Sensore di Hall: principio di funzionamento, tipologie, applicazione, modalità di verifica

Per il funzionamento efficiente di tutti i sistemi di un'auto moderna, i produttori equipaggiano il veicolo con una varietà di dispositivi elettronici che presentano maggiori vantaggi rispetto agli elementi meccanici.

Ogni sensore è di grande importanza per la stabilità del funzionamento dei diversi componenti della macchina. Considera le caratteristiche del sensore di hall: quali tipi ci sono, i principali malfunzionamenti, il principio di funzionamento e dove viene applicato.

Cos'è un sensore Hall in un'auto

Un sensore di hall è un piccolo dispositivo che ha un principio di funzionamento elettromagnetico. Anche nelle vecchie auto dell'industria automobilistica sovietica, questi sensori sono disponibili: controllano il funzionamento del motore a benzina. Se un dispositivo non funziona correttamente, il motore perderà stabilità nel migliore dei casi.

Sono utilizzati per il funzionamento del sistema di accensione, la distribuzione delle fasi nel meccanismo di distribuzione del gas e altri. Per capire quali malfunzionamenti sono legati alla rottura del sensore, è necessario comprenderne la struttura e il principio di funzionamento.

A cosa serve un sensore Hall in un'auto?

Un sensore di hall in un'auto è necessario per registrare e misurare i campi magnetici in diverse parti dell'auto. L'applicazione principale di HH è nel sistema di accensione.

Il dispositivo consente di determinare parametri specifici in modo senza contatto. Il sensore crea un impulso elettrico che va all'interruttore o alla ECU. Questi dispositivi inviano quindi un segnale per generare una corrente per creare una scintilla nelle candele.

Brevemente sul principio del lavoro

Il principio di funzionamento di questo dispositivo fu scoperto nel 1879 dal fisico americano E.G. Sala. Quando un wafer semiconduttore entra nell'area del campo magnetico di un magnete permanente, viene generata una piccola corrente in esso.

Dopo la fine del campo magnetico, non viene generata corrente. L'interruzione dell'influenza del magnete avviene attraverso le fessure dello schermo in acciaio, che è posto tra il magnete e il wafer semiconduttore.

Dove si trova e che aspetto ha?

L'effetto Hall ha trovato applicazione in molti sistemi automobilistici come:

• Determina la posizione dell'albero motore (quando il pistone del primo cilindro si trova al punto morto superiore della corsa di compressione);
• Determina la posizione dell'albero a camme (per sincronizzare l'apertura delle valvole nel meccanismo di distribuzione del gas in alcuni modelli di moderni motori a combustione interna);
• Nell'interruttore del sistema di accensione (sul distributore);
• Nel contagiri.

Nel processo di rotazione dell'albero motore, il sensore reagisce alle dimensioni delle fessure dei denti, da cui viene generata una corrente a bassa tensione, che viene fornita al dispositivo di commutazione. Una volta nella bobina di accensione, il segnale viene convertito in alta tensione, necessaria per creare una scintilla nel cilindro. Se il sensore di posizione dell'albero motore è difettoso, il motore non può essere avviato.

Un sensore simile si trova nell'interruttore del sistema di accensione senza contatto. Quando viene attivato, gli avvolgimenti della bobina di accensione vengono commutati, il che consente di produrre una carica sull'avvolgimento primario e scaricarsi dal secondario.

La foto sotto mostra l'aspetto del sensore e dove è installato in alcuni veicoli.

Nel distributore

Sensore albero motore

Sensore albero a camme

Sensore contagiri

Sensore di Hall nel motore elettrico

Dispositivo

Un semplice sensore di hall è costituito da:

• Magnete permanente. Crea un campo magnetico che agisce sul semiconduttore, in cui si crea una corrente a bassa tensione;
• Circuito magnetico. Questo elemento percepisce l'azione di un campo magnetico e genera una corrente;
• Rotore rotante. È una piastra metallica curva che ha delle fessure. Quando l'albero del dispositivo principale ruota, le pale del rotore bloccano alternativamente l'effetto del magnete sull'asta, che crea impulsi al suo interno;
• Custodie in plastica.

Tipi e ambito

Tutti i sensori Hall si dividono in due categorie. La prima categoria è digitale e la seconda è analogica. Questi dispositivi sono utilizzati con successo in vari settori, tra cui l'industria automobilistica. L'esempio più semplice di questo sensore è DPKV (misura la posizione dell'albero motore mentre ruota).

Elemento sensore Hall analogico

In altri settori vengono utilizzati dispositivi simili, ad esempio nelle lavatrici (la biancheria viene pesata in base alla velocità di rotazione di un cesto pieno). Un'altra applicazione comune di tali dispositivi è nella tastiera di un computer (piccoli magneti si trovano sul retro dei tasti e il sensore stesso è installato sotto un materiale polimerico elastico).

Gli elettricisti professionisti, quando misurano l'intensità della corrente nel cavo senza contatto, utilizzano un dispositivo speciale, in cui è installato anche un sensore di Hall, che reagisce alla forza del campo magnetico creato dai fili e fornisce un valore corrispondente alla forza di il vortice magnetico.

Nell'industria automobilistica, i sensori di Hall sono integrati in vari sistemi. Ad esempio, nei veicoli elettrici, questi dispositivi monitorano la carica della batteria. Posizione dell'albero motore, valvola a farfalla, velocità della ruota, ecc. - tutto questo e molti altri parametri sono determinati dai sensori di Hall.

Sensori Hall lineari (analogici).

In tali sensori, la tensione dipende direttamente dall'intensità del campo magnetico. In altre parole, più il sensore è vicino al campo magnetico, maggiore è la tensione di uscita. Questi tipi di dispositivi non hanno un trigger Schmidt e un transistor di uscita di commutazione. La tensione in essi viene prelevata direttamente dall'amplificatore operazionale.

La tensione di uscita dei sensori ad effetto Hall analogici può essere generata da un magnete permanente o da un magnete elettrico. Dipende anche dallo spessore delle piastre e dalla forza della corrente che scorre attraverso questa piastra.

La logica impone che la tensione di uscita del sensore possa essere aumentata indefinitamente con l'aumento del campo magnetico. In realtà non lo è. La tensione di uscita dal sensore sarà limitata dalla tensione di alimentazione. La tensione di uscita di picco attraverso il sensore è chiamata tensione di saturazione. Quando questo picco viene raggiunto, è inutile continuare ad aumentare la densità del flusso magnetico.

Ad esempio, le pinze amperometriche funzionano secondo questo principio, con l'aiuto del quale viene misurata la tensione nel conduttore senza contatto con il filo stesso. I sensori di Hall lineari sono utilizzati anche nei dispositivi che misurano la densità del campo magnetico. Tali dispositivi sono sicuri da usare, poiché non richiedono il contatto diretto con un elemento conduttivo.

Un esempio di utilizzo di un elemento analogico

La figura seguente mostra un semplice circuito di un sensore che misura l'intensità della corrente e funziona secondo il principio dell'effetto Hall.

Un conduttore; B - anello magnetico aperto; С – sensore Hall analogico; D - amplificatore di segnale

Un tale sensore di corrente funziona in modo molto semplice. Quando la corrente viene applicata a un conduttore, si crea un campo magnetico attorno ad esso. Il sensore cattura la polarità di questo campo e la sua densità. Inoltre, nel sensore si forma una tensione corrispondente a questo valore, che viene fornita all'amplificatore e quindi all'indicatore.

Sensori Hall digitali

I dispositivi analogici vengono attivati ​​in base alla forza del campo magnetico. Più è alto, maggiore sarà la tensione nel sensore. Dall'introduzione dell'elettronica in vari dispositivi di controllo, il sensore di hall ha acquisito elementi logici.

Elemento sensore Hall digitale

Il dispositivo rileva la presenza di un campo magnetico o non lo rileva. Nel primo caso sarà un'unità logica e verrà inviato un segnale all'attuatore o alla centrale. Nel secondo caso (anche con un campo magnetico grande, ma che non raggiunge la soglia limite), il dispositivo non registra nulla, che si chiama zero logico.

A loro volta, i dispositivi digitali sono di tipo unipolare e bipolare. Consideriamo brevemente quali sono le loro differenze.

Unipolare

Per quanto riguarda le opzioni unipolari, vengono attivate quando appare un campo magnetico di una sola polarità. Se porti un magnete con la polarità opposta al sensore, il dispositivo non reagirà affatto. La disattivazione del dispositivo avviene quando l'intensità del campo magnetico diminuisce o scompare del tutto.

L'unità di misura richiesta viene emessa dal dispositivo nel momento in cui l'intensità del campo magnetico è massima. Fino al raggiungimento di questa soglia il dispositivo mostrerà un valore 0. Se l'induzione del campo magnetico è piccola, il dispositivo non è in grado di fissarla, quindi mostra un valore zero. Un altro fattore che influenza l'accuratezza delle misurazioni da parte del dispositivo è la sua distanza dal campo magnetico.

Bipolare

Nel caso della modifica bipolare, il dispositivo si attiva quando l'elettromagnete crea un polo specifico, e si disattiva quando viene applicato il polo opposto. Se il magnete viene rimosso mentre il sensore è acceso, il dispositivo non si spegne.

Nomina di HH nel sistema di accensione dell'auto

I sensori Hall sono utilizzati nei sistemi di accensione senza contatto. In essi, questo elemento è installato al posto del cursore dell'interruttore, che disattiva l'avvolgimento primario della bobina di accensione. La figura seguente mostra un esempio di un sensore Hall, utilizzato nelle auto della famiglia VAZ.

A - Sensore di Hall; B - magnete permanente; Con una piastra che copre l'effetto libero del magnete

Nei sistemi di accensione più moderni, il sensore Hall viene utilizzato solo per determinare la posizione dell'albero motore. Tale sensore è chiamato sensore di posizione dell'albero motore. Il principio del suo funzionamento è identico al classico sensore Hall.

Solo per l'interruzione dell'avvolgimento primario e la distribuzione dell'impulso di alta tensione è già responsabilità della centralina elettronica, che è programmata per le caratteristiche del motore. La centralina è in grado di adattarsi alle diverse modalità di funzionamento della centralina modificando la fasatura dell'accensione (nei sistemi a contatto e senza contatto del vecchio modello, questa funzione è assegnata al regolatore di vuoto).

Accensione con sensore Hall

Nei sistemi di accensione senza contatto del vecchio modello (il sistema di bordo di un'auto del genere non è dotato di una centralina elettronica), il sensore funziona nella seguente sequenza:

1. L'albero del distributore ruota (collegato all'albero a camme).
2. Una piastra fissata sull'albero si trova tra il sensore Hall e il magnete.
3. La piastra ha delle fessure.
4. Quando la piastra ruota e si forma uno spazio libero tra il magnete, viene generata una tensione nel sensore a causa dell'influenza del campo magnetico.
5. La tensione di uscita viene fornita all'interruttore, che fornisce la commutazione tra gli avvolgimenti della bobina di accensione.
6. Dopo lo spegnimento dell'avvolgimento primario, viene generato un impulso di alta tensione nell'avvolgimento secondario, che entra nel distributore (distributore) e va a una candela specifica.

Nonostante il semplice schema di funzionamento, un sistema di accensione senza contatto deve essere perfettamente sintonizzato in modo che una scintilla appaia in ogni candela al momento giusto. In caso contrario, il motore funzionerà in modo instabile o non si avvierà affatto.

Vantaggi del sensore Hall automobilistico

Con l'introduzione di elementi elettronici, soprattutto nei sistemi che richiedono una messa a punto, gli ingegneri sono stati in grado di rendere i sistemi più stabili rispetto alle controparti controllate dalla meccanica. Un esempio di questo è il sistema di accensione senza contatto.

Il sensore ad effetto Hall presenta diversi importanti vantaggi:

1. È compatto;
2. Può essere installato assolutamente in qualsiasi parte dell'auto, e in alcuni casi anche direttamente nel meccanismo stesso (ad esempio in un distributore);
3. Non ci sono elementi meccanici al suo interno, in modo che i suoi contatti non brucino, come, ad esempio, in un interruttore del sistema di accensione dei contatti;
4. Gli impulsi elettronici rispondono in modo molto più efficace alle variazioni del campo magnetico, indipendentemente dalla velocità di rotazione dell'albero;
5. Oltre all'affidabilità, il dispositivo fornisce un segnale elettrico stabile in diverse modalità di funzionamento del motore.

Ma questo dispositivo presenta anche notevoli svantaggi:

• Il più grande nemico di qualsiasi dispositivo elettromagnetico è l'interferenza. Ce ne sono molti in qualsiasi motore;
• Rispetto a un sensore elettromagnetico convenzionale, questo dispositivo sarà molto più costoso;
• Le sue prestazioni sono influenzate dal tipo di circuito elettrico.

Applicazioni del sensore Hall

Come abbiamo detto, i dispositivi del principio di Hall sono utilizzati non solo nelle auto. Ecco solo alcuni dei settori in cui è possibile o richiesto un sensore ad effetto Hall.

Applicazioni dei sensori lineari

I sensori di tipo lineare si trovano in:

• Dispositivi che determinano l'intensità della corrente in modo senza contatto;
• Tachimetri;
• Sensori di livello di vibrazione;
• Sensori di ferromagneti;
• Sensori che determinano l'angolo di rotazione;
• Potenziometri senza contatto;
• Motori DC brushless;
• Sensori di flusso della sostanza di lavoro;
• Rivelatori che determinano la posizione dei meccanismi di lavoro.

Applicazione dei sensori digitali

Per quanto riguarda i modelli digitali, sono utilizzati in:

• Sensori che determinano la frequenza di rotazione;
• Dispositivi di sincronizzazione;
• Sensori del sistema di accensione nell'auto;
• Sensori di posizione di elementi di meccanismi di lavoro;
• Contatori di impulsi;
• Sensori che determinano la posizione delle valvole;
• Dispositivi di bloccaggio delle porte;
• Contatori del consumo di sostanze di lavoro;
• Sensori di prossimità;
• Relè senza contatto;
• In alcuni modelli di stampanti, come sensori che rilevano la presenza o la posizione della carta.

Quali malfunzionamenti possono esserci?

Ecco una tabella dei principali malfunzionamenti del sensore di hall e delle loro manifestazioni visive:

Malfunzionamento:	Come si manifesta:
Il sensore viene attivato più spesso di quanto l'albero motore compia un ciclo completo	Il consumo di carburante aumenta (mentre altri sistemi, come il carburante, funzionano correttamente)
Il dispositivo si attiva una volta o periodicamente si spegne completamente	Mentre l'auto è in movimento, il motore potrebbe bloccarsi, l'auto sussulta, la potenza del motore diminuisce, è impossibile accelerare l'auto più velocemente di 60 km / h.
Malfunzionamento del sensore di Hall	In alcune auto straniere di ultima generazione, la leva del cambio è bloccata
Il sensore di posizione dell'albero motore è rotto	Il motore non può essere avviato
Errori in un impianto elettrico in cui il sensore di hall è l'elemento principale	Sul cruscotto, la spia di errore del sistema di autodiagnosi di una specifica unità, ad esempio il motore al minimo, si accende, ma scompare quando il motore prende velocità.

Accade spesso che il sensore stesso sia in buono stato, ma sembra che sia fuori servizio. Ecco le ragioni di questo:

• Sporcizia sul sensore;
• Filo rotto (uno o più);
• L'umidità è entrata sui contatti;
• Cortocircuito (a causa di umidità o danni all'isolamento, il cavo del segnale è in cortocircuito verso massa);
• Violazione dell'isolamento o dello schermo del cavo;
• Il sensore non è collegato correttamente (polarità invertita);
• Problemi con i cavi ad alta tensione;
• Violazione dell'unità di controllo automatico;
• La distanza tra gli elementi del sensore e la parte controllata non è impostata correttamente.

Controllo del sensore

Per essere sicuri che il sensore sia difettoso, è necessario eseguire un controllo prima di sostituirlo. Il modo più semplice per diagnosticare un problema, se il problema è realmente nel sensore, è eseguire la diagnostica sull'oscilloscopio. Il dispositivo non solo rileva i malfunzionamenti, ma indica anche un guasto imminente del dispositivo.

Poiché non tutti gli automobilisti hanno l'opportunità di eseguire tale procedura, esistono modi più convenienti per diagnosticare il sensore.

Diagnostica con un multimetro

Innanzitutto, il multimetro è impostato sulla modalità di misurazione della corrente CC (interruttore per 20 V). La procedura viene eseguita nella seguente sequenza:

• Il filo armato è scollegato dal distributore. È collegato alla massa in modo che, a seguito della diagnostica, non si avvii accidentalmente l'auto;
• L'accensione è attivata (la chiave è girata fino in fondo, ma non avviare il motore);
• Il connettore viene rimosso dal distributore;
• Il contatto negativo del multimetro è collegato alla massa dell'auto (carrozzeria);
• Il connettore del sensore ha tre pin. Il contatto positivo del multimetro è collegato a ciascuno di essi separatamente. Il primo contatto dovrebbe mostrare un valore di 11,37V (o fino a 12V), anche il secondo dovrebbe mostrare nella regione 12V e il terzo - 0.

Successivamente, il sensore viene controllato in funzione. Per fare ciò, devi fare quanto segue:

• Dal lato dell'ingresso del filo, i perni metallici (ad esempio, piccoli chiodi) vengono inseriti nel connettore in modo che non si tocchino. Uno è inserito nel contatto centrale e l'altro - al filo negativo (solitamente bianco);
• Il connettore scorre sul sensore;
• L'accensione si accende (ma non avviamo il motore);
• Fissiamo il contatto negativo del tester sul meno (filo bianco) e il contatto positivo sul pin centrale. Il sensore funzionante darà una lettura di circa 11,2 V;
• Ora l'assistente dovrebbe azionare più volte l'albero motore con il motorino di avviamento. La lettura del contatore fluttuerà. Annotare i valori minimo e massimo. La barra inferiore non deve superare 0,4 V e quella superiore non deve scendere sotto 9 V. In questo caso, il sensore può essere considerato riparabile.

Test di resistenza

Per misurare la resistenza, avrai bisogno di un resistore (1 kΩ), una lampada a diodi e fili. Un resistore è saldato alla gamba della lampadina e ad esso è collegato un filo. Il secondo filo è fissato alla seconda gamba della lampadina.

Il controllo viene eseguito nella seguente sequenza:

• Rimuovere il coperchio del distributore, scollegare il blocco ei contatti del distributore stesso;
• Il tester è collegato ai terminali 1 e 3. Dopo aver attivato l'accensione, il display dovrebbe visualizzare un valore compreso tra 10 e 12 volt;
• Allo stesso modo, una lampadina con una resistenza è collegata al distributore. Se la polarità è corretta, il controllo si accenderà;
• Successivamente, il filo dal terzo terminale è collegato al secondo. Quindi l'assistente fa girare il motore con l'aiuto del motorino di avviamento;
• Una luce lampeggiante indica un sensore funzionante. Altrimenti, deve essere sostituito.

Creazione di un controller di sala simulato

Questo metodo consente di diagnosticare il sensore di hall in assenza di scintilla. La striscia con i contatti è scollegata dal distributore. L'accensione è attivata. Un piccolo filo collega tra loro i contatti di uscita del sensore. Questa è una specie di simulatore di sensori di hall che ha creato l'impulso. Se contemporaneamente si forma una scintilla sul cavo centrale, il sensore è guasto e deve essere sostituito.

Risoluzione dei problemi

Se si desidera riparare il sensore di hall con le proprie mani, è necessario prima acquistare un cosiddetto componente logico. Può essere selezionato in base al modello e al tipo di sensore.

La riparazione stessa viene eseguita come segue:

• Viene praticato un foro al centro del corpo con un trapano;
• Con un coltello clericale, i fili del vecchio componente vengono tagliati, dopodiché vengono posate le scanalature per i nuovi fili che verranno collegati al circuito;
• Il nuovo componente viene inserito nell'alloggiamento e collegato ai vecchi pin. È possibile verificare la correttezza della connessione utilizzando una lampada a diodo di controllo con una resistenza su un contatto. Senza l'influenza del magnete, la luce dovrebbe spegnersi. Se ciò non accade, è necessario modificare la polarità;
• I nuovi contatti devono essere saldati al blocco del dispositivo;
• Per assicurarti che il lavoro sia svolto correttamente, dovresti diagnosticare il nuovo sensore usando i metodi sopra;
• Infine, l'alloggiamento deve essere sigillato. Per fare ciò, è meglio usare colla resistente al calore, poiché il dispositivo è spesso esposto ad alte temperature;
• Il controller viene assemblato in ordine inverso.

Come sostituire il sensore con le tue mani?

Non tutti gli appassionati di auto hanno il tempo di riparare manualmente i sensori. È più facile per loro acquistarne uno nuovo e installarlo al posto di quello vecchio. Questa procedura viene eseguita come segue:

• Prima di tutto, devi rimuovere i terminali dalla batteria;
• Il distributore viene rimosso, il blocco con i fili viene scollegato;
• La copertura del distributore viene rimossa;
• Prima di smantellare completamente il dispositivo, è importante ricordare come si trovava la valvola stessa. È necessario combinare i segni di fasatura e l'albero motore;
• L'albero del distributore viene rimosso;
• Il sensore di hall stesso è scollegato;
• Uno nuovo viene installato al posto del vecchio sensore;
• L'unità viene assemblata in ordine inverso.

I sensori di ultima generazione hanno una lunga durata, quindi non è necessaria la sostituzione frequente del dispositivo. Durante la manutenzione del sistema di accensione, è necessario prestare attenzione anche a questo dispositivo di localizzazione.

Video correlati

In conclusione, una panoramica dettagliata del dispositivo e del principio di funzionamento del sensore Hall in un'auto:

Cos'è un SENSORE HALL. Come funziona e come è organizzato

Domande e risposte:

Cos'è un sensore Hall? Questo è un dispositivo che reagisce alla comparsa o all'assenza di un campo magnetico. I sensori ottici hanno un principio di funzionamento simile, che reagisce all'impatto di un raggio di luce su una fotocellula.

Dove viene utilizzato il sensore di hall? Nelle automobili, questo sensore viene utilizzato per rilevare la velocità di una ruota o di un albero specifico. Inoltre, questo sensore è installato in quei sistemi in cui è importante determinare la posizione di un particolare albero per la sincronizzazione di diversi sistemi. Un esempio di questo è il sensore dell'albero motore e dell'albero a camme.

Come controllare il sensore di Hall? Esistono diversi modi per controllare il sensore. Ad esempio, quando c'è alimentazione nel sistema di accensione e le candele non emettono scintilla, su macchine con distributore senza contatto, il coperchio del distributore viene rimosso e il blocco candele viene rimosso. Successivamente, si accende l'accensione dell'auto e si chiudono i contatti 2 e 3. Il filo dell'alta tensione deve essere tenuto vicino al suolo. In questo momento, dovrebbe apparire una scintilla. Se c'è una scintilla, ma non c'è scintilla quando il sensore è collegato, allora deve essere sostituito. Il secondo modo è misurare la tensione di uscita del sensore. In buone condizioni, questo indicatore dovrebbe essere compreso tra 0.4 e 11 V. Il terzo metodo consiste nel mettere un analogo funzionante noto al posto del vecchio sensore. Se il sistema funziona, il problema è nel sensore.