Датчик Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить

Для эффективной работы всех систем современного автомобиля производители оснащают транспортное средство множеством электронных устройств, которые имею больше преимуществ перед механическими элементами.

Каждый датчик имеет большое значение для стабильности работы разных узлов в машине. Рассмотрим особенности датчика холла: какие типы бывают, основные неисправности, принцип работы и где применяется.

Что такое датчик Холла в автомобиле

Датчик холла это небольшое устройство, которое имеет электромагнитный принцип действия. Даже в старых автомобилях советского автопрома эти датчики имеются – они управляют работой бензинового мотора. Если в устройстве появляются неисправности, двигатель в лучшем случае потеряет стабильность.

Они используются для работы системы зажигания, распределения фаз в газораспределяющем механизме и других. Чтобы понять, какие неисправности относятся к поломке датчика, следует разобраться с его устройством и принципом действия.

Для чего нужен датчик Холла в автомобиле?

Датчик холла в авто нужен для фиксирования и измерений магнитных полей в разных узлах автомобиля. Основное применение ДХ – в системе зажигания.

Устройство позволяет определять конкретные параметры бесконтактным путем. Датчик создает электрический импульс, который поступает в коммутатор или эбу. Далее эти устройства подают сигнал на формирование тока для создания искры в свечах.

Кратко о принципе работы

Принцип работы данного устройства был открыт в 1879 г. американским физиком Э.Г. Холлом. Когда полупроводниковая пластина попадает в зону действия магнитного поля постоянно действующего магнита, в ней возникает ток небольшого значения.

После прекращения действия магнитного поля ток не вырабатывается. Прерывание воздействия магнита происходит через прорези в стальном экране, который помещается между магнитом и полупроводниковой пластиной.

Где находится и как выглядит?

Эффект Холла нашел применение во многих системах автомобиля, таких как:

• Определяет положение коленчатого вала (когда поршень первого цилиндра окажется в верхней мертвой точке такта сжатия);
• Определяет положение распределительного вала (для синхронизации открытия клапанов в газораспределительном механизме в некоторых моделях современных ДВС);
• В прерывателе системы зажигания (на трамблере);
• В тахометре.

В процессе вращения вала двигателя датчик реагирует на величину прорезей зубцов, от чего образуется ток низкого напряжения, который поступает на коммутирующее устройство. Попадая в катушку зажигания, сигнал преобразуется в высокое напряжение, которое нужно для создания искры в цилиндре. Если датчик положения коленчатого вала неисправен, запуск мотора невозможен.

Подобный датчик стоит в прерывателе бесконтактной системы зажигания. Когда он срабатывает, происходит переключение обмоток катушки зажигания, что позволяет ей производить заряд на первичной обмотке и совершать разряд со вторичной.

На фото ниже показано, как выглядит датчик и где его устанавливают в некоторых автомобилях.

В трамблере

Датчик коленвала

Датчик распредвала

Датчик тахометра

Датчик холла в электродвигателе

Устройство

Устройство простого датчика холла состоит из:

• Постоянного магнита. Он создает магнитное поле, которое воздействует на полупроводник, в котором создается ток малого напряжения;
• Магнитопровода. Этот элемент воспринимает действие магнитного поля и вырабатывает ток;
• Вращающегося ротора. Это металлическая изогнутая пластина, которая имеет прорези. Когда вал основного устройства вращается, лопасти ротора поочередно перекрывают воздействие магнита на стержень, что создает внутри него импульсы;
• Корпуса из пластика.

Типы и сфера применения

Все датчики Холла делятся на две категории. Первая категория – цифровая, а вторая – аналоговая. Эти приборы успешно применяются в разных отраслях, в том числе и в автомобилестроении. Самый простой пример этого датчика – ДПКВ (измеряет положение коленчатого вала в процессе его вращения).

Элемент аналогового датчика Холла

В других отраслях подобные устройства используются, например, в стиральных машинах (взвешивается белье на основании скорости вращения полного барабана). Еще одно распространенное применение подобных устройств – в компьютерной клавиатуре (мелкие магниты находятся на тыльной стороне клавиш, а сам датчик установлен под эластичным полимерным материалом).

Профессиональные электрики при бесконтактном замере силы тока в кабеле пользуются специальным прибором, в котором тоже устанавливается датчик Холла, который реагирует на силу магнитного поля, создаваемого проводами, и выдает значение, соответствующее силе магнитного вихря.

В автомобилестроении датчики Холла внедряются в разные системы. Например, в электромобилях эти устройства следят за зарядом батареи. Положение коленчатого вала, заслонки дросселя, скорость вращения колес и т.д. – все это и многие другие параметры определяются именно датчиками Холла.

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В таких датчиках напряжение прямолинейно зависит от силы магнитного поля. Другими словами, чем ближе будет находиться датчик к магнитному полю, тем выше выходное напряжение. В таких типах устройств нет триггера Шмидта и переключающего выходного транзистора. Напряжение в них берется непосредственно с операционного усилителя.

Выходное напряжение аналоговых датчиков Холла может генерироваться либо постоянным, либо электрическим магнитом. Также оно зависит от толщины пластин и силы тока, которая протекает через эту пластину.

Логика подсказывает, что выходное напряжение датчика можно бесконечно увеличивать с увеличением магнитного поля. На самом деле это не так. Напряжение на выходе из датчика будет ограничиваться напряжением питания. Пиковое выходное напряжение на датчике называется напряжением насыщения. Когда этот пик достигнут, бессмысленно продолжать увеличивать плотность магнитного потока.

На этом принципе работают, например, токовые клещи, с помощью которых измеряется напряжение в проводнике без контакта с самим проводом. Линейные датчики Холла используются также в приборах, измеряющих плотность магнитного поля. Подобные устройства безопасны в работе, так как они не требуют непосредственного контакта с токопроводящим элементом.

Пример использования аналогового элемента

На рисунке ниже представлена простая схема датчика, измеряющего силу тока, и работающего по принципу эффекта Холла.

А – проводник; В – незамкнутое магнитное кольцо; С – аналоговый датчик Холла; D – усилитель сигнала

Такой датчик тока работает очень просто. Когда по проводнику подается ток, вокруг него создается магнитное поле. Датчик фиксирует полярность этого поля и его плотность. Далее в датчике образуется соответствующее этой величине напряжение, которое поступает на усилитель и затем на индикатор.

Цифровые датчики Холла

Аналоговые устройства срабатывают в зависимости от силы магнитного поля. Чем оно выше, тем больше будет напряжение в датчике. С момента внедрения электроники в разные устройства контроля датчик холла обзавелся логическими элементами.

Элемент цифрового датчика Холла

Прибор либо фиксирует наличие магнитного поля, либо не определяет его. В первом случае это будет логической единицей, и на исполнительное устройство или на блок управления поступает сигнал. Во втором случае (даже при большом, но не достигшем предельный порог, магнитном поле) устройство ничего не фиксирует, что называется логическим нулем.

В свою очередь цифровые устройства бывают униполярного и биполярного типа. Вкратце рассмотрим, в чем их отличия.

Униполярные

Что касается униполярных вариантов, то они срабатывают, когда появляется магнитное поле только одной полярности. Если к датчику поднести магнит с противоположной полярностью, устройство вообще не будет реагировать. Деактивация устройства происходит, когда сила магнитного поля снижается или оно вообще исчезает.

Нужная единица измерения выдается прибором в момент, когда сила магнитного поля максимальная. Пока этот порог не будет достигнут, прибор будет показывать значение 0. Если индукция магнитного поля маленькая, устройство не способно его фиксировать, поэтому и показывает нулевое значение. Еще один фактор, который влияет на точность измерений прибором, это его удаленность от магнитного поля.

Биполярные

В случае биполярной модификации прибор активируется, когда электромагнит создает конкретный полюс, а деактивируется при воздействии противоположного полюса. Если магнит при включенном датчике убрать, устройство не выключится.

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Датчики Холла используются в бесконтактных системах зажигания. В них этот элемент установлен вместо бегунка прерывателя, который отключает первичную обмотку катушки зажигания. На рисунке ниже показан пример датчика Холла, который используется в автомобилях семейства ВАЗ.

А – датчик Холла; В – постоянный магнит; С пластина, перекрывающая свободное воздействие магнита

В более современных системах зажигания датчик Холла используется только для определения положения коленчатого вала. Такой датчик называется датчиком положения коленчатого вала. Принцип его работы идентичен классическому датчику Холла.

Только за прерывание первичной обмотки и распределение высоковольтного импульса уже отвечает электронный блок управления, который программируется под особенности двигателя. ЭБУ способен адаптироваться под разные режимы работы силового агрегата, изменяя угол опережения зажигания (в контактных и бесконтактных системах старого образца эта функция возложена на вакуумный регулятор).

Зажигание с датчиком Холла

В бесконтактных системах зажигания старого образца (бортовая система такого автомобиля не оснащена электронным блоком управления) датчик работает в такой последовательности:

1. Вал трамблера вращается (соединен с распределительным валом).
2. Пластина, закрепленная на валу, расположена между датчиком Холла и магнитом.
3. В пластине имеются прорези.
4. Когда пластина проворачивается и между магнитом образуется свободное пространство, в датчике за счет воздействия магнитного поля образуется напряжение.
5. Выходное напряжение поступает на коммутатор, который обеспечивает переключение между обмотками катушки зажигания.
6. После отключения первичной обмотки во вторичной обмотке генерируется высоковольтный импульс, который поступает на распределитель (трамблер) и идет на конкретную свечу зажигания.

Несмотря на простую схему работы, бесконтактная система зажигания должна быть идеально настроенной, чтобы в каждой свече в подходящий момент появлялась искра. В противном случае мотор будет работать нестабильно или вообще не заведется.

Преимущества автомобильного датчика Холла

С внедрением электронных элементов, особенно в системы, требующие тонкую настройку, инженерам удалось сделать системы более стабильными по сравнению с аналогами, которые управляются механикой. Примером тому является бесконтактная система зажигания.

У датчика, работающего по принципу эффекта Холла, есть несколько важных достоинств:

1. Он компактный;
2. Его можно установить абсолютно в любой части автомобиля, а в некоторых случаях даже непосредственно в самом механизме (например, в трамблере);
3. В нем нет механических элементов, благодаря чему его контакты не подгорают, как, например, в прерывателе контактной системы зажигания;
4. Электронные импульсы намного эффективней реагируют на изменение магнитного поля, независимо от скорости вращения вала;
5. Помимо надежности устройство обеспечивает стабильный электрический сигнал на разных режимах работы мотора.

Но у данного устройства есть и существенные недостатки:

• Самым главным врагом любого электромагнитного устройства являются помехи. Их в любом двигателе предостаточно;
• По сравнению с обычным электромагнитным датчиком данное устройство будет стоит порядком дороже;
• На его работоспособность влияет тип электрической схемы.

Применение датчиков Холла

Как мы уже говорили, устройства, основанные на принципе Холла, используются не только в автомобилях. Вот лишь некоторые отрасли, в которых либо возможно, либо обязательно наличие датчика Холла.

Применение линейных датчиков

Датчики линейного типа встречаются в:

• Приборах, определяющих силу тока бесконтактным путем;
• Тахометрах;
• Датчиках, определяющих уровень вибрации;
• Датчиках ферромагнетиков;
• Сенсорах, определяющих угол поворота;
• Бесконтактных потенциометрах;
• Бесколлекторных двигателях, работающих на постоянном токе;
• Датчиках расхода рабочего вещества;
• Детекторах, определяющих положение рабочих механизмов.

Применение цифровых датчиков

Что касается цифровых моделей, то они используются в:

• Датчиках, определяющих частоту вращения;
• Устройствах синхронизации;
• Датчиках системы зажигания в машине;
• Датчиках положения элементов рабочих механизмов;
• Счетчиках импульсов;
• Датчиках, определяющих положение клапанов;
• Устройствах блокировки дверей;
• Измерителях расхода рабочего вещества;
• Датчиках приближения;
• Бесконтактных реле;
• В некоторых моделях принтеров в качестве датчиков, определяющих наличие или положение бумаги.

Какие могут быть неисправности?

Вот таблица основных неисправностей датчика холла и их визуальные проявления:

Неисправность:	Как проявляется:
Датчик срабатывает чаще, чем коленвал проходит полный цикл	Возрастает потребление топлива (при этом другие системы, например, топливная, работают исправно)
Устройство через раз срабатывает или периодически полностью отключается	Во время движения автомобиля мотор может глохнуть, машина дергается, падает мощность двигателя, невозможно разогнать авто быстрее 60 км/ч.
Сбой в работе датчика холла	В некоторых иномарках последнего поколения блокируется рычаг переключения передач
Датчик положения коленвала сломался	Мотор невозможно запустить
Ошибки в электросистеме, в которой основным элементом является датчик холла	На приборной панели загорается лампочка ошибки системы самодиагностики конкретного узла, например, двигателя на холостом ходу, но исчезает, когда мотор набирает обороты.

Нередко бывает так, что сам датчик исправный, однако по ощущениям кажется, что он вышел из строя. Вот какие могут быть причины этому:

• Грязь на датчике;
• Обрыв провода (одного или нескольких);
• На контакты попала влага;
• Короткое замыкание (из-за влаги или повреждения изоляции сигнальный провод замкнуло с массой);
• Нарушение изоляции или экрана кабеля;
• Неправильно подключен датчик (перепутана полярность);
• Проблемы с высоковольтными проводами;
• Нарушение в работе блока управления авто;
• Неправильно установлено расстояние между элементами датчика и контролируемой деталью.

Проверка датчика

Чтобы точно убедиться в неисправности датчика, перед его заменой необходимо выполнить проверку. Самый простой способ выявить неисправность – действительно ли проблема в датчике – это провести диагностику на осциллографе. Прибор не только выявляет неисправности, но также укажет на скорую поломку устройства.

Так как не у каждого автомобилиста есть возможность проводить такую процедуру, есть более доступные способы диагностики датчика.

Диагностика мультиметром

Вначале мультиметр выставляется в режим замера постоянного тока (переключатель на 20В). Процедура производится в следующей последовательности:

• Отсоединяется бронепровод от распределителя. Он подключается к массе, чтобы в результате диагностики случайно не запустить авто;
• Активируется зажигание (ключ повернут до упора, но мотор не заводить);
• С распределителя снимается разъем;
• Минусовый контакт мультиметра подсоединяется к массе авто (кузову);
• В разъеме датчика имеется три контакта. Плюсовой контакт мультиметра подсоединяется к каждому из них в отдельности. Первый контакт должен показать значение 11,37В (или до 12В), второй – также в районе 12В, а третий – 0.

Далее проверяется датчик в работе. Для этого необходимо сделать следующее:

• Со стороны входа проводов в разъем вставляются металлические штыри (например, небольшие гвозди) так, чтобы они не прикасались друг к другу. Один вставляется в центральный контакт, а другой – к проводу минуса (обычно белого цвета);
• Разъем надевается на датчик;
• Включается зажигание (но мотор не заводим);
• Минусовый контакт тестера фиксируем на минусе (белый провод), а плюсовой – к центральному штырю. Рабочий датчик выдаст показатель приблизительно 11,2В;
• Теперь помощник должен стартером несколько раз провернуть коленвал. Показания мультиметра будут колебаться. Нужно заметить минимальное и максимальное значение. Нижняя планка не должна превышать 0,4В, а верхняя не должна опускаться ниже 9В. В этом случае датчик можно считать исправным.

Проверка сопротивления

Для замера сопротивления потребуется резистор (1 кОм), диодная лампочка и провода. К ножке лампочки припаивается резистор, а к нему подсоединяется провод. Второй провод фиксируется на второй ножке лампочки.

Проверка производится в следующей последовательности:

• Снимаем крышку трамблера, отсоединяем колодку и контакты самого распределителя;
• Тестер подсоединяют к клеммам 1 и 3. После активации зажигания на дисплее должно появиться значение в пределах 10-12 вольт;
• По такой же схеме к распределителю подсоединяется лампочка с резистором. Если полярность правильная, контролька засветится;
• После этого провод с третьей клеммы подсоединяется на вторую. Затем помощник при помощи стартера проворачивает мотор;
• Моргающая лампочка свидетельствует об исправном датчике. В противном случае его необходимо заменить.

Создание имитации контроллера Холла

Этот метод позволяет диагностировать датчик холла при отсутствии искры. Планка с контактами отключается от трамблера. Активируется зажигание. Небольшой проволокой выходные контакты датчика соединяются между собой. Это своеобразный имитатор датчика холла, который создал импульс. Если при этом на центральном кабеле образовалась искра, значит, датчик вышел из строя, и он нуждается в замене.

Устранение неисправностей

Если есть желание отремонтировать датчик холла своими руками, в первую очередь потребуется приобрести так называемый логический компонент. Подобрать его можно в соответствии с моделью и типом датчика.

Сам ремонт выполняется следующим образом:

• Дрелью в центре корпуса делается отверстие;
• Канцелярским ножом обрезаются провода старого компонента, после чего прокладываются канавки для новых проводов, которые будут подключены к схеме;
• Новый компонент вставляется в корпус и соединяется со старыми контактами. Проверить правильность подключения можно при помощи контрольной диодной лампочки с резистором на одном контакте. Без воздействия магнита лампочка должна погаснуть. Если этого не происходит, то нужно поменять полярность;
• Новые контакты необходимо припаять к колодке прибора;
• Чтобы убедиться в правильно выполненных работах, следует диагностировать новый датчик при помощи вышеупомянутых способов;
• В завершение корпус необходимо герметично закрыть. Для этого лучше воспользоваться термоустойчивым клеем, так как на устройство часто воздействуют высокие температуры;
• Контроллер собирается в обратной последовательности.

Как заменить датчик своими руками?

Не у каждого автолюбителя есть время для ручного ремонта датчиков. Им проще купить новый и установить его вместо старого. Данная процедура производится таким образом:

• В первую очередь нужно снять клеммы с аккумулятора;
• Снимается распределитель, отсоединяется колодка с проводами;
• Снимается крышка трамблера;
• Перед тем, как полностью демонтировать устройство, важно запомнить, как был расположен сам распределитель. Необходимо совместить отметки ГРМ и коленвала;
• Снимается вал распределителя;
• Отсоединяется сам датчик холла;
• На место старого датчика устанавливается новый;
• Производится сборка блока в обратной последовательности.

Датчики последнего поколения отличаются большим рабочим ресурсом, поэтому частая замена устройства не требуется. При обслуживании системы зажигания необходимо также обращать внимание и не это следящее устройство.

Видео на тему

В завершение подробный обзор устройства и принципа работы датчика Холла в автомобиле:

Что такое ДАТЧИК ХОЛЛА. Как работает и как устроен

Вопросы и ответы:

Что такое датчик Холла? Это прибор, который реагирует на появление или отсутствие магнитного поля. Похожий принцип действия имеют оптические датчики, которые реагируют на попадание светового пучка на фотоэлемент.

Где используется датчик холла? В автомобилях этот датчик используется для определения скорости вращения колеса или определенного вала. Также этот сенсор устанавливается в тех системах, в которых важно определить положение конкретного вала для синхронизации разных систем. Примером тому служит датчик коленчатого и распределительного валов.

Как проверить датчик Холла? Существует несколько способов проверки датчика. Например, когда питание в системе зажигания имеется, а свечи не выдают искру, на машинах с бесконтактным трамблером снимается крышка распределителя и снимается штекерная колодка. Далее включается зажигание авто и замыкаются контакты 2 и 3. Высоковольтный провод должен держаться возле массы. В этот момент должна появиться искра. Если искра есть, а при подключении датчика ее нет, то его нужно заменить. Второй способ – измеряется выходное напряжение датчика. В исправном состоянии этот показатель должен находиться в пределах от 0.4 до 11В. Третий метод – поставить вместо старого датчика заведомо исправный аналог. Если система заработала, значит, проблема в датчике.