Hall-sensor: driftsprincip, typer, anvendelse, hvordan man kontrollerer

For effektiv drift af alle systemer i en moderne bil udstyrer producenter køretøjet med en række elektroniske enheder, der har flere fordele i forhold til mekaniske elementer.

Hver sensor er af stor betydning for stabiliteten i driften af ​​forskellige komponenter i maskinen. Overvej hallssensorens funktioner: hvilke typer er der, de vigtigste funktionsfejl, driftsprincippet, og hvor det anvendes.

Hvad er en Hall-sensor i en bil

En hallsensor er en lille enhed, der har et elektromagnetisk funktionsprincip. Selv i gamle biler fra den sovjetiske bilindustri er disse sensorer tilgængelige - de styrer driften af ​​benzinmotoren. Hvis en enhed ikke fungerer, mister motoren i bedste fald stabilitet.

De bruges til driften af ​​tændingssystemet, fordelingen af ​​faser i gasfordelingsmekanismen og andre. For at forstå, hvilke fejl der er relateret til nedbrydningen af ​​sensoren, skal du forstå dens struktur og funktionsprincip.

Hvad er en Hall-sensor i en bil til?

En hallsensor i en bil er nødvendig for at registrere og måle magnetfelter i forskellige dele af bilen. HH's vigtigste anvendelse er i tændingssystemet.

Enheden giver dig mulighed for at bestemme specifikke parametre på en ikke-kontakt måde. Sensoren skaber en elektrisk impuls, der går til kontakten eller ECU. Disse enheder sender derefter et signal for at generere en strøm for at skabe en gnist i lysene.

Kort om arbejdets princip

Driftsprincippet for denne enhed blev opdaget i 1879 af den amerikanske fysiker E.G. Hal. Når en halvlederskive kommer ind i området af magnetfeltet for en permanent magnet, genereres en lille strøm i den.

Efter afslutningen af ​​magnetfeltet genereres der ingen strøm. Afbrydelsen af ​​magnetens indflydelse sker gennem slidserne i stålskærmen, som er placeret mellem magneten og halvlederpladen.

Hvor er det placeret, og hvordan ser det ud?

Hall-effekten har fundet anvendelser i mange bilsystemer såsom:

• Bestemmer positionen af ​​krumtapakslen (når stemplet i den første cylinder er i øverste dødpunkt for kompressionstaget);
• Bestemmer positionen af ​​kamakslen (for at synkronisere åbningen af ​​ventiler i gasfordelingsmekanismen i nogle modeller af moderne forbrændingsmotorer);
• I tændingssystemafbryderen (på distributøren);
• I omdrejningstælleren.

Under rotationsprocessen af ​​motorakslen reagerer sensoren på størrelsen af ​​tænderne, hvorfra der genereres en lavspændingsstrøm, som leveres til omskifteren. En gang i tændspolen omdannes signalet til højspænding, hvilket er nødvendigt for at skabe en gnist i cylinderen. Hvis krumtapakselpositionssensoren er defekt, kan motoren ikke startes.

En lignende sensor er placeret i afbryderen til det kontaktløse tændingssystem. Når den udløses, skiftes tændspolens viklinger, hvilket gør det muligt at producere en ladning på den primære vikling og afladning fra sekundæren.

Billedet nedenfor viser, hvordan sensoren ser ud, og hvor den er installeret i nogle køretøjer.

I distributøren

Krumtapsføler

Knastaksel sensor

Omdrejningssensor

Hall-sensor i elmotoren

enhed

En simpel hallsensorenhed består af:

• Permanent magnet. Det skaber et magnetfelt, der virker på halvlederen, hvor der dannes en lavspændingsstrøm;
• Magnetisk kredsløb. Dette element opfatter virkningen af ​​et magnetfelt og genererer en strøm;
• Roterende rotor. Det er en buet metalplade, der har slots. Når akslen på hovedindretningen roterer, blokerer rotorbladene skiftevis effekten af ​​magneten på stangen, hvilket skaber impulser inde i den;
• Plastkabinetter.

Typer og rækkevidde

Alle Hall -sensorer falder i to kategorier. Den første kategori er digital, og den anden er analog. Disse enheder bruges med succes i forskellige industrier, herunder bilindustrien. Det enkleste eksempel på denne sensor er DPKV (måler krumtapakslens position, når den roterer).

Analog Hall Sensor Element

I andre industrier bruges lignende anordninger, for eksempel i vaskemaskiner (vasketøj vejes ud fra en tromles rotationshastighed). En anden almindelig anvendelse af sådanne enheder er i et computertastatur (små magneter er placeret på bagsiden af ​​tasterne, og selve sensoren er installeret under et elastisk polymermateriale).

Professionelle elektrikere, når de måler strømstyrken i kablet uden kontakt, bruger en særlig enhed, hvor der også er installeret en Hall -sensor, som reagerer på styrken af ​​det magnetiske felt, der er skabt af ledningerne og giver en værdi, der svarer til styrken på den magnetiske hvirvel.

I bilindustrien er Hall -sensorer integreret i forskellige systemer. For eksempel i elektriske køretøjer overvåger disse enheder batteriopladningen. Krumtapakselposition, gashåndtag, hjulhastighed osv. - alt dette og mange andre parametre bestemmes af Hall -sensorerne.

Lineære (analoge) Hall-sensorer

I sådanne sensorer afhænger spændingen direkte af magnetfeltets styrke. Med andre ord, jo tættere sensoren er på magnetfeltet, jo højere er udgangsspændingen. Disse typer enheder har ikke en Schmidt-trigger og en switch-out-transistor. Spændingen i dem tages direkte fra operationsforstærkeren.

Udgangsspændingen fra analoge Hall-effektsensorer kan genereres enten af ​​en permanent magnet eller en elektrisk magnet. Det afhænger også af pladernes tykkelse og styrken af ​​den strøm, der løber gennem denne plade.

Logikken dikterer, at sensorens udgangsspænding kan øges i det uendelige med stigende magnetfelt. Det er det faktisk ikke. Udgangsspændingen fra sensoren vil være begrænset af forsyningsspændingen. Den maksimale udgangsspænding over sensoren kaldes mætningsspændingen. Når denne top er nået, er det meningsløst at fortsætte med at øge den magnetiske fluxtæthed.

For eksempel arbejder strømklemmer efter dette princip, ved hjælp af hvilke spændingen i lederen måles uden kontakt med selve ledningen. Lineære Hall-sensorer bruges også i enheder, der måler magnetfelttæthed. Sådanne enheder er sikre at bruge, da de ikke kræver direkte kontakt med et ledende element.

Et eksempel på brug af et analogt element

Nedenstående figur viser et simpelt kredsløb af en sensor, der måler strømstyrken og arbejder efter Hall-effektens princip.

A - dirigent; B - åben magnetisk ring; С – analog Hall-sensor; D - signalforstærker

Sådan en strømsensor fungerer meget enkelt. Når der tilføres strøm til en leder, skabes et magnetfelt omkring den. Sensoren fanger dette felts polaritet og dets tæthed. Yderligere dannes en spænding svarende til denne værdi i sensoren, som tilføres forstærkeren og derefter til indikatoren.

Digitale hallsensorer

Analoge enheder udløses afhængigt af magnetfeltets styrke. Jo højere den er, jo mere spænding vil der være i sensoren. Siden introduktionen af ​​elektronik i forskellige styreenheder har hallsensoren erhvervet logiske elementer.

Digital Hall Sensor Element

Enheden registrerer enten tilstedeværelsen af ​​et magnetisk felt eller detekterer det ikke. I det første tilfælde vil det være en logisk enhed, og et signal sendes til aktuatoren eller styreenheden. I det andet tilfælde (selv med et stort, men ikke nående grænsetærskel, magnetfelt), registrerer enheden ikke noget, som kaldes et logisk nul.

Til gengæld er digitale enheder af de unipolare og bipolare typer. Lad os kort overveje, hvad deres forskelle er.

Unipolar

Hvad angår de unipolære muligheder, udløses de, når et magnetfelt med kun én polaritet vises. Hvis du bringer en magnet med den modsatte polaritet til sensoren, reagerer enheden slet ikke. Deaktivering af enheden sker, når magnetfeltets styrke falder, eller den forsvinder helt.

Den nødvendige måleenhed udstedes af enheden i det øjeblik, hvor magnetfeltets styrke er maksimal. Indtil denne tærskel er nået, viser enheden en værdi på 0. Hvis magnetfeltinduktionen er lille, kan enheden ikke rette den, derfor viser den en nulværdi. En anden faktor, der påvirker nøjagtigheden af ​​målinger fra enheden, er dens afstand til magnetfeltet.

Bipolar

I tilfælde af den bipolære ændring aktiveres enheden, når elektromagneten opretter en bestemt pol, og deaktiveres, når den modsatte pol påføres. Hvis magneten fjernes, mens sensoren er tændt, slukker enheden ikke.

Udnævnelse af HH i bilens tændingsanlæg

Hall-sensorer bruges i berøringsfri tændingssystemer. I dem er dette element installeret i stedet for afbryderskyderen, som slukker den primære vikling af tændspolen. Nedenstående figur viser et eksempel på en Hall-sensor, som bruges i biler i VAZ-familien.

A - Hall sensor; B - permanent magnet; Med en plade, der dækker magnetens frie effekt

I mere moderne tændingssystemer bruges Hall-sensoren kun til at bestemme krumtapakslens position. En sådan sensor kaldes en krumtapakselpositionssensor. Funktionsprincippet er identisk med den klassiske Hall-sensor.

Kun for afbrydelsen af ​​primærviklingen og fordelingen af ​​højspændingsimpulsen er allerede ansvaret for den elektroniske styreenhed, som er programmeret til motorens egenskaber. ECU'en er i stand til at tilpasse sig forskellige driftstilstande for kraftenheden ved at ændre tændingstidspunktet (i kontakt- og ikke-kontaktsystemerne i den gamle model er denne funktion tildelt vakuumregulatoren).

Tænding med Hall sensor

I kontaktløse tændingssystemer af den gamle model (det indbyggede system i en sådan bil er ikke udstyret med en elektronisk styreenhed), fungerer sensoren i følgende rækkefølge:

1. Fordelerakslen roterer (forbundet til knastakslen).
2. En plade fastgjort på akslen er placeret mellem Hall-sensoren og magneten.
3. Pladen har slidser.
4. Når pladen roterer, og der dannes et frirum mellem magneten, genereres en spænding i sensoren på grund af magnetfeltets indflydelse.
5. Udgangsspændingen tilføres kontakten, som sørger for skift mellem tændspolens viklinger.
6. Efter at primærviklingen er slukket, genereres en højspændingsimpuls i sekundærviklingen, som kommer ind i fordeleren (fordeleren) og går til et specifikt tændrør.

På trods af det enkle betjeningssystem skal et kontaktløst tændingssystem være perfekt indstillet, så en gnist vises i hvert stearinlys på det rigtige tidspunkt. Ellers vil motoren køre ustabilt eller slet ikke starte.

Fordele ved Automotive Hall Sensor

Med introduktionen af ​​elektroniske elementer, især i systemer, der kræver finjustering, har ingeniører været i stand til at gøre systemer mere stabile sammenlignet med modparter, der er styret af mekanik. Et eksempel på dette er det kontaktløse tændingssystem.

Hall-effektsensoren har flere vigtige fordele:

1. Den er kompakt;
2. Det kan installeres absolut i enhver del af bilen, og i nogle tilfælde endda direkte i selve mekanismen (for eksempel i en distributør);
3. Der er ingen mekaniske elementer i det, så dets kontakter ikke brænder, som for eksempel i en kontakttændingssystemafbryder;
4. Elektroniske impulser reagerer meget mere effektivt på ændringer i magnetfeltet, uanset omdrejningshastigheden af ​​akslen;
5. Ud over pålidelighed giver enheden et stabilt elektrisk signal i forskellige driftstilstande af motoren.

Men denne enhed har også betydelige ulemper:

• Den største fjende af enhver elektromagnetisk enhed er interferens. Der er masser af dem i enhver motor;
• Sammenlignet med en konventionel elektromagnetisk sensor vil denne enhed være meget dyrere;
• Dens ydeevne påvirkes af typen af ​​elektrisk kredsløb.

Hall sensor applikationer

Som vi sagde, bruges Hall princip -enheder ikke kun i biler. Her er blot nogle få af de industrier, hvor en Hall -effektsensor enten er mulig eller påkrævet.

Lineære sensorapplikationer

Sensorer af lineær type findes i:

• Enheder, der bestemmer strømstyrken på en kontaktfri måde;
• Omdrejningstal;
• Sensorer til vibrationsniveau;
• Ferromagnetiske sensorer;
• Sensorer, der bestemmer rotationsvinklen;
• Berøringsfri potentiometre;
• DC børsteløse motorer;
• Strømningssensorer af arbejdsstof;
• Detektorer, der bestemmer placeringen af ​​arbejdsmekanismer.

Anvendelse af digitale sensorer

Hvad angår digitale modeller, bruges de i:

• Sensorer, der bestemmer rotationsfrekvensen;
• Synkroniseringsenheder;
• Tændingssystem sensorer i bilen;
• Positionssensorer af elementer i arbejdsmekanismer;
• Pulstællere;
• Sensorer, der bestemmer ventilernes position;
• Dørlåseanordninger;
• Arbejdsmiddelforbrugsmålere;
• Nærhedsfølere;
• Kontaktløse relæer;
• I nogle modeller af printere, som sensorer, der registrerer tilstedeværelse eller position af papir.

Hvilke fejl kan der være?

Her er en tabel over funktionsfejl i hovedsalen og deres visuelle manifestationer:

Defekt:	Hvordan manifesterer det sig:
Sensoren udløses oftere, end krumtapakslen gennemgår en hel cyklus	Brændstofforbruget stiger (mens andre systemer, såsom brændstof, fungerer korrekt)
Enheden udløses hver gang eller slukker periodisk helt	Mens bilen kører, kan motoren gå i stå, bilen rykker, motorkraften falder, det er umuligt at accelerere bilen hurtigere end 60 km / t.
Hallsensorfunktion	I nogle udenlandske biler af den nyeste generation er gearstangen blokeret
Krumtapakselpositionssensoren er brudt	Motoren kan ikke startes
Fejl i et elektrisk system, hvor hallføleren er hovedelementet	På instrumentbrættet lyser fejllyset i en bestemt enheds selvdiagnosesystem, for eksempel motoren ved tomgang, men forsvinder, når motoren tager fart.

Det sker ofte, at selve sensoren kan serviceres, men det føles som om den ikke er i orden. Her er grundene til dette:

• Snavs på sensoren;
• Brudt ledning (en eller flere);
• Fugt er kommet på kontakterne;
• Kortslutning (på grund af fugt eller beskadigelse af isoleringen kortsigneres ledningen til jorden);
• Overtrædelse af kabelisolering eller skærm;
• Sensoren er ikke tilsluttet korrekt (polariteten er omvendt);
• Problemer med højspændingskabler;
• Overtrædelse af den automatiske kontrolenhed;
• Afstanden mellem elementerne i sensoren og den kontrollerede del er forkert indstillet.

Sensorkontrol

For at være sikker på, at sensoren er defekt, skal der udføres en kontrol, før den udskiftes. Den nemmeste måde at diagnosticere et problem på - om problemet virkelig er i sensoren - er at køre diagnostik på oscilloskopet. Enheden registrerer ikke kun funktionsfejl, men indikerer også en forestående nedbrydning af enheden.

Da ikke alle bilister har mulighed for at udføre en sådan procedure, er der mere overkommelige måder at diagnosticere sensoren på.

Diagnostik med et multimeter

For det første er multimeteret indstillet til jævnstrømsmålingstilstand (switch til 20V). Proceduren udføres i følgende rækkefølge:

• Den pansrede ledning er afbrudt fra distributøren. Den er forbundet med massen, så du som et resultat af diagnostik ikke ved et uheld starter bilen;
• Tændingen er aktiveret (nøglen drejes hele vejen, men start ikke motoren);
• Stikket fjernes fra distributøren;
• Multimeterets negative kontakt er forbundet med bilens masse (karrosseri);
• Sensortilslutningen har tre ben. Multimeterets positive kontakt er forbundet til hver af dem separat. Den første kontakt skal vise en værdi på 11,37V (eller op til 12V), den anden skal også vises i 12V-regionen, og den tredje skal være 0.

Dernæst kontrolleres sensoren i drift. For at gøre dette skal du gøre følgende:

• Fra ledningens indgangsside indsættes metalstifter (for eksempel små søm) i stikket, så de ikke rører hinanden. Den ene indsættes i midterkontakten og den anden i den negative ledning (normalt hvid);
• Stikket glider over sensoren;
• Tændingen tændes (men vi starter ikke motoren);
• Vi fikser testkontrollens minuskontakt på minus (hvid ledning) og pluskontakten til den centrale stift. Arbejdssensoren giver en aflæsning på ca. 11,2 V;
• Nu skal assistenten svinge krumtapakslen med starteren flere gange. Multimeteraflæsningen vil svinge. Bemærk minimums- og maksimumværdierne. Den nederste bjælke bør ikke overstige 0,4V, og den øverste må ikke falde under 9V. I dette tilfælde kan sensoren betragtes som brugbar.

Modstandstest

For at måle modstand skal du bruge en modstand (1 kΩ), en diodelampe og ledninger. En modstand loddes på benet på pæren, og en ledning er forbundet til den. Den anden ledning er fastgjort til det andet ben af ​​pæren.

Kontrollen udføres i følgende rækkefølge:

• Fjern fordelerdækslet, frakobl blokken og kontakterne på selve fordeleren;
• Testeren er tilsluttet terminal 1 og 3. Efter aktivering af tændingen skal displayet vise en værdi mellem 10-12 volt;
• På samme måde er en pære med en modstand forbundet med distributøren. Hvis polariteten er korrekt, vil kontrollen lyse op;
• Derefter er ledningen fra den tredje terminal forbundet til den anden. Derefter drejer assistenten motoren ved hjælp af starteren;
• Et blinkende lys indikerer en fungerende sensor. Ellers skal den udskiftes.

Oprettelse af en simuleret Hall Controller

Denne metode giver dig mulighed for at diagnosticere hallsensoren i fravær af en gnist. Strimlen med kontakter er afbrudt fra distributøren. Tændingen er aktiveret. En lille ledning forbinder sensorens udgangskontakter med hinanden. Dette er en slags hallsensorsimulator, der skabte impulsen. Hvis der samtidig er dannet en gnist på det centrale kabel, er sensoren i orden, og den skal udskiftes.

Fejlfinding

Hvis du vil reparere hallsensoren med dine egne hænder, skal du først købe en såkaldt logisk komponent. Det kan vælges i overensstemmelse med sensormodellen og typen.

Selve reparationen udføres som følger:

• Et hul er lavet i midten af ​​kroppen med en boremaskine;
• Med en kontorskniv skæres ledningerne til den gamle komponent, hvorefter der lægges riller til nye ledninger, der vil blive forbundet til kredsløbet;
• Den nye komponent indsættes i huset og tilsluttes de gamle ben. Du kan kontrollere forbindelsens rigtighed ved hjælp af en kontroldiodelampe med en modstand på en kontakt. Uden magnetens indflydelse skulle lyset slukke. Hvis dette ikke sker, skal du ændre polariteten;
• Nye kontakter skal loddes til enhedsblokken;
• For at sikre, at arbejdet udføres korrekt, skal du diagnosticere den nye sensor ved hjælp af ovenstående metoder;
• Endelig skal huset forsegles. For at gøre dette er det bedre at bruge varmebestandig lim, da enheden ofte udsættes for høje temperaturer;
• Controlleren er samlet i omvendt rækkefølge.

Hvordan udskifter du sensoren med dine egne hænder?

Ikke alle bilentusiaster har tid til manuelt at reparere sensorer. Det er lettere for dem at købe en ny og installere den i stedet for den gamle. Denne procedure udføres som følger:

• Først og fremmest skal du fjerne terminalerne fra batteriet;
• Distributøren fjernes, blokken med ledninger frakobles;
• Distributøren er fjernet;
• Før enheden demonteres fuldstændigt, er det vigtigt at huske, hvordan selve ventilen var placeret. Det er nødvendigt at kombinere timing mærker og krumtapakslen;
• Fordelingsakslen fjernes;
• Hall-sensoren er frakoblet;
• En ny er installeret i stedet for den gamle sensor;
• Blokken samles i omvendt rækkefølge.

Den nyeste generation af sensorer har lang levetid, så hyppig udskiftning af enheder er ikke påkrævet. Når du servicerer tændingssystemet, skal du også være opmærksom på denne sporingsenhed.

Video om emnet

Afslutningsvis en detaljeret oversigt over enheden og princippet for drift af Hall-sensoren i en bil:

Hvad er en HALLSENSOR. Hvordan det fungerer, og hvordan det er indrettet

Spørgsmål og svar:

Hvad er en hall sensor? Dette er en enhed, der reagerer på udseendet eller fraværet af et magnetfelt. Optiske sensorer har et lignende funktionsprincip, som reagerer på påvirkningen af ​​en lysstråle på en fotocelle.

Hvor bruges hallsensoren? I biler bruges denne sensor til at registrere hastigheden på et hjul eller en bestemt aksel. Denne sensor er også installeret i de systemer, hvor det er vigtigt at bestemme placeringen af ​​en bestemt aksel til synkronisering af forskellige systemer. Et eksempel på dette er krumtapakslen og knastakselføleren.

Hvordan kontrolleres Hall -sensoren? Der er flere måder at kontrollere sensoren på. For eksempel, når der er strøm i tændingssystemet, og tændrørene ikke afgiver en gnist, på maskiner med en kontaktløs fordeler, fjernes fordelerdækslet, og stikblokken fjernes. Derefter tændes bilens tænding, og kontakterne 2 og 3. lukkes. Højspændingskablet skal holdes nær jorden. I øjeblikket skal der dukke en gnist op. Hvis der er en gnist, men der ikke er nogen gnist, når sensoren er tilsluttet, skal den udskiftes. Den anden måde er at måle sensorens udgangsspænding. I god stand bør denne indikator være i området fra 0.4 til 11V. Den tredje metode er at sætte en kendt fungerende analog i stedet for den gamle sensor. Hvis systemet fungerer, er problemet i sensoren.