Hallov senzor: načelo delovanja, vrste, uporaba, način preverjanja

Za učinkovito delovanje vseh sistemov sodobnega avtomobila proizvajalci vozilo opremijo z različnimi elektronskimi napravami, ki imajo več prednosti pred mehanskimi elementi.

Vsak senzor je zelo pomemben za stabilnost delovanja različnih komponent v stroju. Upoštevajte značilnosti halskega senzorja: katere vrste obstajajo, glavne okvare, načelo delovanja in kje se uporablja.

Kaj je Hallov senzor v avtomobilu

Halov senzor je majhna naprava z elektromagnetnim principom delovanja. Tudi v starih avtomobilih sovjetske avtomobilske industrije so ti senzorji na voljo - nadzorujejo delovanje bencinskega motorja. Če naprava ne deluje pravilno, bo motor v najboljšem primeru izgubil stabilnost.

Uporabljajo se za delovanje vžigalnega sistema, razporeditev faz v mehanizmu za distribucijo plina in drugo. Če želite razumeti, katere okvare so povezane z okvaro senzorja, morate razumeti njegovo strukturo in načelo delovanja.

Čemu služi Hallov senzor v avtomobilu?

Senzor dvorane v avtomobilu je potreben za snemanje in merjenje magnetnih polj v različnih delih avtomobila. Glavna uporaba HH ​​je v sistemu vžiga.

Naprava vam omogoča brezkontaktno določanje določenih parametrov. Senzor ustvari električni impulz, ki gre na stikalo ali ECU. Te naprave nato pošljejo signal, da ustvarijo tok, da v svečah ustvarijo iskro.

Na kratko o principu dela

Načelo delovanja te naprave je leta 1879 odkril ameriški fizik E.G. Dvorana. Ko polprevodniška plošča vstopi v območje magnetnega polja trajnega magneta, v njem nastane majhen tok.

Po prenehanju magnetnega polja se ne ustvarja tok. Prekinitev vpliva magneta se zgodi skozi reže na jeklenem zaslonu, ki je nameščen med magnetom in polprevodniško ploščo.

Kje se nahaja in kako je videti?

Hallov učinek je našel uporabo v mnogih avtomobilskih sistemih, kot so:

• Določa položaj ročične gredi (ko je bat prvega valja v zgornji mrtvi točki stiskalnega hoda);
• Določa položaj odmične gredi (za sinhronizacijo odpiranja ventilov v mehanizmu za distribucijo plina pri nekaterih modelih sodobnih motorjev z notranjim zgorevanjem);
• V odklopniku sistema vžiga (na razdelilniku);
• V tahometru.

V procesu vrtenja gredi motorja senzor reagira na velikost rež zob, iz katerih nastane nizkonapetostni tok, ki se napaja v stikalno napravo. Ko je v vžigalni tuljavi, se signal pretvori v visoko napetost, ki je potrebna za ustvarjanje iskre v valju. Če je senzor položaja ročične gredi pokvarjen, motorja ni mogoče zagnati.

Podoben senzor se nahaja v odklopniku brezstičnega sistema vžiga. Ko se sproži, se navitja vžigalne tuljave preklopijo, kar ji omogoča polnjenje na primarnem navitju in praznjenje iz sekundarnega.

Spodnja fotografija prikazuje, kako izgleda senzor in kje je nameščen v nekaterih vozilih.

V distributerju

Senzor ročične gredi

Senzor odmične gredi

Senzor tahometra

Hall senzor v elektromotorju

Naprava

Preprosta dvoranska senzorska naprava je sestavljena iz:

• Stalni magnet. Ustvari magnetno polje, ki deluje na polprevodnik, v katerem nastane nizkonapetostni tok;
• Magnetno vezje. Ta element zaznava delovanje magnetnega polja in ustvarja tok;
• Vrtljivi rotor. To je kovinska ukrivljena plošča, ki ima reže. Ko se gred glavne naprave zavrti, lopatice rotorja izmenično blokirajo učinek magneta na palico, ki v njej ustvarja impulze;
• Ohišja iz plastike.

Vrste in področje uporabe

Vsi Hall senzorji spadajo v dve kategoriji. Prva kategorija je digitalna, druga pa analogna. Te naprave se uspešno uporabljajo v različnih panogah, tudi v avtomobilski industriji. Najenostavnejši primer tega senzorja je DPKV (meri položaj ročične gredi, ko se vrti).

Analogni element senzorja Hall

V drugih panogah se podobne naprave uporabljajo, na primer v pralnih strojih (perilo se stehta glede na hitrost vrtenja polnega bobna). Druga pogosta uporaba takšnih naprav je v računalniški tipkovnici (majhni magneti se nahajajo na zadnji strani tipk, sam senzor pa je nameščen pod elastičnim polimernim materialom).

Profesionalni električarji za brezstično merjenje toka v kablu uporabljajo posebno napravo, v katero je vgrajen tudi Hall -ov senzor, ki reagira na jakost magnetnega polja, ki ga ustvarjajo žice, in daje vrednost, ki ustreza jakosti magnetnega vrtinca .

V avtomobilski industriji so Hallovi senzorji integrirani v različne sisteme. Na primer, v električnih vozilih te naprave spremljajo napolnjenost baterije. Položaj ročične gredi, dušilni ventil, hitrost kolesa itd. - vse te in številne druge parametre določajo Hallovi senzorji.

Linearni (analogni) Hallovi senzorji

V takih senzorjih je napetost neposredno odvisna od jakosti magnetnega polja. Z drugimi besedami, bližje kot je senzor magnetnemu polju, višja je izhodna napetost. Te vrste naprav nimajo Schmidtovega sprožilca in preklopnega izhodnega tranzistorja. Napetost v njih se vzame neposredno iz operacijskega ojačevalnika.

Izhodno napetost analognih Hallovih senzorjev lahko ustvari trajni ali električni magnet. Odvisno je tudi od debeline plošč in jakosti toka, ki teče skozi to ploščo.

Logika narekuje, da se lahko izhodna napetost senzorja poveča za nedoločen čas s povečanjem magnetnega polja. Pravzaprav ni. Izhodna napetost senzorja bo omejena z napajalno napetostjo. Najvišja izhodna napetost na senzorju se imenuje napetost nasičenja. Ko je ta vrh dosežen, je nesmiselno še naprej povečevati gostoto magnetnega pretoka.

Na tem principu delujejo na primer tokovne sponke, s pomočjo katerih se meri napetost v prevodniku brez stika s samo žico. Linearni Hallovi senzorji se uporabljajo tudi v napravah, ki merijo gostoto magnetnega polja. Takšne naprave so varne za uporabo, saj ne zahtevajo neposrednega stika s prevodnim elementom.

Primer uporabe analognega elementa

Spodnja slika prikazuje preprosto vezje senzorja, ki meri jakost toka in deluje na principu Hallovega učinka.

A - prevodnik; B - odprt magnetni obroč; С – analogni Hall senzor; D - ojačevalnik signala

Takšen tokovni senzor deluje zelo preprosto. Ko se tok dovaja na prevodnik, se okoli njega ustvari magnetno polje. Senzor zajame polarnost tega polja in njegovo gostoto. Nadalje se v senzorju oblikuje napetost, ki ustreza tej vrednosti, ki se napaja v ojačevalnik in nato na indikator.

Digitalni senzorji Hall

Analogne naprave se sprožijo glede na jakost magnetnega polja. Višja kot je, večja bo napetost v senzorju. Od uvedbe elektronike v različne krmilne naprave je Hallov senzor pridobil logične elemente.

Digitalni element senzorja Hall

Naprava zazna prisotnost magnetnega polja ali ga ne zazna. V prvem primeru bo to logična enota, signal pa se pošlje na aktuator ali krmilno enoto. V drugem primeru (tudi z velikim, vendar ne doseganjem mejnega praga, magnetnega polja) naprava ne beleži ničesar, kar imenujemo logična ničla.

Po drugi strani pa so digitalne naprave unipolarne in bipolarne. Na kratko razmislimo, v čem so njihove razlike.

Unipolarno

Kar zadeva unipolarne variante, se sprožijo, ko se pojavi magnetno polje samo ene polarnosti. Če na senzor prinesete magnet z nasprotno polarnostjo, naprava sploh ne bo reagirala. Deaktiviranje naprave se pojavi, ko se jakost magnetnega polja zmanjša ali popolnoma izgine.

Zahtevano mersko enoto naprava izda v trenutku, ko je jakost magnetnega polja največja. Dokler ta prag ni dosežen, bo naprava pokazala vrednost 0. Če je indukcija magnetnega polja majhna, je naprava ne more popraviti, zato prikazuje vrednost nič. Drug dejavnik, ki vpliva na natančnost meritev naprave, je njena oddaljenost od magnetnega polja.

Bipolarna

V primeru bipolarne spremembe se naprava aktivira, ko elektromagnet ustvari določen pol, in se deaktivira, ko se uporabi nasprotni pol. Če magnet odstranite, medtem ko je senzor vklopljen, se naprava ne izklopi.

Imenovanje HH v sistemu za vžig avtomobila

Hall senzorji se uporabljajo v sistemih brezkontaktnega vžiga. V njih je ta element nameščen namesto drsnika odklopnika, ki izklopi primarno navitje vžigalne tuljave. Spodnja slika prikazuje primer Hallovega senzorja, ki se uporablja v avtomobilih družine VAZ.

A - Hallov senzor; B - trajni magnet; S ploščo, ki pokriva prosti učinek magneta

V sodobnih sistemih za vžig se Hallov senzor uporablja samo za določanje položaja ročične gredi. Takšen senzor se imenuje senzor položaja ročične gredi. Načelo njegovega delovanja je identično klasičnemu Hallovemu senzorju.

Samo za prekinitev primarnega navitja in porazdelitev visokonapetostnega impulza je že odgovorna elektronska krmilna enota, ki je programirana za lastnosti motorja. ECU se lahko prilagaja različnim načinom delovanja napajalne enote s spreminjanjem časa vžiga (v kontaktnih in brezkontaktnih sistemih starega modela je ta funkcija dodeljena vakuumskemu regulatorju).

Vžig s Hallovim senzorjem

V brezkontaktnih sistemih vžiga starega modela (sistem na vozilu takega avtomobila ni opremljen z elektronsko krmilno enoto) senzor deluje v naslednjem zaporedju:

1. Razdelilna gred se vrti (povezana z odmično gredjo).
2. Plošča, pritrjena na gred, je nameščena med Hall senzorjem in magnetom.
3. Plošča ima reže.
4. Ko se plošča vrti in med magnetom nastane prosti prostor, se zaradi vpliva magnetnega polja v senzorju ustvari napetost.
5. Izhodna napetost se napaja na stikalo, ki zagotavlja preklapljanje med navitji vžigalne tuljave.
6. Po izklopu primarnega navitja se v sekundarnem navitju ustvari visokonapetostni impulz, ki vstopi v razdelilnik (distributer) in gre do določene vžigalne svečke.

Kljub preprosti shemi delovanja mora biti brezkontaktni sistem za vžig popolnoma nastavljen, tako da se v vsaki sveči ob pravem času pojavi iskra. V nasprotnem primeru bo motor deloval nestabilno ali se sploh ne bo zagnal.

Prednosti avtomobilskega Hall senzorja

Z uvedbo elektronskih elementov, zlasti v sistemih, ki zahtevajo fino nastavitev, so inženirji uspeli narediti sisteme bolj stabilne v primerjavi s kolegi, ki jih nadzoruje mehanika. Primer tega je brezkontaktni sistem vžiga.

Hallov senzor ima več pomembnih prednosti:

1. Je kompakten;
2. Lahko ga namestite popolnoma v kateri koli del avtomobila, v nekaterih primerih pa celo neposredno v sam mehanizem (na primer v distributerju);
3. V njem ni mehanskih elementov, tako da njegovi kontakti ne gorijo, kot na primer pri odklopniku kontaktnega sistema za vžig;
4. Elektronski impulzi se veliko bolj učinkovito odzivajo na spremembe magnetnega polja, ne glede na hitrost vrtenja gredi;
5. Poleg zanesljivosti naprava zagotavlja stabilen električni signal v različnih načinih delovanja motorja.

Toda ta naprava ima tudi pomembne pomanjkljivosti:

• Največji sovražnik katere koli elektromagnetne naprave so motnje. V vsakem motorju jih je veliko;
• V primerjavi z običajnim elektromagnetnim senzorjem bo ta naprava veliko dražja;
• Na njegovo delovanje vpliva vrsta električnega tokokroga.

Hallove aplikacije senzorjev

Kot smo rekli, se naprave Hallovega principa ne uporabljajo le v avtomobilih. Tu je le nekaj industrij, kjer je senzor Hall učinka možen ali potreben.

Linearne aplikacije senzorjev

Senzorje linearnega tipa najdemo v:

• Naprave, ki brezkontaktno določajo jakost toka;
• Tahometri;
• Senzorji nivoja vibracij;
• Feromagnetni senzorji;
• Senzorji, ki določajo kot vrtenja;
• Brezkontaktni potenciometri;
• Brezkrtačni motorji z enosmernim tokom;
• Senzorji pretoka delovne snovi;
• Detektorji, ki določajo položaj delovnih mehanizmov.

Uporaba digitalnih senzorjev

Kar zadeva digitalne modele, se uporabljajo v:

• Senzorji, ki določajo pogostost vrtenja;
• Naprave za sinhronizacijo;
• Senzorji sistema za vžig v avtomobilu;
• Senzorji položaja elementov delovnih mehanizmov;
• Števci impulzov;
• Senzorji, ki določajo položaj ventilov;
• Naprave za zaklepanje vrat;
• Merilniki porabe delovnih snovi;
• Senzorji bližine;
• Brezstični releji;
• V nekaterih modelih tiskalnikov kot senzorji, ki zaznajo prisotnost ali položaj papirja.

Kakšne okvare lahko obstajajo?

Tu je tabela napak glavnega senzorja dvorane in njihovih vizualnih manifestacij:

Motnja:	Kako se kaže:
Senzor se sproži pogosteje, kot da ročična gred prehaja skozi celoten cikel	Poraba goriva se poveča (medtem ko drugi sistemi, kot je gorivo, delujejo pravilno)
Naprava se sproži enkrat ali občasno popolnoma izklopi	Medtem ko se avtomobil premika, se lahko motor ustavi, avto sunkovito pade, moč motorja pade, avtomobila ni mogoče pospešiti hitreje od 60 km / h.
Napaka Hallovega senzorja	V nekaterih tujih avtomobilih zadnje generacije je prestavna ročica blokirana
Senzor položaja ročične gredi je pokvarjen	Motorja ni mogoče zagnati
Napake v električnem sistemu, v katerem je glavni element halski senzor	Na armaturni plošči zasveti lučka za napako sistema samodiagnoze določene enote, na primer motor v prostem teku, vendar ugasne, ko motor poveča hitrost.

Pogosto se zgodi, da je sam senzor v dobrem stanju, vendar se zdi, da ni v redu. Tu so razlogi za to:

• Umazanija na senzorju;
• Zlomljena žica (ena ali več);
• Na kontaktih je vlaga;
• Kratek stik (zaradi vlage ali poškodbe izolacije je signalna žica kratka na maso);
• Kršitev izolacije kabla ali zaslona;
• Senzor ni pravilno povezan (polarnost je obrnjena);
• Težave z visokonapetostnimi žicami;
• Kršitev enote za samodejni nadzor;
• Razdalja med elementi senzorja in nadzorovanim delom je nepravilno nastavljena.

Preverjanje senzorja

Če želite biti prepričani, da je senzor v okvari, morate pred njegovo zamenjavo opraviti pregled. Najlažji način diagnosticiranja težave - ne glede na to, ali je težava res v senzorju - je izvajanje diagnostike na osciloskopu. Naprava ne odkrije le okvar, temveč kaže tudi na bližnjo okvaro naprave.

Ker nima vsak avtomobilist takega postopka, obstajajo bolj dostopni načini za diagnosticiranje senzorja.

Diagnostika z multimetrom

Najprej je multimeter nastavljen na način merjenja enosmernega toka (stikalo za 20V). Postopek se izvaja v naslednjem zaporedju:

• Oklepna žica je odklopljena od razdelilnika. Povezan je z maso, tako da zaradi diagnostike avtomobila slučajno ne zaženete;
• Vžig se aktivira (ključ je obrnjen do konca, vendar ne zaženite motorja);
• Konektor je odstranjen iz razdelilnika;
• Negativni kontakt multimetra je povezan z maso avtomobila (karoserije);
• Priključek senzorja ima tri nožice. Pozitivni kontakt multimetra je povezan z vsakim posebej. Prvi kontakt mora pokazati vrednost 11,37 V (ali do 12 V), drugi mora biti prikazan tudi v območju 12 V, tretji pa mora biti 0.

Nato se senzor preveri v delovanju. Če želite to narediti, morate storiti naslednje:

• S strani žičnega vhoda so v konektor vstavljeni kovinski zatiči (na primer majhni žeblji), tako da se med seboj ne dotikajo. Eden je vstavljen v sredinski kontakt, drugi pa na negativno žico (običajno belo);
• Priključek drsi preko senzorja;
• Vžig se vklopi (vendar motorja ne zaženemo);
• Negativni kontakt preizkuševalca pritrdimo na minus (bela žica), pozitivni kontakt pa na osrednji zatič. Delovni senzor bo odkril približno 11,2 V;
• Zdaj bi moral pomočnik večkrat ročico zagnati z zaganjačem. Odčitki števca bodo nihali. Upoštevajte najmanjšo in največjo vrednost. Spodnja palica ne sme presegati 0,4 V, zgornja pa pod 9 V. V tem primeru lahko senzor štejemo za uporabnega.

Preskus odpornosti

Za merjenje upora potrebujete upor (1 kΩ), diodno svetilko in žice. Na nogo žarnice je spajkan upor, na katerega je priključena žica. Druga žica je pritrjena na drugo nogo žarnice.

Preverjanje se izvede v naslednjem zaporedju:

• Odstranite pokrov razdelilnika, odklopite blok in kontakte samega razdelilnika;
• Preskuševalec je priključen na sponki 1 in 3. Po aktiviranju vžiga mora zaslon prikazati vrednost v območju 10-12 voltov;
• Na enak način je na razdelilnik priključena žarnica z uporom. Če je polarnost pravilna, bo kontrolnik zasvetil;
• Po tem je žica s tretjega terminala povezana z drugim. Nato asistent s pomočjo zaganjača zavrti motor;
• Utripajoča lučka označuje delujoč senzor. V nasprotnem primeru ga je treba zamenjati.

Ustvarjanje simuliranega krmilnika dvorane

Ta metoda vam omogoča diagnosticiranje Hall-ovega senzorja v odsotnosti iskre. Trak s kontakti je odklopljen od razdelilnika. Vžig je aktiviran. Majhna žica med seboj povezuje izhodne kontakte senzorja. To je nekakšen simulator Hall Hall senzorja, ki je ustvaril impulz. Če se hkrati na osrednjem kablu tvori iskra, potem senzor ne deluje in ga je treba zamenjati.

Odpravljanje težav

Če želite senzor dvorane popraviti z lastnimi rokami, morate najprej kupiti tako imenovano logično komponento. Izberete ga lahko v skladu z modelom in vrsto senzorja.

Samo popravilo se izvede na naslednji način:

• V središču telesa je s svedrom narejena luknja;
• S klerikalnim nožem se režejo žice stare komponente, nakar se položijo utori za nove žice, ki bodo priključene na vezje;
• Nova komponenta se vstavi v ohišje in poveže s starimi kontakti. Pravilnost povezave lahko preverite z uporabo kontrolne diodne svetilke z uporom na enem kontaktu. Brez vpliva magneta bi se svetilka morala ugasniti. Če se to ne zgodi, morate spremeniti polarnost;
• Nove kontakte je treba spajkati na blok naprave;
• Da se prepričate, da je delo pravilno opravljeno, diagnosticirajte nov senzor z uporabo zgornjih metod;
• Na koncu je treba ohišje zatesniti. Za to je bolje uporabiti toplotno odporno lepilo, saj je naprava pogosto izpostavljena visokim temperaturam;
• Krmilnik je sestavljen v obratnem vrstnem redu.

Kako zamenjati senzor z lastnimi rokami?

Ni vsak avtomobilski navdušenec časa za ročno popravilo senzorjev. Zanje je lažje kupiti novega in ga namestiti namesto starega. Ta postopek se izvede na naslednji način:

• Najprej morate odstraniti sponke iz baterije;
• Razdelilnik se odstrani, blok z žicami se odklopi;
• Pokrov razdelilnika je odstranjen;
• Pred popolno demontažo naprave si je treba zapomniti, kako je bil sam ventil. Treba je združiti časovne oznake in ročično gred;
• Razdelilna gred je odstranjena;
• Sam senzor dvorane je odklopljen;
• Namesto starega senzorja je nameščen nov;
• Enota je sestavljena v obratnem vrstnem redu.

Senzorji najnovejše generacije imajo dolgo življenjsko dobo, zato pogosta menjava naprav ni potrebna. Pri servisiranju vžigalnega sistema morate biti pozorni tudi na to sledilno napravo.

Video na temo

Za zaključek podroben pregled naprave in načela delovanja senzorja Hall v avtomobilu:

Kaj je HALL SENSOR. Kako deluje in kako je urejeno

Vprašanja in odgovori:

Kaj je Hall senzor? To je naprava, ki reagira na pojav ali odsotnost magnetnega polja. Podobno načelo delovanja imajo optični senzorji, ki reagirajo na vpliv svetlobnega snopa na fotocelico.

Kje se uporablja Hallov senzor? V avtomobilih se ta senzor uporablja za zaznavanje hitrosti kolesa ali določene gredi. Ta senzor je nameščen tudi v tistih sistemih, v katerih je pomembno določiti položaj določene gredi za sinhronizacijo različnih sistemov. Primer tega je senzor ročične gredi in odmične gredi.

Kako preveriti Hallov senzor? Senzor lahko preverite na več načinov. Na primer, če je v sistemu za vžig napajanje in svečke ne oddajajo iskre, se pri strojih z brezkontaktnim razdelilnikom odstrani pokrov razdelilnika in odstrani blok vtiča. Nato se vklopi vžig avtomobila in zapreta kontakta 2 in 3. Visokonapetostno žico je treba držati blizu tal. V tem trenutku bi se morala pojaviti iskra. Če obstaja iskra, vendar ni, ko je senzor priključen, ga je treba zamenjati. Drugi način je merjenje izhodne napetosti senzorja. V dobrem stanju mora biti ta indikator v območju od 0.4 do 11V. Tretja metoda je, da namesto starega senzorja postavite znani delujoči analog. Če sistem deluje, je težava v senzorju.