Czujnik Halla: zasada działania, rodzaje, zastosowanie, sposób sprawdzania

Aby zapewnić wydajne działanie wszystkich systemów nowoczesnego samochodu, producenci wyposażają pojazd w różnorodne urządzenia elektroniczne, które mają większą przewagę nad elementami mechanicznymi.

Każdy czujnik ma ogromne znaczenie dla stabilności pracy różnych elementów maszyny. Rozważ cechy czujnika halla: jakie są typy, główne awarie, zasadę działania i gdzie jest stosowany.

Co to jest czujnik Halla w samochodzie

Czujnik halla to małe urządzenie, które działa na zasadzie elektromagnetycznej. Nawet w starych samochodach radzieckiego przemysłu samochodowego czujniki te są dostępne - sterują pracą silnika benzynowego. Jeśli urządzenie ulegnie awarii, silnik w najlepszym przypadku straci stabilność.

Służą do obsługi układu zapłonowego, rozkładu faz w mechanizmie dystrybucji gazu i innych. Aby zrozumieć, jakie usterki są związane z awarią czujnika, musisz zrozumieć jego strukturę i zasadę działania.

Do czego służy czujnik Halla w samochodzie?

Do rejestrowania i pomiaru pól magnetycznych w różnych częściach samochodu potrzebny jest czujnik halla w samochodzie. Głównym zastosowaniem HH jest układ zapłonowy.

Urządzenie umożliwia bezkontaktowe określenie określonych parametrów. Czujnik wytwarza impuls elektryczny, który trafia do przełącznika lub ECU. Ponadto urządzenia te wysyłają sygnał do generowania prądu, aby wytworzyć iskrę w świecach.

Krótko o zasadzie pracy

Zasada działania tego urządzenia została odkryta w 1879 roku przez amerykańskiego fizyka E.G. Hol. Gdy płytka półprzewodnikowa wchodzi w obszar pola magnetycznego magnesu trwałego, generowany jest w niej niewielki prąd.

Po ustaniu pola magnetycznego nie jest generowany żaden prąd. Przerwanie oddziaływania magnesu następuje poprzez szczeliny w stalowym ekranie, który jest umieszczony pomiędzy magnesem a płytką półprzewodnikową.

Gdzie się znajduje i jak wygląda?

Efekt Halla znalazł zastosowanie w wielu systemach samochodowych, takich jak:

• Określa położenie wału korbowego (gdy tłok pierwszego cylindra znajduje się w górnym martwym punkcie suwu sprężania);
• Określa położenie wałka rozrządu (w celu zsynchronizowania otwarcia zaworów w mechanizmie dystrybucji gazu w niektórych modelach nowoczesnych silników spalinowych);
• W wyłączniku układu zapłonowego (na dystrybutorze);
• W obrotomierzu.

Podczas obrotu wału silnika czujnik reaguje na wielkość szczelin zębów, z których generowany jest prąd niskiego napięcia, który podawany jest do urządzenia przełączającego. Sygnał znajdujący się w cewce zapłonowej zamieniany jest na wysokie napięcie, które jest potrzebne do wytworzenia iskry w cylindrze. Jeżeli czujnik położenia wału korbowego jest uszkodzony, nie można uruchomić silnika.

Podobny czujnik znajduje się w wyłączniku bezkontaktowego układu zapłonowego. Po wyzwoleniu uzwojenia cewki zapłonowej są przełączane, co pozwala jej na wytworzenie ładunku na uzwojeniu pierwotnym i rozładowanie z wtórnego.

Poniższe zdjęcie pokazuje, jak wygląda czujnik i gdzie jest zainstalowany w niektórych pojazdach.

U dystrybutora

Czujnik wału korbowego

Czujnik wałka rozrządu

Czujnik obrotomierza

Czujnik Halla w silniku elektrycznym

Urządzenie

Prosty czujnik halla składa się z:

• Trwały magnes. Tworzy pole magnetyczne działające na półprzewodnik, w którym powstaje prąd o niskim napięciu;
• Obwód magnetyczny. Ten pierwiastek dostrzega działanie pola magnetycznego i generuje prąd;
• Obrotowy wirnik. Jest to metalowa zakrzywiona płyta z otworami. Gdy wał głównego urządzenia obraca się, łopatki wirnika na przemian blokują działanie magnesu na pręt, który wytwarza w nim impulsy;
• Plastikowe obudowy.

Rodzaje i zakres

Wszystkie czujniki Halla dzielą się na dwie kategorie. Pierwsza kategoria to cyfrowa, a druga analogowa. Urządzenia te są z powodzeniem stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji. Najprostszym przykładem tego czujnika jest DPKV (mierzy położenie wału korbowego podczas jego obrotu).

Element analogowego czujnika Halla

W innych branżach podobne urządzenia stosuje się np. w pralkach (pranie waży się na podstawie prędkości obrotowej pełnego bębna). Innym powszechnym zastosowaniem takich urządzeń jest klawiatura komputerowa (małe magnesy znajdują się z tyłu klawiszy, a sam czujnik jest zainstalowany pod elastycznym materiałem polimerowym).

Profesjonalni elektrycy używają specjalnego urządzenia do bezdotykowego pomiaru prądu w kablu, w którym jest również zainstalowany czujnik Halla, który reaguje na siłę pola magnetycznego wytworzonego przez przewody i podaje wartość odpowiadającą sile wiru magnetycznego .

W przemyśle motoryzacyjnym czujniki Halla są zintegrowane z różnymi systemami. Na przykład w pojazdach elektrycznych urządzenia te monitorują stan naładowania akumulatora. Pozycja wału korbowego, przepustnica, prędkość koła itp. - to wszystko i wiele innych parametrów określają czujniki Halla.

Liniowe (analogowe) czujniki Halla

W takich czujnikach napięcie zależy bezpośrednio od natężenia pola magnetycznego. Innymi słowy, im bliżej czujnika znajduje się pole magnetyczne, tym wyższe napięcie wyjściowe. Tego typu urządzenia nie mają wyzwalacza Schmidta i przełączającego tranzystora wyjściowego. Napięcie w nich pobierane jest bezpośrednio ze wzmacniacza operacyjnego.

Napięcie wyjściowe analogowych czujników Halla może być generowane przez magnes trwały lub magnes elektryczny. Zależy to również od grubości płytek i siły prądu, który przepływa przez tę płytkę.

Logika podpowiada, że ​​napięcie wyjściowe czujnika może być zwiększane w nieskończoność wraz ze wzrostem pola magnetycznego. Właściwie tak nie jest. Napięcie wyjściowe z czujnika będzie ograniczone napięciem zasilania. Szczytowe napięcie wyjściowe na czujniku nazywa się napięciem nasycenia. Po osiągnięciu tego szczytu dalsze zwiększanie gęstości strumienia magnetycznego nie ma sensu.

Na tej zasadzie działają na przykład cęgi prądowe, za pomocą których napięcie w przewodzie jest mierzone bez kontaktu z samym przewodem. Liniowe czujniki Halla są również wykorzystywane w urządzeniach mierzących gęstość pola magnetycznego. Takie urządzenia są bezpieczne w użyciu, ponieważ nie wymagają bezpośredniego kontaktu z elementem przewodzącym.

Przykład zastosowania elementu analogowego

Poniższy rysunek przedstawia prosty obwód czujnika, który mierzy natężenie prądu i działa na zasadzie efektu Halla.

A - dyrygent; B - otwarty pierścień magnetyczny; С – analogowy czujnik Halla; D - wzmacniacz sygnału

Taki czujnik prądu działa bardzo prosto. Kiedy prąd jest doprowadzany do przewodnika, wokół niego powstaje pole magnetyczne. Czujnik rejestruje biegunowość tego pola i jego gęstość. Ponadto w czujniku powstaje napięcie odpowiadające tej wartości, które jest dostarczane do wzmacniacza, a następnie do wskaźnika.

Cyfrowe czujniki Halla

Urządzenia analogowe są wyzwalane w zależności od natężenia pola magnetycznego. Im wyższy, tym większe napięcie będzie w czujniku. Od czasu wprowadzenia elektroniki do różnych urządzeń sterujących czujnik Halla zyskał elementy logiczne.

Element cyfrowego czujnika Halla

Urządzenie albo wykrywa obecność pola magnetycznego, albo go nie wykrywa. W pierwszym przypadku będzie to jednostka logiczna, a sygnał wysyłany jest do siłownika lub jednostki sterującej. W drugim przypadku (nawet przy dużym, ale nie osiągającym progu granicznego pola magnetycznego) urządzenie niczego nie rejestruje, co nazywa się logicznym zerem.

Z kolei urządzenia cyfrowe są typu unipolarnego i bipolarnego. Zastanówmy się krótko, jakie są ich różnice.

Jednobiegunowy

Jeśli chodzi o opcje jednobiegunowe, są one wyzwalane, gdy pojawia się pole magnetyczne tylko o jednej polaryzacji. Jeśli przyniesiesz do czujnika magnes o przeciwnej biegunowości, urządzenie w ogóle nie zareaguje. Dezaktywacja urządzenia następuje, gdy siła pola magnetycznego zmniejszy się lub całkowicie zaniknie.

Wymagana jednostka miary jest wydawana przez urządzenie w momencie, gdy siła pola magnetycznego jest maksymalna. Do momentu osiągnięcia tego progu urządzenie będzie pokazywać wartość 0. Jeśli indukcja pola magnetycznego jest niewielka, urządzenie nie jest w stanie jej naprawić, dlatego pokazuje wartość zerową. Kolejnym czynnikiem wpływającym na dokładność pomiarów przez urządzenie jest jego odległość od pola magnetycznego.

Dwubiegunowy

W przypadku modyfikacji bipolarnej urządzenie aktywuje się, gdy elektromagnes wytworzy określony biegun, a wyłącza się, gdy przyłożony jest biegun przeciwny. Jeśli magnes zostanie usunięty, gdy czujnik jest włączony, urządzenie nie wyłączy się.

Powołanie HH w układzie zapłonowym samochodu

Czujniki Halla są stosowane w bezdotykowych układach zapłonowych. W nich element ten jest instalowany zamiast suwaka wyłącznika, który wyłącza uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej. Poniższy rysunek przedstawia przykład czujnika Halla, który jest stosowany w samochodach z rodziny VAZ.

A - czujnik Halla; B - magnes trwały; Z płytką zakrywającą swobodny efekt magnesu

W nowocześniejszych układach zapłonowych czujnik Halla służy jedynie do określenia położenia wału korbowego. Taki czujnik nazywa się czujnikiem położenia wału korbowego. Zasada jego działania jest identyczna z klasycznym czujnikiem Halla.

Tylko za przerwanie uzwojenia pierwotnego i rozprowadzenie impulsu wysokiego napięcia odpowiada już elektroniczna jednostka sterująca, która jest zaprogramowana na charakterystykę silnika. ECU jest w stanie dostosować się do różnych trybów pracy jednostki napędowej poprzez zmianę czasu zapłonu (w systemach stykowych i bezstykowych starego modelu funkcja ta jest przypisana do regulatora podciśnienia).

Zapłon z czujnikiem Halla

W bezdotykowych układach zapłonowych starego modelu (system pokładowy takiego samochodu nie jest wyposażony w elektroniczną jednostkę sterującą) czujnik działa w następującej kolejności:

1. Wałek rozdzielacza obraca się (połączony z wałkiem rozrządu).
2. Płytka zamocowana na wale znajduje się pomiędzy czujnikiem Halla a magnesem.
3. Płytka posiada szczeliny.
4. Gdy płytka obraca się i między magnesem tworzy się wolna przestrzeń, w czujniku pod wpływem pola magnetycznego wytwarzane jest napięcie.
5. Napięcie wyjściowe dostarczane jest do przełącznika, który zapewnia przełączanie między uzwojeniami cewki zapłonowej.
6. Po wyłączeniu uzwojenia pierwotnego w uzwojeniu wtórnym generowany jest impuls wysokiego napięcia, który wchodzi do rozdzielacza (rozdzielacza) i trafia do określonej świecy zapłonowej.

Mimo prostego schematu działania, bezdotykowy układ zapłonowy musi być idealnie dostrojony, aby w każdej świecy pojawiła się iskra w odpowiednim momencie. W przeciwnym razie silnik będzie działał niestabilnie lub w ogóle się nie uruchomi.

Zalety samochodowego czujnika Halla

Wraz z wprowadzeniem elementów elektronicznych, zwłaszcza w systemach wymagających precyzyjnego dostrojenia, inżynierowie byli w stanie uczynić systemy bardziej stabilnymi w porównaniu do odpowiedników sterowanych przez mechaników. Przykładem tego jest bezdotykowy układ zapłonowy.

Czujnik Halla ma kilka ważnych zalet:

1. Jest kompaktowy;
2. Można go zainstalować absolutnie w dowolnej części samochodu, aw niektórych przypadkach nawet bezpośrednio w samym mechanizmie (na przykład w dystrybutorze);
3. Nie ma w nim elementów mechanicznych, dzięki czemu jego styki się nie palą, jak np. w wyłączniku stykowym układu zapłonowego;
4. Impulsy elektroniczne znacznie skuteczniej reagują na zmiany pola magnetycznego, niezależnie od prędkości obrotowej wału;
5. Oprócz niezawodności urządzenie zapewnia stabilny sygnał elektryczny w różnych trybach pracy silnika.

Ale to urządzenie ma również istotne wady:

• Największym wrogiem każdego urządzenia elektromagnetycznego są zakłócenia. W każdym silniku jest ich mnóstwo;
• W porównaniu z konwencjonalnym czujnikiem elektromagnetycznym to urządzenie będzie znacznie droższe;
• Na jego wydajność ma wpływ rodzaj obwodu elektrycznego.

Zastosowania czujników Halla

Jak powiedzieliśmy, urządzenia na zasadzie Halla są stosowane nie tylko w samochodach. Oto tylko kilka branż, w których czujnik Halla jest możliwy lub wymagany.

Zastosowania czujników liniowych

Czujniki liniowe znajdują się w:

• Urządzenia określające aktualną siłę w sposób bezkontaktowy;
• Tachometry;
• Czujniki poziomu wibracji;
• Czujniki ferromagnetyczne;
• Czujniki określające kąt obrotu;
• Potencjometry bezkontaktowe;
• Silniki bezszczotkowe prądu stałego;
• Czujniki przepływu substancji roboczych;
• Detektory określające położenie mechanizmów roboczych.

Zastosowanie czujników cyfrowych

Jeśli chodzi o modele cyfrowe, są one wykorzystywane w:

• Czujniki określające częstotliwość obrotów;
• Urządzenia do synchronizacji;
• Czujniki układu zapłonowego w samochodzie;
• Czujniki położenia elementów mechanizmów roboczych;
• Liczniki impulsów;
• Czujniki określające położenie zaworów;
• Urządzenia blokujące drzwi;
• Mierniki zużycia substancji roboczych;
• Czujniki zbliżenia;
• Przekaźniki bezstykowe;
• W niektórych modelach drukarek jako czujniki wykrywające obecność lub położenie papieru.

Jakie mogą wystąpić usterki?

Oto tabela głównych usterek czujnika halla i ich wizualnych objawów:

Awaria:	Jak to się objawia:
Czujnik jest wyzwalany częściej niż wał korbowy przechodzi pełny cykl	Zużycie paliwa wzrasta (podczas gdy inne systemy, takie jak paliwo, działają prawidłowo)
Urządzenie jest uruchamiane za każdym razem lub okresowo wyłącza się całkowicie	Podczas jazdy samochód może zgasnąć, samochód szarpie, spada moc silnika, niemożliwe jest przyspieszenie auta powyżej 60 km / h.
Awaria czujnika Halla	W niektórych zagranicznych samochodach najnowszej generacji dźwignia zmiany biegów jest zablokowana
Czujnik położenia wału korbowego jest uszkodzony	Nie można uruchomić silnika
Błędy w instalacji elektrycznej, w której głównym elementem jest czujnik Halla	Na desce rozdzielczej zapala się lampka błędu systemu autodiagnostyki konkretnej jednostki np. Silnika na biegu jałowym, ale znika, gdy silnik nabiera prędkości.

Często zdarza się, że sam czujnik jest sprawny, ale wydaje się, że jest niesprawny. Oto powody tego:

• Brud na czujniku;
• Zerwany drut (jeden lub więcej);
• Na stykach dostała się wilgoć;
• Zwarcie (zawilgocenie lub uszkodzenie izolacji, zwarcie przewodu sygnałowego do masy);
• Naruszenie izolacji kabla lub ekranu;
• Czujnik nie jest prawidłowo podłączony (odwrócona polaryzacja);
• Problemy z przewodami wysokiego napięcia;
• Naruszenie automatycznej jednostki sterującej;
• Odległość między elementami czujnika a częścią sterowaną jest nieprawidłowo ustawiona.

Sprawdzenie czujnika

Aby mieć pewność, że czujnik jest uszkodzony, przed wymianą należy go sprawdzić. Najłatwiejszym sposobem zdiagnozowania problemu - czy problem rzeczywiście tkwi w czujniku - jest przeprowadzenie diagnostyki na oscyloskopie. Urządzenie nie tylko wykrywa awarie, ale także wskazuje na nieuchronną awarię urządzenia.

Ponieważ nie każdy kierowca ma możliwość przeprowadzenia takiej procedury, istnieją tańsze sposoby zdiagnozowania czujnika.

Diagnostyka za pomocą multimetru

Najpierw multimetr jest ustawiony na tryb pomiaru prądu stałego (przełącznik na 20V). Zabieg wykonywany jest w następującej kolejności:

• Drut zbrojony jest odłączony od dystrybutora. Jest podłączony do masy dzięki czemu w wyniku diagnostyki nie uruchomisz przypadkowo auta;
• Zapłon jest włączony (kluczyk jest przekręcony do końca, ale nie uruchamiaj silnika);
• Złącze jest usuwane z dystrybutora;
• Ujemny kontakt multimetru jest połączony z masą samochodu (nadwozia);
• Złącze czujnika ma trzy piny. Dodatni styk multimetru jest podłączony do każdego z nich osobno. Pierwszy styk powinien pokazywać wartość 11,37 V (lub do 12 V), drugi również powinien pokazywać zakres 12 V, a trzeci powinien wynosić 0.

Następnie czujnik jest sprawdzany w działaniu. Aby to zrobić, musisz wykonać następujące czynności:

• Od strony wlotu drutu metalowe kołki (na przykład małe gwoździe) są wkładane do złącza tak, aby się nie stykały. Jeden jest włożony do środkowego kontaktu, a drugi do przewodu ujemnego (zwykle biały);
• Złącze nasuwa się na czujnik;
• Zapłon się włącza (ale nie uruchamiamy silnika);
• Naprawiamy ujemny kontakt testera na minusie (biały przewód), a dodatni kontakt na środkowym pinie. Działający czujnik da odczyt około 11,2V;
• Teraz asystent musi kilkakrotnie obrócić wałem korbowym rozrusznikiem. Odczyt multimetru będzie się wahał. Zwróć uwagę na wartości minimalne i maksymalne. Dolny pasek nie powinien przekraczać 0,4 V, a górny nie powinien spaść poniżej 9 V. W takim przypadku czujnik można uznać za sprawny.

Test odporności

Do pomiaru rezystancji potrzebny będzie rezystor (1 kΩ), lampa diodowa i przewody. Rezystor jest przylutowany do nogi żarówki i podłączony jest do niego przewód. Drugi przewód jest przymocowany do drugiej nóżki żarówki.

Sprawdzenie jest wykonywane w następującej kolejności:

• Zdejmij pokrywę dystrybutora, odłącz blok i styki samego dystrybutora;
• Tester podłącza się do zacisków 1 i 3. Po włączeniu zapłonu wyświetlacz powinien pokazywać wartość z zakresu 10-12 woltów;
• W ten sam sposób do dystrybutora podłączana jest żarówka z rezystorem. Jeśli polaryzacja jest prawidłowa, kontrolka zaświeci się;
• Następnie przewód z trzeciego zacisku jest podłączony do drugiego. Następnie asystent obraca silnik za pomocą rozrusznika;
• Migające światło oznacza działający czujnik. W przeciwnym razie należy go wymienić.

Tworzenie symulowanego kontrolera halla

Ta metoda pozwala zdiagnozować czujnik halla w przypadku braku iskry. Listwa ze stykami jest odłączana od dystrybutora. Zapłon jest włączony. Mały przewód łączy styki wyjściowe czujnika ze sobą. To rodzaj symulatora czujnika halla, który wytworzył impuls. Jeśli w tym samym czasie na środkowym przewodzie utworzyła się iskra, oznacza to, że czujnik jest niesprawny i należy go wymienić.

Rozwiązywanie problemów

Jeśli chcesz naprawić czujnik halla własnymi rękami, musisz najpierw zakupić tak zwany element logiczny. Można go dobrać w zależności od modelu i typu czujnika.

Sama naprawa odbywa się w następujący sposób:

• W środku korpusu wykonuje się otwór wiertłem;
• Za pomocą noża biurowego druty starego elementu są cięte, po czym układane są rowki na nowe przewody, które zostaną podłączone do obwodu;
• Nowy element jest wkładany do obudowy i podłączany do starych pinów. Poprawność podłączenia można sprawdzić za pomocą kontrolnej lampy diodowej z rezystorem na jednym styku. Bez wpływu magnesu światło powinno zgasnąć. Jeśli tak się nie stanie, musisz zmienić polaryzację;
• Nowe kontakty należy przylutować do bloku urządzenia;
• Aby upewnić się, że praca została wykonana prawidłowo, należy zdiagnozować nowy czujnik powyższymi metodami;
• Na koniec obudowa musi zostać uszczelniona. Aby to zrobić, lepiej jest użyć kleju żaroodpornego, ponieważ urządzenie jest często narażone na działanie wysokich temperatur;
• Sterownik montuje się w odwrotnej kolejności.

Jak wymienić czujnik własnymi rękami?

Nie każdy miłośnik samochodów ma czas na ręczną naprawę czujników. Łatwiej jest im kupić nowy i zainstalować go zamiast starego. Ta procedura jest wykonywana w następujący sposób:

• Przede wszystkim musisz usunąć zaciski z akumulatora;
• Dystrybutor jest usuwany, blok z przewodami jest odłączany;
• Pokrywa dystrybutora jest zdjęta;
• Przed całkowitym demontażem urządzenia ważne jest, aby pamiętać, w jaki sposób znajdował się sam zawór. Konieczne jest połączenie znaków rozrządu i wału korbowego;
• Wałek rozdzielacza jest usunięty;
• Sam czujnik halla jest odłączony;
• W miejsce starego czujnika instaluje się nowy;
• Blok jest montowany w odwrotnej kolejności.

Czujniki najnowszej generacji mają długą żywotność, więc częsta wymiana urządzenia nie jest wymagana. Podczas serwisowania układu zapłonowego należy również zwrócić uwagę na to urządzenie śledzące.

Wideo na ten temat

Podsumowując, szczegółowy przegląd urządzenia i zasada działania czujnika Halla w samochodzie:

Co to jest CZUJNIK HALLA. Jak to działa i jak jest zaaranżowane

Pytania i odpowiedzi:

Co to jest czujnik Halla? To urządzenie, które reaguje na pojawienie się lub brak pola magnetycznego. Podobną zasadę działania mają czujniki optyczne, które reagują na uderzenie wiązki światła na fotokomórkę.

Gdzie jest używany czujnik Halla? W samochodach czujnik ten służy do wykrywania prędkości koła lub konkretnego wału. Czujnik ten jest również instalowany w tych systemach, w których ważne jest określenie położenia konkretnego wału w celu synchronizacji różnych systemów. Przykładem tego jest czujnik wału korbowego i wałka rozrządu.

Jak sprawdzić czujnik Halla? Istnieje kilka sposobów sprawdzenia czujnika. Na przykład, gdy w układzie zapłonowym jest prąd, a świece zapłonowe nie emitują iskry, w maszynach z bezstykowym rozdzielaczem pokrywa rozdzielacza jest zdejmowana, a blok świecy jest usuwany. Następnie włącza się zapłon samochodu i zamyka styki 2 i 3. Przewód wysokiego napięcia należy trzymać blisko ziemi. W tym momencie powinna pojawić się iskra. Jeśli jest iskra, ale nie ma iskry, gdy czujnik jest podłączony, należy go wymienić. Drugi sposób to pomiar napięcia wyjściowego czujnika. W dobrym stanie wskaźnik ten powinien mieścić się w zakresie od 0.4 do 11V. Trzecią metodą jest umieszczenie znanego działającego analogu zamiast starego czujnika. Jeśli system działa, problem tkwi w czujniku.