очередь, анализируя полученные данные, принимают решение относительно своей дальнейшей работы. Подобных шпионов в любом транспортном средстве установлено немало, однако и среди этих вспомогательных деталей выделяют некоторые основные. Так, датчик тока, основанный на эффекте Холла, участвует в работе многих систем автомобиля. Есть желание узнать о нём подробнее? Тогда обязательно ознакомьтесь с приведённой ниже статьёй, которая во всевозможных разрезах рассматривает линейный датчик Холла.

datchik-holla.jpg

Принципы работы и устройство датчика Холла

Датчик любого вида устанавливается на автомобиль с одной целью: получение информации об одном из многочисленных параметров его работы. Какой-то идентификатор отвечает за определение температуры в двигателе, другой отслеживает количество расходуемого воздуха, а третий всегда готов ответить за положение того или иного узла мотора. Именно для достижения последней цели нужен датчик Холла, который беспрерывно следит за положением коленчатого или распределительного вала.

Принцип работы датчика Холла основан на применении гальваномагнитного явления, открытого в 1879 году Эдвином Холлом. Суть последнего заключается в том, что посредством интеграции некоторого полупроводника (датчика Холла) в электросистему с магнитным полем на его выводах возникает напряжение. При помощи измерения напряжённости магнитного поля в системе зажигания и получается определять углы расположения коленвала и распредвала машины, что крайне важно для грамотного формирования знаний о моменте искрообразования на данный момент времени. Благодаря своей специфике, магнитный датчик Холла применяется исключительно в бесконтактных системах с протекающим в них током (в случае с автосферой – в бесконтактных системах зажигания или, в сокращении, БСЗ).

Обобщая отмеченную выше информацию, стоит поэтапно рассмотреть то, как работает датчик Холла. Если обращать внимание на этот процесс максимально просто, то его сущность заключается в следующем:

  • Аналоговый датчик Холла монтируется в систему зажигания автомобиля, что с точки зрения физики означает включение в электросеть (магнитное поле) дополнительного проводника. Уточняя этот момент, важно отметить, что устройство идентификатора предполагает использование высокотехнологичных проводников, которые позволяют не нарушать сопротивление и напряжение в цепи;
  • В процессе работы мотора, а именно в моменты искрообразования в датчике Холла формируется некоторое напряжение, которое и необходимо для определения точного угла коленвала и распредвала в конкретный момент времени;
  • После этого, выявленное изменение в магнитном поле системы зажигания автомобиля, передаётся на коммутатор, а затем отходит на иные узлы машины. Последние, к слову, основываясь на данном изменении в магнитном поле и расположении валов, могут принимать наиболее оптимальные решения в плане организации своей работы.

Возникновение и точная передача напряжения Холла через соответствующий датчик возможна благодаря уникальной схеме подключения последнего. Уникальность заключается в расположении датчика, который просто вмонтирован в электроцепь системы зажигания автомобиля и не нарушает работу таковой. Именно подобные характеристики идентификатора Холла позволяют ему оставаться наилучшим способом определения положения коленвала и распредвала мотора вот уже долгие годы.

skhema-datchika-holla.jpg

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):

princip-raboty-datchika-holla.png

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:

Ремонт детали: симптомы неисправности и процедура замены

Замена датчика Холла – именно та операция, проведение которой может понадобиться в самый неподходящий момент. «Затроил» мотор, его плохой запуск, дал сбой карбюратор или инжектор, неисправен другой узел автомобиля – всё это может указывать на поломку именно «холловского» идентификатора. Увы, от этого не застраховаться, поэтому знать о возможных поломках детали и о том, как проводится установка Датчика Холла, желательно каждому автомобилисту.

В первую очередь, обратим внимание на признаки неисправности датчика Холла, в качестве которых могут выступать:

  • плохой запуск или отказ в работе мотора;
  • перебои в его функционировании на холостых оборотах;
  • «дёрганье» машины на высоких оборотах;
  • самопроизвольное глушение двигателя, повторяющиеся многократно;
  • отказ функционирования от электроники инжектора, карбюратора или иных узлов автомобиля, работающих совместно с двигателем.

Безусловно, отмеченная выше симптоматика может проявляться и при неисправности других узлов машины, но зачастую виной всему именно поломанный датчик Холла. Тем более никто не мешает проверить его собственноручно. Спросите – «Как проверить датчик Холла на правильность функционирования?». Крайне просто! Для этого достаточно:

  1. Снять датчик с автомобиля;
  2. Замкнуть его выходы под номером 2 и 3 (минус и контакт с коммутатором);
  3. Проверить – появилась ли искра или нет. Если она есть и стабильно хорошая, то датчик неисправен. В ином случае стоит поискать проблему в другой составляющей системы зажигания.

Также имеется возможность проверки идентификатора Холла мультиметром. В этом случае нужно замерить напряжения на его выходах, которое в норме должно равняться от 0,4 до 11 Вольт. Естественно, при проверке датчика важно убедиться в исправности инжектора или карбюратора вашего автомобиля, ведь нередко проблемы с перебоями в работе мотора связаны именно с неисправностью элементов топливной системы.

razbor-datchika-holla.jpg

Если узел неисправен, то следует провести соответствующий ремонт. Отметим, что замена датчика Холла особых сложностей не представляет и проводится не более 10-15 минут при соблюдении следующего порядка процедуры:

  1. Первоочерёдно автомобиль глушится, клеммы АКБ отключаются и снимается трамблёр зажигания;
  2. Отсоединив последний, демонтируется его крышка. На этом же этапе желательно совместить метки ГРМ и коленвала;
  3. После этого снимают вал трамблёра, а затем и датчик Холла. Далее остаётся лишь поставить новый идентификатор и собрать автомобиль в обратном порядке.

Внимание! Менять деталь важно исключительно на покупную. Стоит она недорого (не более 200-300 рублей для большинства марок автомобилей), поэтому говорить о сборке датчика Холла своими руками, наверное, бессмысленно.

На этом, пожалуй, по сегодняшней теме повествование можно завершать. Надеемся, представленный материал был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы. Удачи на дорогах и в ремонте!

Среди элементов радиоэлектроники, автоматики, а также измерительной техники, датчик Холла, принцип работы которого основан на одноименном эффекте, занимает особое место. Смысл упомянутого эффекта заключается в том, что при помещении проводника в магнитное поле появляется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой будет перпендикулярным полю и току. Как же это используется в автомобиле?

Датчик Холла – принцип работы и назначение

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.

Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса

Классическое устройство датчика Холла на практике – тонкий полупроводниковый листовой материал. При прохождении через него постоянного тока на краях листа образуется сравнительно невысокое напряжение. Если под прямым углом поперек пластинки проходит магнитное поле, то на краях листа происходит усиление напряжения, которое находится в прямо пропорциональной зависимости с магнитной индукцией. Датчик Холла является одной из разновидностей датчиков импульсов, создающих электрические импульсы с низким напряжением. Благодаря своим качествам, этот элемент широко применяется в бесконтактных системах зажигания.

Мы рассмотрели, какой имеет датчик Холла принцип работы, схема его пока что нам не ясна. Она включает в свой набор постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой и стальной экран, имеющий прорези. Стальной экран через прорези осуществляет пропуск магнитного поля, благодаря чему в пластине из полупроводников начинает возникать напряжение. Сам экран не пропускает магнитного поля, поэтому, когда прорези и экран чередуются, происходит создание импульсов низкого напряжения.

При конструктивном объединении этого датчика с распределителем получается единое устройство – трамблер, выполняющий функции прерывателя-распределителя зажигания.

Датчик Холла и особенности эксплуатации

Проверить правильность схемы можно следующим образом: при вращении коленчатого вала и, соответственно, вала распределителя должен попеременно загораться и гаснуть контрольный светодиод, указывающий на наличие сигнала. Запрещается проверять датчик с помощью обычной контрольной лампы. Особое внимание во время работы устройства следует обращать на чистоту и надежность в разъеме и контакте штекеров. Необходимо помнить, что датчик Холла нельзя использовать в обычной системе зажигания.

Мнение экспертаРуслан КонстантиновЭксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.Неисправный датчик Холла определить визуально практически невозможно, за исключением разве что явных механических повреждений и обрывов электропроводки или контактов. Чтобы провести точную диагностику не обойтись без услуг квалифицированных специалистов имеющих необходимое оборудование. В любом автосервисе есть осциллограф, с помощью которого можно определить любые неисправности датчиков, в том числе и датчика Холла. Поводом провести такую диагностику могут стать следующие причины:

  1. затрудненный запуск двигателя, причём в некоторых случаях запустить его не получается совсем;
  2. нестабильный холостой ход (обороты плавают);
  3. во время движения при повышении оборотов чувствуются резкие рывки;
  4. двигатель может заглохнуть в любой момент без видимых на то причин.

Несмотря на сложность процедуры проверки датчика Холла каждый может провести проверку самостоятельно, хотя объективность тестирования будет ниже. Например, можно воспользоваться мультиметром, установить работу прибора в режим вольтметра и измерить выходное напряжение, которое должно находиться в диапазоне от 0,4 до 11 В. Ну, а самый простой способ проверки это установка заведомо исправного датчика, если изменения будут очевидны, это повод отправиться в магазин за новым датчиком.

ГлавнаяУстройствоЭлектрическая системаСистема зажиганияИспользуемые источники:

  • https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html
  • https://swapmotor.ru/ustrojstvo-dvigatelya/datchik-holla.html
  • https://carnovato.ru/princip-raboty-shema-datchika-holla-skutere/

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Андрей Ульянов
Наш эксперт
Написано статей
168
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации