Capteur à effet Hall: principe de fonctionnement, types, application, comment vérifier

Pour le fonctionnement efficace de tous les systèmes d'une voiture moderne, les fabricants équipent le véhicule d'une variété d'appareils électroniques qui présentent plus d'avantages par rapport aux éléments mécaniques.

Chaque capteur est d'une grande importance pour la stabilité du fonctionnement des différents composants de la machine. Considérez les caractéristiques du capteur à effet Hall: quels types sont là, les principaux dysfonctionnements, le principe de fonctionnement et où il est appliqué.

Qu'est-ce qu'un capteur Hall dans une voiture

Un capteur à effet Hall est un petit appareil qui a un principe de fonctionnement électromagnétique. Même dans les vieilles voitures de l'industrie automobile soviétique, ces capteurs sont disponibles - ils contrôlent le fonctionnement du moteur à essence. En cas de dysfonctionnement d'un appareil, le moteur perdra au mieux sa stabilité.

Ils sont utilisés pour le fonctionnement du système d'allumage, la distribution des phases dans le mécanisme de distribution de gaz, etc. Pour comprendre quels dysfonctionnements sont liés à la panne du capteur, vous devez comprendre sa structure et son principe de fonctionnement.

À quoi sert un capteur à effet Hall dans une voiture?

Un capteur Hall dans une voiture est nécessaire pour enregistrer et mesurer les champs magnétiques dans différentes parties de la voiture. L'application principale de HH est dans le système d'allumage.

L'appareil vous permet de déterminer des paramètres spécifiques sans contact. Le capteur crée une impulsion électrique qui va au commutateur ou à l'ECU. Ces appareils envoient alors un signal pour générer un courant pour créer une étincelle dans les bougies.

En bref sur le principe du travail

Le principe de fonctionnement de cet appareil a été découvert en 1879 par le physicien américain E.G. Salle. Lorsqu'une tranche de semi-conducteur pénètre dans la zone du champ magnétique d'un aimant permanent, un petit courant y est généré.

Après la fin du champ magnétique, aucun courant n'est généré. L'interruption de l'influence de l'aimant se produit à travers les fentes de l'écran en acier, qui est placé entre l'aimant et la plaquette semi-conductrice.

Où se trouve-t-il et à quoi ressemble-t-il?

L'effet Hall a trouvé des applications dans de nombreux systèmes automobiles tels que:

• Détermine la position du vilebrequin (lorsque le piston du premier cylindre est au point mort haut de la course de compression);
• Détermine la position de l'arbre à cames (pour synchroniser l'ouverture des soupapes dans le mécanisme de distribution de gaz dans certains modèles de moteurs à combustion interne modernes);
• Dans le disjoncteur du système d'allumage (sur le distributeur);
• Dans le tachymètre.

Lors du processus de rotation de l'arbre du moteur, le capteur réagit à la taille des fentes des dents, à partir desquelles un courant basse tension est généré, qui est fourni au dispositif de commutation. Une fois dans la bobine d'allumage, le signal est converti en haute tension, qui est nécessaire pour créer une étincelle dans le cylindre. Si le capteur de position du vilebrequin est défectueux, le moteur ne peut pas démarrer.

Un capteur similaire est situé dans le disjoncteur du système d'allumage sans contact. Lorsqu'il est déclenché, les enroulements de la bobine d'allumage sont commutés, ce qui lui permet de produire une charge sur l'enroulement primaire et une décharge du secondaire.

La photo ci-dessous montre à quoi ressemble le capteur et où il est installé dans certains véhicules.

Dans le distributeur

Capteur de vilebrequin

Capteur d'arbre à cames

Capteur tachymétrique

Capteur à effet Hall dans le moteur électrique

Appareil

Un dispositif simple à capteur à effet Hall comprend:

• Aimant permanent. Il crée un champ magnétique qui agit sur le semi-conducteur, dans lequel un courant basse tension est créé;
• Circuit magnétique. Cet élément perçoit l'action d'un champ magnétique et génère un courant;
• Rotor rotatif. C'est une plaque incurvée en métal qui a des fentes. Lorsque l'arbre du dispositif principal tourne, les pales du rotor bloquent alternativement l'effet de l'aimant sur la tige, ce qui crée des impulsions à l'intérieur de celle-ci;
• Boîtiers en plastique.

Types et portée

Tous les capteurs à effet Hall se répartissent en deux catégories. La première catégorie est numérique et la seconde est analogique. Ces appareils sont utilisés avec succès dans diverses industries, y compris l'industrie automobile. L'exemple le plus simple de ce capteur est le DPKV (mesure la position du vilebrequin lorsqu'il tourne).

Élément de capteur à effet Hall analogique

Dans d'autres industries, des dispositifs similaires sont utilisés, par exemple dans les machines à laver (le linge est pesé en fonction de la vitesse de rotation d'un tambour plein). Une autre application courante de tels dispositifs est dans un clavier d'ordinateur (de petits aimants sont situés à l'arrière des touches et le capteur lui-même est installé sous un matériau polymère élastique).

Les électriciens professionnels, lors de la mesure de l'intensité du courant dans le câble sans contact, utilisent un appareil spécial, dans lequel un capteur Hall est également installé, qui réagit à la force du champ magnétique créé par les fils et donne une valeur correspondant à la force de le tourbillon magnétique.

Dans l'industrie automobile, les capteurs à effet Hall sont intégrés dans divers systèmes. Par exemple, dans les véhicules électriques, ces appareils surveillent la charge de la batterie. Position du vilebrequin, papillon des gaz, vitesse des roues, etc. - tout cela et bien d'autres paramètres sont déterminés par les capteurs à effet Hall.

Capteurs Hall linéaires (analogiques)

Dans de tels capteurs, la tension dépend directement de la force du champ magnétique. En d'autres termes, plus le capteur est proche du champ magnétique, plus la tension de sortie est élevée. Ces types d'appareils n'ont pas de déclencheur de Schmidt et de transistor de sortie de commutation. La tension qu'ils contiennent est prise directement à partir de l'amplificateur opérationnel.

La tension de sortie des capteurs à effet Hall analogiques peut être générée soit par un aimant permanent, soit par un électro-aimant. Elle dépend également de l'épaisseur des plaques et de l'intensité du courant qui traverse cette plaque.

La logique veut que la tension de sortie du capteur puisse être augmentée indéfiniment avec l'augmentation du champ magnétique. En fait, ce n'est pas le cas. La tension de sortie du capteur sera limitée par la tension d'alimentation. La tension de sortie de crête aux bornes du capteur est appelée tension de saturation. Lorsque ce pic est atteint, il est inutile de continuer à augmenter la densité de flux magnétique.

Par exemple, les pinces ampèremétriques fonctionnent sur ce principe, à l'aide duquel la tension dans le conducteur est mesurée sans contact avec le fil lui-même. Les capteurs Hall linéaires sont également utilisés dans les appareils qui mesurent la densité du champ magnétique. De tels dispositifs sont sûrs à utiliser, car ils ne nécessitent pas de contact direct avec un élément conducteur.

Un exemple d'utilisation d'un élément analogique

La figure ci-dessous montre un circuit simple d'un capteur qui mesure l'intensité du courant et fonctionne sur le principe de l'effet Hall.

Un conducteur; B - anneau magnétique ouvert; С – capteur Hall analogique ; D - amplificateur de signal

Un tel capteur de courant fonctionne très simplement. Lorsqu'un courant est appliqué à un conducteur, un champ magnétique est créé autour de lui. Le capteur capte la polarité de ce champ et sa densité. De plus, une tension correspondant à cette valeur est formée dans le capteur, qui est fourni à l'amplificateur puis à l'indicateur.

Capteurs à effet Hall numériques

Les appareils analogiques sont déclenchés en fonction de la force du champ magnétique. Plus il est élevé, plus il y aura de tension dans le capteur. Depuis l'introduction de l'électronique dans divers appareils de contrôle, le capteur à effet Hall a acquis des éléments logiques.

Élément de capteur numérique à effet Hall

L'appareil détecte la présence d'un champ magnétique ou ne le détecte pas. Dans le premier cas, ce sera une unité logique, et un signal est envoyé à l'actionneur ou à l'unité de contrôle. Dans le second cas (même avec un champ magnétique important mais n'atteignant pas le seuil limite), l'appareil n'enregistre rien, ce que l'on appelle un zéro logique.

À leur tour, les appareils numériques sont des types unipolaires et bipolaires. Examinons brièvement quelles sont leurs différences.

Unipolaire

Quant aux variantes unipolaires, elles se déclenchent lorsqu'un champ magnétique d'une seule polarité apparaît. Si vous apportez un aimant de polarité opposée au capteur, l'appareil ne réagira pas du tout. La désactivation de l'appareil se produit lorsque l'intensité du champ magnétique diminue ou disparaît complètement.

L'unité de mesure requise est émise par l'appareil au moment où la force du champ magnétique est maximale. Jusqu'à ce que ce seuil soit atteint, l'appareil affichera une valeur de 0. Si l'induction de champ magnétique est faible, l'appareil n'est pas en mesure de la corriger, par conséquent, il affiche une valeur nulle. Un autre facteur qui affecte la précision des mesures par l'appareil est sa distance par rapport au champ magnétique.

Bipolaire

Dans le cas de la modification bipolaire, le dispositif est activé lorsque l'électro-aimant crée un pôle spécifique, et est désactivé lorsque le pôle opposé est appliqué. Si l'aimant est retiré alors que le capteur est allumé, l'appareil ne s'éteindra pas.

Nomination de HH dans le système d'allumage de la voiture

Les capteurs à effet Hall sont utilisés dans les systèmes d'allumage sans contact. En eux, cet élément est installé à la place du curseur du disjoncteur, qui éteint l'enroulement primaire de la bobine d'allumage. La figure ci-dessous montre un exemple de capteur Hall utilisé dans les voitures de la famille VAZ.

A - Capteur à effet Hall ; B - aimant permanent ; Avec une plaque qui couvre l'effet libre de l'aimant

Dans les systèmes d'allumage plus modernes, le capteur Hall n'est utilisé que pour déterminer la position du vilebrequin. Un tel capteur est appelé capteur de position de vilebrequin. Le principe de son fonctionnement est identique au capteur Hall classique.

Seule l'interruption de l'enroulement primaire et la distribution de l'impulsion haute tension relèvent déjà de la responsabilité de l'unité de commande électronique, qui est programmée pour les caractéristiques du moteur. L'ECU est capable de s'adapter aux différents modes de fonctionnement du bloc d'alimentation en modifiant le calage de l'allumage (dans les systèmes à contact et sans contact de l'ancien modèle, cette fonction est attribuée au régulateur de dépression).

Allumage avec capteur Hall

Dans les systèmes d'allumage sans contact de l'ancien modèle (le système embarqué d'une telle voiture n'est pas équipé d'une unité de commande électronique), le capteur fonctionne dans l'ordre suivant :

1. L'arbre du distributeur tourne (relié à l'arbre à cames).
2. Une plaque fixée sur l'arbre est située entre le capteur Hall et l'aimant.
3. La plaque a des fentes.
4. Lorsque la plaque tourne et qu'un espace libre se forme entre l'aimant, une tension est générée dans le capteur en raison de l'influence du champ magnétique.
5. La tension de sortie est fournie au commutateur, qui assure la commutation entre les enroulements de la bobine d'allumage.
6. Une fois l'enroulement primaire éteint, une impulsion haute tension est générée dans l'enroulement secondaire, qui pénètre dans le distributeur (distributeur) et se dirige vers une bougie d'allumage spécifique.

Malgré le schéma de fonctionnement simple, un système d'allumage sans contact doit être parfaitement réglé pour qu'une étincelle apparaisse dans chaque bougie au bon moment. Sinon, le moteur fonctionnera de manière instable ou ne démarrera pas du tout.

Avantages du capteur Hall automobile

Avec l'introduction d'éléments électroniques, en particulier dans les systèmes nécessitant un réglage fin, les ingénieurs ont pu rendre les systèmes plus stables par rapport à leurs homologues contrôlés par la mécanique. Un exemple de ceci est le système d'allumage sans contact.

Le capteur à effet Hall présente plusieurs avantages importants :

1. C'est compact;
2. Il peut être installé absolument dans n'importe quelle partie de la voiture, et dans certains cas même directement dans le mécanisme lui-même (par exemple, dans un distributeur);
3. Il ne contient aucun élément mécanique, de sorte que ses contacts ne brûlent pas, comme par exemple dans un disjoncteur à système d'allumage par contact;
4. Les impulsions électroniques répondent beaucoup plus efficacement aux variations du champ magnétique, quelle que soit la vitesse de rotation de l'arbre ;
5. En plus de la fiabilité, l'appareil fournit un signal électrique stable dans différents modes de fonctionnement du moteur.

Mais cet appareil présente également des inconvénients importants :

• Le plus grand ennemi de tout appareil électromagnétique est l'interférence. Il y en a beaucoup dans n'importe quel moteur;
• Comparé à un capteur électromagnétique classique, ce dispositif sera beaucoup plus cher ;
• Ses performances sont affectées par le type de circuit électrique.

Applications des capteurs à effet Hall

Comme nous l'avons dit, les dispositifs du principe Hall ne sont pas seulement utilisés dans les voitures. Voici quelques-unes des industries où un capteur à effet Hall est possible ou requis.

Applications de capteurs linéaires

Les capteurs de type linéaire se trouvent dans :

• Appareils qui déterminent l'intensité du courant sans contact ;
• tachymètres ;
• Capteurs de niveau de vibration ;
• Capteurs ferromagnétiques ;
• Capteurs qui déterminent l'angle de rotation ;
• Potentiomètres sans contact ;
• Moteurs à courant continu sans balais;
• Capteurs de débit de substance de travail ;
• Détecteurs qui déterminent la position des mécanismes de travail.

Application de capteurs numériques

Quant aux modèles numériques, ils sont utilisés dans :

• Capteurs qui déterminent la fréquence de rotation ;
• Dispositifs de synchronisation ;
• Capteurs du système d'allumage dans la voiture ;
• Capteurs de position d'éléments de mécanismes de travail ;
• Compteurs d'impulsions ;
• Capteurs qui déterminent la position des vannes ;
• Dispositifs de verrouillage de porte;
• Compteurs de consommation de substances actives ;
• Capteurs de proximité;
• Relais sans contact;
• Dans certains modèles d'imprimantes, comme des capteurs qui détectent la présence ou la position du papier.

Quels dysfonctionnements peut-il y avoir?

Voici un tableau des principaux dysfonctionnements du capteur à effet Hall et de leurs manifestations visuelles:

Mauvais fonctionnement:	Comment cela se manifeste:
Le capteur est déclenché plus souvent que le vilebrequin effectue un cycle complet	La consommation de carburant augmente (tandis que d'autres systèmes, comme le carburant, fonctionnent correctement)
L'appareil se déclenche à chaque fois ou s'éteint complètement périodiquement	Pendant que la voiture roule, le moteur peut caler, la voiture a des secousses, la puissance du moteur baisse, il est impossible d'accélérer la voiture à plus de 60 km / h.
Dysfonctionnement du capteur à effet Hall	Dans certaines voitures étrangères de dernière génération, le levier de vitesses est bloqué
Le capteur de position du vilebrequin est cassé	Le moteur ne peut pas être démarré
Erreurs dans un système électrique dans lequel le capteur à effet Hall est l'élément principal	Sur le tableau de bord, le voyant d'erreur du système d'autodiagnostic d'une unité spécifique, par exemple le moteur au ralenti, s'allume, mais disparaît lorsque le moteur prend de la vitesse.

Il arrive souvent que le capteur lui-même soit réparable, mais on a l'impression qu'il est en panne. Voici les raisons à cela:

• Saleté sur le capteur;
• Fil cassé (un ou plusieurs);
• De l'humidité s'est accumulée sur les contacts;
• Court-circuit (en raison de l'humidité ou des dommages à l'isolation, le fil de signal court-circuité à la terre);
• Violation de l'isolation du câble ou de l'écran;
• Le capteur n'est pas correctement connecté (la polarité est inversée);
• Problèmes avec les fils haute tension;
• Violation de l'unité de contrôle automatique;
• La distance entre les éléments du capteur et la partie contrôlée est mal réglée.

Vérification du capteur

Pour être sûr que le capteur est défectueux, un contrôle doit être effectué avant de le remplacer. Le moyen le plus simple de diagnostiquer un problème - si le problème provient vraiment du capteur - est d'exécuter des diagnostics sur l'oscilloscope. L'appareil détecte non seulement les dysfonctionnements, mais indique également une panne imminente de l'appareil.

Étant donné que tous les automobilistes n'ont pas la possibilité d'effectuer une telle procédure, il existe des moyens plus abordables de diagnostiquer le capteur.

Diagnostic avec un multimètre

Tout d'abord, le multimètre est réglé sur le mode de mesure du courant CC (interrupteur pour 20 V). La procédure est effectuée dans l'ordre suivant:

• Le fil blindé est déconnecté du distributeur. Il est connecté à la masse afin que, à la suite du diagnostic, vous ne démarriez pas accidentellement la voiture;
• Le contact est activé (la clé est tournée à fond, mais ne démarre pas le moteur);
• Le connecteur est retiré du distributeur;
• Le contact négatif du multimètre est connecté à la masse de la voiture (carrosserie);
• Le connecteur du capteur a trois broches. Le contact positif du multimètre est connecté à chacun d'eux séparément. Le premier contact doit afficher une valeur de 11,37 V (ou jusqu'à 12 V), le second doit également apparaître dans la région 12 V et le troisième doit être égal à 0.

Ensuite, le capteur est vérifié en fonctionnement. Pour ce faire, vous devez procéder comme suit:

• Du côté de l'entrée du fil, des broches métalliques (par exemple, de petits clous) sont insérées dans le connecteur afin qu'elles ne se touchent pas. L'un est inséré dans le contact central et l'autre dans le fil négatif (généralement blanc);
• Le connecteur glisse sur le capteur;
• Le contact est mis (mais nous ne démarrons pas le moteur);
• Nous fixons le contact moins du testeur sur le moins (fil blanc), et le contact plus sur la broche centrale. Le capteur de travail donnera une lecture d'environ 11,2 V;
• Maintenant, l'assistant doit lancer plusieurs fois le vilebrequin avec le démarreur. La lecture du multimètre fluctuera. Notez les valeurs minimum et maximum. La barre inférieure ne doit pas dépasser 0,4 V et la barre supérieure ne doit pas descendre en dessous de 9 V. Dans ce cas, le capteur peut être considéré comme réparable.

Test de résistance

Pour mesurer la résistance, vous aurez besoin d'une résistance (1 kΩ), d'une lampe à diode et de fils. Une résistance est soudée à la jambe de l'ampoule et un fil y est connecté. Le deuxième fil est fixé à la deuxième jambe de l'ampoule.

Le contrôle est effectué dans l'ordre suivant:

• Retirez le couvercle du distributeur, déconnectez le bloc et les contacts du distributeur lui-même;
• Le testeur est connecté aux bornes 1 et 3. Après avoir activé l'allumage, l'écran doit afficher une valeur comprise entre 10 et 12 volts;
• De la même manière, une ampoule avec une résistance est connectée au distributeur. Si la polarité est correcte, la commande s'allumera;
• Après cela, le fil de la troisième borne est connecté à la seconde. Ensuite, l'assistant fait tourner le moteur à l'aide du démarreur;
• Un voyant clignotant indique un capteur en état de marche. Sinon, il doit être remplacé.

Création d'un contrôleur de salle simulé

Cette méthode vous permet de diagnostiquer le capteur à effet Hall en l'absence d'étincelle. La barrette à contacts est déconnectée du distributeur. L'allumage est activé. Un petit fil relie les contacts de sortie du capteur les uns aux autres. C'est une sorte de simulateur de capteur à effet hall qui a créé l'impulsion. Si, en même temps, une étincelle s'est formée sur le câble central, le capteur est en panne et il doit être remplacé.

Dépannage

Si vous souhaitez réparer le capteur à effet hall de vos propres mains, vous devez tout d'abord acheter un composant dit logique. Il peut être sélectionné en fonction du modèle et du type de capteur.

La réparation elle-même est effectuée comme suit:

• Un trou est fait au centre du corps avec une perceuse;
• Avec un couteau de bureau, les fils de l'ancien composant sont coupés, après quoi des rainures sont posées pour les nouveaux fils qui seront connectés au circuit;
• Le nouveau composant est inséré dans le boîtier et connecté aux anciennes broches. Vous pouvez vérifier l'exactitude de la connexion à l'aide d'une lampe à diode de contrôle avec une résistance sur un contact. Sans l'influence de l'aimant, la lumière devrait s'éteindre. Si cela ne se produit pas, vous devez changer la polarité;
• Les nouveaux contacts doivent être soudés au bloc d'appareil;
• Pour vous assurer que le travail est effectué correctement, vous devez diagnostiquer le nouveau capteur en utilisant les méthodes ci-dessus;
• Enfin, le boîtier doit être scellé. Pour ce faire, il est préférable d'utiliser de la colle résistante à la chaleur, car l'appareil est souvent exposé à des températures élevées;
• Le contrôleur est assemblé dans l'ordre inverse.

Comment remplacer le capteur par vos propres mains?

Tous les amateurs de voitures n'ont pas le temps de réparer manuellement les capteurs. Il leur est plus facile d'en acheter un nouveau et de l'installer au lieu de l'ancien. Cette procédure est effectuée comme suit:

• Tout d'abord, vous devez retirer les bornes de la batterie;
• Le distributeur est retiré, le bloc avec des fils est déconnecté;
• Le couvercle du distributeur est retiré;
• Avant de démonter complètement l'appareil, il est important de se rappeler comment la vanne elle-même était située. Il est nécessaire de combiner les repères de calage et le vilebrequin;
• L'arbre du distributeur est retiré;
• Le capteur Hall lui-même est déconnecté;
• Un nouveau est installé à la place de l'ancien capteur;
• Le bloc est assemblé dans l'ordre inverse.

Les capteurs de dernière génération ont une longue durée de vie, il n'est donc pas nécessaire de remplacer fréquemment les appareils. Lors de l'entretien du système d'allumage, vous devez également faire attention à ce dispositif de suivi.

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En conclusion, un aperçu détaillé de l'appareil et du principe de fonctionnement du capteur Hall dans une voiture:

Qu'est-ce qu'un CAPTEUR HALL. Comment ça marche et comment c'est arrangé

Questions et réponses

Qu'est-ce qu'un capteur à effet Hall ? Il s'agit d'un appareil qui réagit à l'apparition ou à l'absence d'un champ magnétique. Les capteurs optiques ont un principe de fonctionnement similaire, qui réagissent à l'impact d'un faisceau lumineux sur une cellule photoélectrique.

Où est utilisé le capteur à effet Hall ? Dans les voitures, ce capteur est utilisé pour détecter la vitesse d'une roue ou d'un arbre spécifique. De plus, ce capteur est installé dans les systèmes dans lesquels il est important de déterminer la position d'un arbre particulier pour la synchronisation de différents systèmes. Un exemple de ceci est le capteur de vilebrequin et d'arbre à cames.

Comment vérifier le capteur Hall? Il existe plusieurs façons de vérifier le capteur. Par exemple, lorsqu'il y a du courant dans le système d'allumage et que les bougies n'émettent pas d'étincelle, sur les machines avec un distributeur sans contact, le couvercle du distributeur est retiré et le bloc de bougie est retiré. Ensuite, le contact de la voiture est mis et les contacts 2 et 3 sont fermés. Le fil haute tension doit être maintenu près du sol. A ce moment, une étincelle devrait apparaître. S'il y a une étincelle, mais qu'il n'y a pas d'étincelle lorsque le capteur est connecté, il doit être remplacé. La deuxième façon consiste à mesurer la tension de sortie du capteur. En bon état, cet indicateur doit être compris entre 0.4 et 11V. La troisième méthode consiste à mettre un analogue fonctionnel connu à la place de l'ancien capteur. Si le système fonctionne, le problème vient du capteur.