Hallův senzor: princip činnosti, typy, aplikace, způsob kontroly

Pro efektivní provoz všech systémů moderního automobilu vybavují výrobci vozidlo řadou elektronických zařízení, která mají oproti mechanickým prvkům více výhod.

Každý snímač má velký význam pro stabilitu provozu různých komponent ve stroji. Zvažte vlastnosti halového senzoru: jaké typy existují, hlavní poruchy, princip činnosti a kde se používá.

Co je to Hallův senzor v autě

Hallův senzor je malé zařízení, které má elektromagnetický princip činnosti. I ve starých automobilech sovětského automobilového průmyslu jsou tyto senzory k dispozici - řídí provoz benzínového motoru. Pokud zařízení nefunguje správně, ztratí motor přinejlepším stabilitu.

Používají se pro provoz zapalovacího systému, distribuci fází v mechanismu distribuce plynu a další. Abyste pochopili, jaké poruchy souvisejí s poruchou senzoru, musíte pochopit jeho strukturu a princip činnosti.

K čemu slouží Hallův senzor v autě?

Hallův senzor ve vozidle je nutný pro záznam a měření magnetických polí v různých částech vozu. Hlavní použití HH je v systému zapalování.

Zařízení umožňuje bezkontaktní stanovení konkrétních parametrů. Senzor vytváří elektrický impuls, který jde do spínače nebo ECU. Tato zařízení poté odesílají signál ke generování proudu k vytvoření jiskry ve svíčkách.

Stručně o principu práce

Princip fungování tohoto zařízení objevil v roce 1879 americký fyzik E.G. Sál. Když polovodičová destička vstoupí do oblasti magnetického pole permanentního magnetu, vytvoří se v ní malý proud.

Po ukončení magnetického pole není generován žádný proud. K přerušení vlivu magnetu dochází prostřednictvím štěrbin v ocelovém stínění, které je umístěno mezi magnetem a polovodičovou destičkou.

Kde se nachází a jak to vypadá?

Hallův efekt našel uplatnění v mnoha automobilových systémech, jako jsou:

• Určuje polohu klikového hřídele (když je píst prvního válce v horní úvrati kompresního zdvihu);
• Určuje polohu vačkového hřídele (pro synchronizaci otevírání ventilů v mechanismu distribuce plynu u některých modelů moderních spalovacích motorů);
• V jističi systému zapalování (na rozdělovači);
• V otáčkoměru.

Během otáčení hřídele motoru reaguje snímač na velikost drážek zubů, ze kterých je generován nízkonapěťový proud, který je přiváděn do spínacího zařízení. Jakmile se dostane do zapalovací cívky, signál se převede na vysoké napětí, které je potřebné k vytvoření jiskry ve válci. Pokud je snímač polohy klikového hřídele vadný, motor nelze nastartovat.

Podobný snímač je umístěn v jističi bezkontaktního zapalovacího systému. Když je spuštěno, jsou vinutí zapalovací cívky přepnuta, což mu umožňuje vytvářet náboj na primárním vinutí a vybíjet ze sekundárního.

Níže uvedená fotografie ukazuje, jak snímač vypadá a kde je nainstalován v některých vozidlech.

V distributorovi

Snímač klikového hřídele

Snímač vačkového hřídele

Senzor otáčkoměru

Hallův senzor v elektromotoru

Zařízení

Jednoduché zařízení s Hallovým senzorem se skládá z:

• Stálý magnet. Vytváří magnetické pole, které působí na polovodič, ve kterém je vytvářen nízkonapěťový proud;
• Magnetický obvod. Tento prvek vnímá působení magnetického pole a generuje proud;
• Rotující rotor. Jedná se o kovovou zakřivenou desku, která má sloty. Když se hřídel hlavního zařízení otáčí, listy rotoru střídavě blokují účinek magnetu na tyč, který uvnitř vytváří impulsy;
• Plastové krabičky.

Typy a rozsah

Všechny Hallovy senzory spadají do dvou kategorií. První kategorie je digitální a druhá analogová. Tato zařízení se úspěšně používají v různých průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu. Nejjednodušším příkladem tohoto senzoru je DPKV (měří polohu klikového hřídele při otáčení).

Prvek analogového Hallova snímače

V jiných průmyslových odvětvích se podobná zařízení používají například v pračkách (prádlo se váží na základě rychlosti otáčení plného bubnu). Další běžná aplikace takových zařízení je v počítačové klávesnici (malé magnety jsou umístěny na zadní straně kláves a samotný senzor je instalován pod elastickým polymerním materiálem).

Profesionální elektrikáři používají speciální zařízení pro bezkontaktní měření proudu v kabelu, ve kterém je také nainstalován Hallův senzor, který reaguje na sílu magnetického pole vytvářeného vodiči a udává hodnotu odpovídající síle magnetického víru .

V automobilovém průmyslu jsou Hallovy senzory integrovány do různých systémů. Například v elektrických vozidlech tato zařízení monitorují nabití baterie. Poloha klikového hřídele, škrticí ventil, rychlost kola atd. - to vše a mnoho dalších parametrů je určeno Hallovými senzory.

Lineární (analogové) Hallovy snímače

V takových senzorech napětí přímo závisí na síle magnetického pole. Jinými slovy, čím blíže je snímač magnetickému poli, tím vyšší je výstupní napětí. Tyto typy zařízení nemají Schmidtovu spoušť a spínací výstupní tranzistor. Napětí v nich je odebíráno přímo z operačního zesilovače.

Výstupní napětí analogových snímačů Hallova jevu může být generováno buď permanentním magnetem nebo elektrickým magnetem. Záleží také na tloušťce desek a síle proudu, který touto deskou protéká.

Logika diktuje, že výstupní napětí snímače lze neomezeně zvyšovat s rostoucím magnetickým polem. Ve skutečnosti není. Výstupní napětí ze snímače bude omezeno napájecím napětím. Špičkové výstupní napětí na snímači se nazývá saturační napětí. Když je tohoto vrcholu dosaženo, nemá smysl pokračovat ve zvyšování hustoty magnetického toku.

Na tomto principu fungují například proudové kleště, pomocí kterých se měří napětí ve vodiči bez kontaktu se samotným drátem. Lineární Hallovy senzory se také používají v zařízeních, která měří hustotu magnetického pole. Použití takových zařízení je bezpečné, protože nevyžadují přímý kontakt s vodivým prvkem.

Příklad použití analogového prvku

Na obrázku níže je jednoduchý obvod snímače, který měří proudovou sílu a pracuje na principu Hallova jevu.

A - vodič; B - otevřený magnetický kroužek; С – analogový Hallův snímač; D - zesilovač signálu

Takový proudový snímač funguje velmi jednoduše. Když se na vodič přivede proud, vytvoří se kolem něj magnetické pole. Snímač zachycuje polaritu tohoto pole a jeho hustotu. Dále se ve snímači vytvoří napětí odpovídající této hodnotě, které je přiváděno do zesilovače a poté do indikátoru.

Digitální Hallovy senzory

Analogová zařízení se spouštějí v závislosti na síle magnetického pole. Čím vyšší je, tím větší napětí bude ve snímači. Od zavedení elektroniky do různých řídicích zařízení získal halový senzor logické prvky.

Prvek digitálního Hallova snímače

Zařízení buď detekuje přítomnost magnetického pole, nebo jej nezjistí. V prvním případě to bude logická jednotka a signál je odeslán do akčního členu nebo řídicí jednotky. V druhém případě (i při velkém, ale nedosahujícím mezní prahové hodnotě, magnetickém poli) zařízení nezaznamenává nic, čemuž se říká logická nula.

Na druhé straně jsou digitální zařízení unipolárního a bipolárního typu. Podívejme se krátce na to, jaké jsou jejich rozdíly.

Jednopolární

Pokud jde o unipolární možnosti, jsou spuštěny, když se objeví magnetické pole pouze s jednou polaritou. Pokud do senzoru přinesete magnet s opačnou polaritou, zařízení nebude vůbec reagovat. Deaktivace zařízení nastane, když se síla magnetického pole sníží nebo úplně zmizí.

Požadovanou měrnou jednotku vydá zařízení v okamžiku, kdy je síla magnetického pole maximální. Dokud nebude dosaženo této prahové hodnoty, bude zařízení zobrazovat hodnotu 0. Pokud je indukce magnetického pole malá, zařízení ji nedokáže opravit, proto ukazuje nulovou hodnotu. Dalším faktorem, který ovlivňuje přesnost měření zařízením, je jeho vzdálenost od magnetického pole.

Bipolární

V případě bipolární modifikace se zařízení aktivuje, když elektromagnet vytvoří konkrétní pól, a deaktivuje se, když je aplikován opačný pól. Pokud je magnet odstraněn, když je senzor zapnutý, zařízení se nevypne.

Jmenování HH v systému zapalování automobilu

Hallovy snímače se používají v bezkontaktních zapalovacích systémech. V nich je tento prvek instalován místo jezdce jističe, který vypíná primární vinutí zapalovací cívky. Níže uvedený obrázek ukazuje příklad Hallova snímače, který se používá ve vozech řady VAZ.

A - Hallův snímač; B - permanentní magnet; S deskou, která zakrývá volný účinek magnetu

V modernějších zapalovacích systémech se Hallův snímač používá pouze k určení polohy klikového hřídele. Takový snímač se nazývá snímač polohy klikového hřídele. Princip jeho činnosti je shodný s klasickým Hallovým senzorem.

Pouze za přerušení primárního vinutí a distribuci vysokonapěťového impulsu je již zodpovědná elektronická řídicí jednotka, která je naprogramována na charakteristiku motoru. ECU se dokáže přizpůsobit různým provozním režimům pohonné jednotky změnou časování zapalování (v kontaktních a bezkontaktních systémech starého modelu je tato funkce přiřazena podtlakovému regulátoru).

Zapalování s Hallovým senzorem

V bezkontaktních zapalovacích systémech starého modelu (palubní systém takového vozu není vybaven elektronickou řídicí jednotkou) snímač pracuje v následujícím pořadí:

1. Hřídel rozdělovače se otáčí (spojená s vačkovým hřídelem).
2. Mezi Hallovým snímačem a magnetem je umístěna deska upevněná na hřídeli.
3. Deska má štěrbiny.
4. Když se destička otáčí a mezi magnetem se vytvoří volný prostor, vlivem magnetického pole vzniká v senzoru napětí.
5. Výstupní napětí je přiváděno do spínače, který zajišťuje přepínání mezi vinutími zapalovací cívky.
6. Po vypnutí primárního vinutí vzniká v sekundárním vinutí vysokonapěťový impuls, který vstupuje do rozdělovače (rozdělovače) a směřuje ke konkrétní zapalovací svíčce.

Navzdory jednoduchému schématu fungování musí být bezkontaktní zapalovací systém dokonale vyladěn tak, aby se v každé svíčce objevila jiskra ve správný čas. V opačném případě bude motor pracovat nestabilně nebo se vůbec nespustí.

Výhody automobilového Hallova senzoru

Se zavedením elektronických prvků, zejména v systémech, které vyžadují jemné doladění, byli inženýři schopni učinit systémy stabilnějšími ve srovnání s protějšky, které jsou řízeny mechanikou. Příkladem je bezkontaktní zapalovací systém.

Hallův senzor má několik důležitých výhod:

1. Je kompaktní;
2. Může být instalován absolutně v jakékoli části vozu a v některých případech dokonce přímo v samotném mechanismu (například v rozdělovači);
3. Nejsou v něm žádné mechanické prvky, takže jeho kontakty nehoří, jako například u jističe kontaktního zapalovacího systému;
4. Elektronické impulsy mnohem efektivněji reagují na změny magnetického pole bez ohledu na rychlost otáčení hřídele;
5. Kromě spolehlivosti poskytuje zařízení stabilní elektrický signál v různých režimech provozu motoru.

Ale toto zařízení má také významné nevýhody:

• Největším nepřítelem každého elektromagnetického zařízení je rušení. V každém motoru je jich spousta;
• Ve srovnání s běžným elektromagnetickým senzorem bude toto zařízení mnohem dražší;
• Jeho výkon je ovlivněn typem elektrického obvodu.

Aplikace Hallova senzoru

Jak jsme řekli, zařízení s Hallovým principem se používají nejen v automobilech. Zde je jen několik odvětví, ve kterých je snímač Hallova efektu možný nebo požadovaný.

Aplikace lineárních senzorů

Lineární snímače se nacházejí v:

• Zařízení, která určují aktuální sílu bezkontaktním způsobem;
• Tachometry;
• Snímače hladiny vibrací;
• Feromagnetické senzory;
• Senzory, které určují úhel otočení;
• Bezkontaktní potenciometry;
• DC střídavé motory;
• Snímače průtoku pracovní látky;
• Detektory, které určují polohu pracovních mechanismů.

Aplikace digitálních senzorů

Pokud jde o digitální modely, používají se v:

• Senzory, které určují frekvenci otáčení;
• Synchronizační zařízení;
• Senzory zapalovacího systému v autě;
• Snímače polohy prvků pracovních mechanismů;
• Pulzní čítače;
• Senzory, které určují polohu ventilů;
• Zamykací zařízení dveří;
• Měřiče spotřeby pracovních látek;
• Senzory přiblížení;
• Bezkontaktní relé;
• V některých modelech tiskáren jako senzory, které detekují přítomnost nebo polohu papíru.

Jaké mohou být poruchy?

Zde je tabulka poruch hlavních halových senzorů a jejich vizuálních projevů:

Porucha:	Jak se to projevuje:
Snímač se spouští častěji, než klikový hřídel projde celým cyklem	Zvyšuje se spotřeba paliva (zatímco ostatní systémy, například palivo, fungují správně)
Zařízení se spouští pokaždé nebo se pravidelně úplně vypíná	Během jízdy se motor může zastavit, auto trhá, výkon motoru klesá, není možné zrychlit vůz rychleji než 60 km / h.
Porucha Hallova snímače	U některých zahraničních automobilů nejnovější generace je řadicí páka zablokovaná
Snímač polohy klikového hřídele je poškozený	Motor nelze nastartovat
Chyby v elektrickém systému, ve kterém je hlavním prvkem halový senzor	Na palubní desce se rozsvítí chybová kontrolka samodiagnostického systému konkrétní jednotky, například motoru při volnoběžných otáčkách, ale zmizí, jakmile motor načte otáčky.

Často se stává, že samotný senzor je opravitelný, ale má pocit, že je nefunkční. Zde jsou důvody:

• Nečistoty na senzoru;
• Přerušený drát (jeden nebo více);
• Vlhkost se dostala do kontaktů;
• Zkrat (kvůli vlhkosti nebo poškození izolace, signální vodič zkratován k zemi);
• Porušení izolace nebo stínění kabelu;
• Čidlo není správně připojeno (polarita je obrácená);
• Problémy s vysokonapěťovými vodiči;
• Porušení automatické řídicí jednotky;
• Vzdálenost mezi prvky snímače a ovládanou částí je nesprávně nastavena.

Kontrola senzoru

Abyste se ujistili, že je senzor vadný, je třeba před výměnou provést kontrolu. Nejjednodušší způsob, jak diagnostikovat problém - ať už je problém skutečně v senzoru - je spustit diagnostiku na osciloskopu. Zařízení nejen detekuje poruchy, ale také indikuje bezprostřední poruchu zařízení.

Protože ne každý motorista má možnost provést takový postup, existují cenově dostupnější způsoby diagnostiky senzoru.

Diagnostika pomocí multimetru

Nejprve je multimetr nastaven do režimu měření stejnosměrného proudu (spínač pro 20V). Postup se provádí v následujícím pořadí:

• Pancéřovaný drát je odpojen od rozdělovače. Je spojen s hmotou, takže v důsledku diagnostiky náhodně nespustíte auto;
• Aktivuje se zapalování (klíč je zcela otočený, ale nespouštějte motor);
• Konektor je odstraněn z distributoru;
• Negativní kontakt multimetru je spojen s hmotností automobilu (těla);
• Konektor senzoru má tři piny. Kladný kontakt multimetru je připojen ke každému z nich samostatně. První kontakt by měl ukazovat hodnotu 11,37 V (nebo až 12 V), druhý by měl také ukazovat v oblasti 12 V a třetí by měl být 0.

Dále je senzor zkontrolován v provozu. Chcete-li to provést, musíte provést následující:

• Ze strany vstupu drátu jsou do konektoru zasunuty kovové kolíky (například malé hřebíky), aby se navzájem nedotýkaly. Jeden je vložen do středového kontaktu a druhý - do mínusového drátu (obvykle bílý);
• Konektor klouže po senzoru;
• Zapalování se zapne (ale nespustíme motor);
• Opravíme minusový kontakt testeru na minus (bílý vodič) a plusový kontakt na středový kolík. Pracovní snímač poskytne naměřenou hodnotu přibližně 11,2 V;
• Nyní musí asistent několikrát zalomit klikový hřídel se startérem. Odečet měřiče bude kolísat. Všimněte si minimální a maximální hodnoty. Spodní lišta by neměla překročit 0,4 V a horní by neměla klesnout pod 9 V. V tomto případě lze senzor považovat za provozuschopný.

Zkouška odolnosti

Pro měření odporu budete potřebovat rezistor (1 kΩ), diodovou lampu a vodiče. Na nohu žárovky je připájen rezistor a je k němu připojen vodič. Druhý vodič je připevněn k druhé noze žárovky.

Kontrola se provádí v následujícím pořadí:

• Sejměte kryt rozdělovače, odpojte blok a kontakty samotného rozdělovače;
• Zkoušečka je připojena ke svorkám 1 a 3. Po aktivaci zapalování by se na displeji měla zobrazit hodnota v rozsahu 10-12 voltů;
• Stejným způsobem je k rozdělovači připojena žárovka s odporem. Pokud je polarita správná, ovládání se rozsvítí;
• Poté je vodič ze třetí svorky připojen k druhé. Potom asistent pomocí startéru otočí motor;
• Blikající světlo označuje funkční snímač. Jinak je nutné jej vyměnit.

Vytvoření simulovaného Hall Controller

Tato metoda umožňuje diagnostikovat Hallovo čidlo bez jiskry. Pás s kontakty je odpojen od rozdělovače. Zapalování je aktivováno. Malý vodič vzájemně spojuje výstupní kontakty snímače. Jedná se o druh simulátoru Hallova senzoru, který vytvořil impuls. Pokud se na centrálním kabelu vytvoří jiskra, je senzor mimo provoz a je třeba jej vyměnit.

Odstraňování problémů

Pokud si přejete opravit halový senzor vlastními rukama, musíte si nejprve koupit takzvanou logickou součástku. Lze jej vybrat podle modelu a typu senzoru.

Samotná oprava se provádí následovně:

• Ve středu těla je pomocí vrtačky vytvořen otvor;
• S administrativním nožem jsou řezány dráty staré součásti, poté jsou položeny drážky pro nové dráty, které budou připojeny k obvodu;
• Nová součástka se vloží do pouzdra a připojí se ke starým čepům. Správnost připojení můžete zkontrolovat pomocí kontrolky diody s odporem na jednom kontaktu. Bez vlivu magnetu by světlo mělo zhasnout. Pokud se tak nestane, musíte změnit polaritu;
• Nové kontakty musí být připájeny k bloku zařízení;
• Abyste se ujistili, že práce probíhá správně, měli byste diagnostikovat nový senzor pomocí výše uvedených metod;
• Nakonec musí být pouzdro utěsněno. K tomu je lepší použít tepelně odolné lepidlo, protože zařízení je často vystaveno vysokým teplotám;
• Regulátor je sestaven v opačném pořadí.

Jak vyměnit snímač vlastními rukama?

Ne každý automobilový nadšenec má čas na ruční opravu senzorů. Je pro ně snazší koupit si nový a nainstalovat jej místo starého. Tento postup se provádí následovně:

• Nejprve musíte vyjmout svorky z baterie;
• Distributor je odstraněn, blok s dráty je odpojen;
• Kryt distributoru je odstraněn;
• Před úplnou demontáží zařízení je důležité si uvědomit, jak byl umístěn samotný ventil. Je nutné kombinovat rozvodové značky a klikový hřídel;
• Hřídel rozdělovače je odstraněna;
• Samotný halový senzor je odpojen;
• Místo starého snímače je nainstalován nový;
• Blok je sestaven v opačném pořadí.

Senzory nejnovější generace mají dlouhou životnost, takže není nutná častá výměna zařízení. Při údržbě systému zapalování musíte věnovat pozornost také tomuto sledovacímu zařízení.

Video k tématu

Na závěr podrobný přehled zařízení a principu fungování Hallova senzoru v autě:

Co je HALL SENZOR. Jak to funguje a jak je to zařízeno

Otázky a odpovědi:

Co je to Hallův senzor? Jedná se o zařízení, které reaguje na výskyt nebo nepřítomnost magnetického pole. Podobný princip činnosti mají optické senzory, které reagují na dopad světelného paprsku na fotobuňku.

Kde se používá Hallovo čidlo? V automobilech se tento senzor používá k detekci rychlosti kola nebo konkrétní hřídele. Tento senzor je také nainstalován v těch systémech, ve kterých je důležité určit polohu konkrétního hřídele pro synchronizaci různých systémů. Příkladem je snímač klikového a vačkového hřídele.

Jak zkontrolovat Hallovo čidlo? Senzor lze zkontrolovat několika způsoby. Například když je v zapalovacím systému napájení a zapalovací svíčky nevyzařují jiskru, u strojů s bezkontaktním rozdělovačem se odstraní kryt rozdělovače a sejme se blok zástrčky. Poté se zapne zapalování automobilu a sepnou kontakty 2 a 3. Vysokonapěťový vodič musí být držen v blízkosti země. V tuto chvíli by se měla objevit jiskra. Pokud je jiskra, ale při připojení senzoru jiskra není, je nutné ji vyměnit. Druhým způsobem je měření výstupního napětí snímače. V dobrém stavu by tento indikátor měl být v rozsahu od 0.4 do 11V. Třetí metodou je dát místo starého senzoru známý funkční analog. Pokud systém funguje, problém je ve snímači.