Hall-sensor: werkingsprincipe, typen, toepassing, hoe te controleren

Voor de efficiënte werking van alle systemen van een moderne auto, rusten fabrikanten het voertuig uit met een verscheidenheid aan elektronische apparaten die meer voordelen hebben ten opzichte van mechanische elementen.

Elke sensor is van groot belang voor de stabiliteit van de werking van verschillende componenten in de machine. Overweeg de kenmerken van de hall-sensor: welke soorten zijn er, de belangrijkste storingen, het werkingsprincipe en waar deze wordt toegepast.

Wat is een Hall-sensor in een auto

Een hall-sensor is een klein apparaatje met een elektromagnetisch werkingsprincipe. Zelfs in oude auto's van de Sovjet-auto-industrie zijn deze sensoren beschikbaar - ze regelen de werking van de benzinemotor. Als een apparaat defect raakt, verliest de motor op zijn best zijn stabiliteit.

Ze worden gebruikt voor de werking van het ontstekingssysteem, de verdeling van fasen in het gasdistributiemechanisme en andere. Om te begrijpen welke storingen verband houden met het defect raken van de sensor, moet u de structuur en het werkingsprincipe begrijpen.

Waar is een Hall-sensor in een auto voor?

Een hallsensor in een auto is nodig om magnetische velden in verschillende delen van de auto te registreren en te meten. De belangrijkste toepassing van HH is in het ontstekingssysteem.

Met het apparaat kunt u op een contactloze manier specifieke parameters bepalen. De sensor wekt een elektrische impuls op die naar de schakelaar of ECU gaat. Deze apparaten sturen vervolgens een signaal om stroom te genereren om een ​​vonk in de kaarsen te creëren.

Kort over het werkprincipe

Het werkingsprincipe van dit apparaat werd in 1879 ontdekt door de Amerikaanse natuurkundige E.G. Hal. Wanneer een halfgeleiderwafel het gebied van het magnetische veld van een permanente magneet binnengaat, wordt daarin een kleine stroom opgewekt.

Na het beëindigen van het magnetische veld wordt er geen stroom opgewekt. De onderbreking van de invloed van de magneet vindt plaats via de sleuven in het stalen scherm, dat tussen de magneet en de halfgeleiderwafel is geplaatst.

Waar bevindt het zich en hoe ziet het eruit?

Het Hall-effect is in veel autosystemen toegepast, zoals:

• Bepaalt de positie van de krukas (wanneer de zuiger van de eerste cilinder zich in het bovenste dode punt van de compressieslag bevindt);
• Bepaalt de positie van de nokkenas (om het openen van kleppen in het gasdistributiemechanisme in sommige modellen van moderne verbrandingsmotoren te synchroniseren);
• In de schakelaar van het ontstekingssysteem (op de verdeler);
• In de toerenteller.

Tijdens het rotatieproces van de motoras reageert de sensor op de grootte van de sleuven van de tanden, waaruit een laagspanningsstroom wordt gegenereerd die aan de schakelinrichting wordt geleverd. Eenmaal in de bobine wordt het signaal omgezet in hoogspanning, wat nodig is om een ​​vonk in de cilinder te creëren. Als de krukaspositiesensor defect is, kan de motor niet worden gestart.

Een soortgelijke sensor bevindt zich in de schakelaar van het contactloze ontstekingssysteem. Wanneer deze wordt geactiveerd, worden de windingen van de bobine geschakeld, waardoor deze een lading kan produceren op de primaire wikkeling en kan worden ontladen door de secundaire wikkeling.

De onderstaande foto laat zien hoe de sensor eruitziet en waar deze in sommige voertuigen is geïnstalleerd.

In de verdeler

Krukassensor

Nokkenassensor

Toerenteller sensor

Hall-sensor in de elektromotor

Устройство

Een eenvoudig hall-sensorapparaat bestaat uit:

• Permanente magneet. Het creëert een magnetisch veld dat inwerkt op de halfgeleider, waarin een laagspanningsstroom wordt gecreëerd;
• Magnetisch circuit. Dit element neemt de werking van een magnetisch veld waar en wekt een stroom op;
• Roterende rotor. Het is een metalen gebogen plaat met sleuven. Wanneer de as van het hoofdapparaat roteert, blokkeren de rotorbladen afwisselend het effect van de magneet op de staaf, waardoor er impulsen in ontstaan;
• Kunststof behuizingen.

Typen en reikwijdte

Alle Hall-sensoren vallen in twee categorieën. De eerste categorie is digitaal en de tweede is analoog. Deze apparaten worden met succes gebruikt in verschillende industrieën, waaronder de auto-industrie. Het eenvoudigste voorbeeld van deze sensor is DPKV (meet de positie van de krukas terwijl deze draait).

Analoog Hall-sensorelement

In andere industrieën worden soortgelijke apparaten gebruikt, bijvoorbeeld in wasmachines (was wordt gewogen op basis van de rotatiesnelheid van een volle trommel). Een andere veel voorkomende toepassing van dergelijke apparaten is in een computertoetsenbord (kleine magneten bevinden zich aan de achterkant van de toetsen en de sensor zelf is geïnstalleerd onder een elastisch polymeermateriaal).

Professionele elektriciens gebruiken een speciaal apparaat voor contactloze meting van de stroom in de kabel, waarin ook een Hall-sensor is geïnstalleerd, die reageert op de sterkte van het magnetische veld dat door de draden wordt gecreëerd en een waarde geeft die overeenkomt met de sterkte van de magnetische vortex .

In de auto-industrie worden Hall-sensoren in verschillende systemen geïntegreerd. In elektrische voertuigen bewaken deze apparaten bijvoorbeeld de batterijlading. Krukaspositie, gasklep, wielsnelheid, etc. - dit alles en vele andere parameters worden bepaald door de Hall-sensoren.

Lineaire (analoge) Hall-sensoren

Bij dergelijke sensoren is de spanning direct afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld. Met andere woorden, hoe dichter de sensor bij het magnetische veld is, hoe hoger de uitgangsspanning. Dit soort apparaten hebben geen Schmidt-trigger en een schakelende uitgangstransistor. De spanning daarin wordt rechtstreeks van de operationele versterker gehaald.

De uitgangsspanning van analoge Hall-effectsensoren kan worden gegenereerd door een permanente magneet of een elektrische magneet. Het hangt ook af van de dikte van de platen en de sterkte van de stroom die door deze plaat vloeit.

Logica schrijft voor dat de uitgangsspanning van de sensor onbeperkt kan worden verhoogd met een toenemend magnetisch veld. Eigenlijk is het niet. De uitgangsspanning van de sensor wordt beperkt door de voedingsspanning. De piekuitgangsspanning over de sensor wordt de verzadigingsspanning genoemd. Wanneer deze piek is bereikt, heeft het geen zin om door te gaan met het verhogen van de magnetische fluxdichtheid.

Stroomtangen werken bijvoorbeeld volgens dit principe, met behulp waarvan de spanning in de geleider wordt gemeten zonder contact met de draad zelf. Lineaire Hall-sensoren worden ook gebruikt in apparaten die de magnetische velddichtheid meten. Dergelijke apparaten zijn veilig in gebruik, omdat ze geen direct contact met een geleidend element vereisen.

Een voorbeeld van het gebruik van een analoog element

Onderstaande figuur toont een eenvoudige schakeling van een sensor die de stroomsterkte meet en werkt volgens het principe van het Hall-effect.

Een geleider; B - open magnetische ring; С – analoge Hall-sensor; D - signaalversterker

Zo'n stroomsensor werkt heel eenvoudig. Als er stroom op een geleider wordt gezet, ontstaat er een magnetisch veld omheen. De sensor registreert de polariteit van dit veld en de dichtheid ervan. Verder wordt in de sensor een met deze waarde corresponderende spanning gevormd, die aan de versterker en vervolgens aan de indicator wordt toegevoerd.

Digitale Hall-sensoren

Analoge apparaten worden geactiveerd afhankelijk van de sterkte van het magnetische veld. Hoe hoger deze is, hoe meer spanning er in de sensor zal zitten. Sinds de introductie van elektronica in verschillende regelapparatuur heeft de hall-sensor logische elementen gekregen.

Digitaal Hall-sensorelement

Het apparaat detecteert de aanwezigheid van een magnetisch veld of detecteert het niet. In het eerste geval is het een logische eenheid en wordt er een signaal naar de actuator of besturingseenheid gestuurd. In het tweede geval (zelfs met een groot, maar niet het bereiken van de grensdrempel, magnetisch veld), neemt het apparaat niets op, wat een logische nul wordt genoemd.

Digitale apparaten zijn op hun beurt van het unipolaire en bipolaire type. Laten we eens kijken wat hun verschillen zijn.

unipolair

Wat betreft de unipolaire opties, deze worden geactiveerd wanneer een magnetisch veld van slechts één polariteit verschijnt. Als je een magneet met tegengestelde polariteit naar de sensor brengt, zal het apparaat helemaal niet reageren. Deactivering van het apparaat vindt plaats wanneer de sterkte van het magnetische veld afneemt of helemaal verdwijnt.

De benodigde meeteenheid wordt door het apparaat afgegeven op het moment dat de sterkte van het magneetveld maximaal is. Totdat deze drempel is bereikt, geeft het apparaat een waarde van 0 weer. Als de inductie van het magnetische veld klein is, kan het apparaat het niet repareren, daarom geeft het een nulwaarde weer. Een andere factor die de nauwkeurigheid van metingen door het apparaat beïnvloedt, is de afstand tot het magnetische veld.

bipolair

In het geval van de bipolaire modificatie wordt het apparaat geactiveerd wanneer de elektromagneet een specifieke pool creëert en wordt het gedeactiveerd wanneer de tegenovergestelde pool wordt toegepast. Als de magneet wordt verwijderd terwijl de sensor is ingeschakeld, wordt het apparaat niet uitgeschakeld.

Benoeming van HH in het auto-ontstekingssysteem

Hall-sensoren worden gebruikt in contactloze ontstekingssystemen. Daarin is dit element geïnstalleerd in plaats van de brekerschuif, die de primaire wikkeling van de bobine uitschakelt. De onderstaande afbeelding toont een voorbeeld van een Hall-sensor, die wordt gebruikt in auto's van de VAZ-familie.

A - Hall-sensor; B - permanente magneet; Met een plaat die het vrije effect van de magneet bedekt

In modernere ontstekingssystemen wordt de Hall-sensor alleen gebruikt om de positie van de krukas te bepalen. Zo'n sensor wordt een krukaspositiesensor genoemd. Het werkingsprincipe is identiek aan de klassieke Hall-sensor.

Alleen voor de onderbreking van de primaire wikkeling en de verdeling van de hoogspanningspuls is al de verantwoordelijkheid van de elektronische regeleenheid, die is geprogrammeerd voor de kenmerken van de motor. De ECU kan zich aanpassen aan verschillende bedrijfsmodi van de aandrijfeenheid door het ontstekingstijdstip te wijzigen (in de contact- en niet-contactsystemen van het oude model is deze functie toegewezen aan de vacuümregelaar).

Ontsteking met Hall-sensor

In contactloze ontstekingssystemen van het oude model (het boordsysteem van een dergelijke auto is niet uitgerust met een elektronische regeleenheid), werkt de sensor in de volgende volgorde:

1. De verdeelas draait (verbonden met de nokkenas).
2. Tussen de Hall-sensor en de magneet bevindt zich een op de as bevestigde plaat.
3. Het bord heeft sleuven.
4. Wanneer de plaat draait en er een vrije ruimte ontstaat tussen de magneet, wordt door de invloed van het magneetveld een spanning opgewekt in de sensor.
5. De uitgangsspanning wordt geleverd aan de schakelaar, die zorgt voor het schakelen tussen de wikkelingen van de bobine.
6. Nadat de primaire wikkeling is uitgeschakeld, wordt een hoogspanningspuls gegenereerd in de secundaire wikkeling, die de verdeler (verdeler) binnengaat en naar een specifieke bougie gaat.

Ondanks het eenvoudige bedieningsschema moet een contactloos ontstekingssysteem perfect worden afgesteld, zodat er op het juiste moment een vonk in elke kaars verschijnt. Anders zal de motor onstabiel draaien of helemaal niet starten.

Voordelen van Automotive Hall-sensor:

Met de introductie van elektronische elementen, vooral in systemen die fijnafstemming vereisen, hebben ingenieurs systemen stabieler kunnen maken in vergelijking met tegenhangers die worden bestuurd door mechanica. Een voorbeeld hiervan is het contactloze ontstekingssysteem.

De Hall-effectsensor heeft een aantal belangrijke voordelen:

1. Het is compact;
2. Het kan absoluut in elk deel van de auto worden geïnstalleerd, en in sommige gevallen zelfs rechtstreeks in het mechanisme zelf (bijvoorbeeld in een verdeler);
3. Er zitten geen mechanische elementen in, zodat de contacten niet branden, zoals bijvoorbeeld in een contactontstekingssysteemonderbreker;
4. Elektronische pulsen reageren veel effectiever op veranderingen in het magnetische veld, ongeacht de rotatiesnelheid van de as;
5. Naast betrouwbaarheid levert het apparaat een stabiel elektrisch signaal in verschillende bedrijfsmodi van de motor.

Maar dit apparaat heeft ook belangrijke nadelen:

• De grootste vijand van elk elektromagnetisch apparaat is interferentie. Er zijn er genoeg in elke motor;
• In vergelijking met een conventionele elektromagnetische sensor zal dit apparaat veel duurder zijn;
• De prestaties worden beïnvloed door het type elektrisch circuit.

Hall-sensor toepassingen

Zoals we al zeiden, worden apparaten met Hall-principe niet alleen in auto's gebruikt. Hier zijn slechts enkele van de industrieën waar een Hall-effectsensor mogelijk of vereist is.

Lineaire sensortoepassingen

Sensoren van het lineaire type zijn te vinden in:

• Apparaten die contactloos de stroomsterkte bepalen;
• toerentellers;
• Trillingsniveausensoren;
• Ferromagneet sensoren;
• Sensoren die de draaihoek bepalen;
• Contactloze potentiometers;
• DC borstelloze motoren;
• Werkstofstroomsensoren;
• Detectoren die de positie van werkende mechanismen bepalen.

Toepassing van digitale sensoren

Wat betreft digitale modellen, ze worden gebruikt in:

• Sensoren die de rotatiefrequentie bepalen;
• Synchronisatie-apparaten;
• Sensoren van het ontstekingssysteem in de auto;
• Positiesensoren van elementen van werkende mechanismen;
• Pulstellers;
• Sensoren die de positie van de kleppen bepalen;
• Deurvergrendelingen;
• Werkstofverbruikmeters;
• Nabijheidssensoren;
• Contactloze relais;
• In sommige printermodellen, als sensoren die de aanwezigheid of positie van papier detecteren.

Welke storingen kunnen er zijn?

Hier is een tabel met de storingen van de sensor in de centrale hal en hun visuele manifestaties:

Storing:	Hoe manifesteert het zich:
De sensor wordt vaker geactiveerd dan dat de krukas een volledige cyclus doorloopt	Brandstofverbruik neemt toe (terwijl andere systemen, zoals brandstof, naar behoren werken)
Het apparaat wordt elke keer geactiveerd of wordt periodiek volledig uitgeschakeld	Terwijl de auto rijdt, kan de motor afslaan, de auto schokt, het motorvermogen daalt, het is onmogelijk om de auto sneller dan 60 km / u te laten accelereren.
Hall-sensor defect	Bij sommige buitenlandse auto's van de nieuwste generatie is de versnellingspook geblokkeerd
De krukaspositiesensor is kapot	Motor kan niet worden gestart
Fouten in een elektrisch systeem waarin de Hall-sensor het belangrijkste element is	Op het dashboard gaat het foutlampje van het zelfdiagnosesysteem van een specifieke unit, bijvoorbeeld de motor stationair draaien, branden, maar verdwijnt wanneer de motor op toeren komt.

Het komt vaak voor dat de sensor zelf kan worden gerepareerd, maar het voelt alsof deze defect is. Hier zijn de redenen hiervoor:

• Vuil op de sensor;
• Gebroken draad (een of meer);
• Er is vocht op de contacten gekomen;
• Kortsluiting (door vocht of schade aan de isolatie, de signaaldraad kortgesloten naar aarde);
• Overtreding van kabelisolatie of afscherming;
• De sensor is niet correct aangesloten (polariteit is omgekeerd);
• Problemen met hoogspanningsdraden;
• Overtreding van de automatische controle-eenheid;
• De afstand tussen de elementen van de sensor en het bestuurde deel is verkeerd ingesteld.

Sensor controleren

Om er zeker van te zijn dat de sensor defect is, moet een controle worden uitgevoerd voordat deze wordt vervangen. De eenvoudigste manier om een ​​probleem te diagnosticeren - of het probleem echt in de sensor zit - is door een diagnose uit te voeren op de oscilloscoop. Het apparaat detecteert niet alleen storingen, maar geeft ook een dreigende storing van het apparaat aan.

Omdat niet elke automobilist de mogelijkheid heeft om een ​​dergelijke procedure uit te voeren, zijn er meer betaalbare manieren om de sensor te diagnosticeren.

Diagnostiek met een multimeter

Ten eerste wordt de multimeter ingesteld op de meetmodus voor gelijkstroom (schakelaar voor 20V). De procedure wordt in de volgende volgorde uitgevoerd:

• De gepantserde draad is losgekoppeld van de verdeler. Het is verbonden met de massa zodat u, als gevolg van diagnostiek, de auto niet per ongeluk start;
• Het contact is geactiveerd (de sleutel is helemaal omgedraaid, maar start de motor niet);
• De connector is verwijderd van de verdeler;
• Het negatieve contact van de multimeter is verbonden met de massa van de auto (carrosserie);
• De sensorconnector heeft drie pinnen. Het positieve contact van de multimeter is afzonderlijk met elk van hen verbonden. Het eerste contact moet een waarde van 11,37 V (of tot 12 V) weergeven, het tweede moet ook in het 12 V-gebied worden weergegeven en het derde moet 0 zijn.

Vervolgens wordt de sensor in werking gecontroleerd. Om dit te doen, moet u het volgende doen:

• Vanaf de draadinvoerzijde worden metalen pinnen (bijvoorbeeld kleine spijkers) in de connector gestoken zodat ze elkaar niet raken. De ene wordt in het middencontact gestoken en de andere in de negatieve draad (meestal wit);
• De connector schuift over de sensor;
• Het contact gaat aan (maar we starten de motor niet);
• We bevestigen het min-contact van de tester op de min (witte draad), en het plus-contact op de centrale pin. De werkende sensor geeft een waarde van ongeveer 11,2V;
• Nu moet de assistent de krukas meerdere keren met de starter ronddraaien. De meterstand zal fluctueren. Let op de minimum- en maximumwaarden. De onderste balk mag niet hoger zijn dan 0,4V en de bovenste mag niet lager zijn dan 9V. In dit geval kan de sensor als bruikbaar worden beschouwd.

Weerstandstest

Om weerstand te meten heb je een weerstand (1 kΩ), een diodelamp en draden nodig. Aan de poot van de gloeilamp is een weerstand gesoldeerd en er is een draad op aangesloten. De tweede draad is bevestigd aan de tweede poot van de gloeilamp.

De controle wordt in de volgende volgorde uitgevoerd:

• Verwijder de verdelerkap, ontkoppel het blok en de contacten van de verdeler zelf;
• De tester is aangesloten op de klemmen 1 en 3. Nadat het contact is geactiveerd, moet het display een waarde in het bereik van 10-12 volt weergeven;
• Op dezelfde manier wordt een gloeilamp met een weerstand op de verdeler aangesloten. Als de polariteit correct is, licht de besturing op;
• Daarna wordt de draad van de derde terminal verbonden met de tweede. Vervolgens draait de assistent de motor met behulp van de starter;
• Een knipperend lampje geeft een werkende sensor aan. Anders moet het worden vervangen.

Een gesimuleerde Hall-controller maken

Met deze methode kunt u de Hall-sensor diagnosticeren als er geen vonk is. De strip met contacten is losgekoppeld van de verdeler. Het contact is geactiveerd. Een kleine draad verbindt de uitgangscontacten van de sensor met elkaar. Dit is een soort hall-sensorsimulator die de impuls creëerde. Als er tegelijkertijd een vonk ontstaat op de centrale kabel, is de sensor defect en moet deze worden vervangen.

Problemen oplossen

Als je de hall-sensor met je eigen handen wilt repareren, moet je eerst een zogenaamd logisch onderdeel aanschaffen. Het kan worden geselecteerd in overeenstemming met het model en type sensor.

De reparatie zelf wordt als volgt uitgevoerd:

• Met een boor wordt een gat in het midden van het lichaam gemaakt;
• Met een administratief mes worden de draden van de oude component doorgesneden, waarna groeven worden gelegd voor nieuwe draden die op het circuit worden aangesloten;
• De nieuwe component wordt in de behuizing gestoken en op de oude contacten aangesloten. U kunt de juistheid van de verbinding controleren met behulp van een stuurdiodelamp met een weerstand op één contact. Zonder de invloed van de magneet zou het licht uit moeten gaan. Als dit niet gebeurt, moet u de polariteit wijzigen;
• Nieuwe contacten moeten op het apparaatblok worden gesoldeerd;
• Om ervoor te zorgen dat het werk correct wordt uitgevoerd, moet u de nieuwe sensor diagnosticeren met behulp van de bovenstaande methoden;
• Ten slotte moet de behuizing worden verzegeld. Om dit te doen, is het beter om hittebestendige lijm te gebruiken, omdat het apparaat vaak wordt blootgesteld aan hoge temperaturen;
• De controller is in omgekeerde volgorde gemonteerd.

Hoe de sensor met uw eigen handen vervangen?

Niet elke autoliefhebber heeft tijd om sensoren handmatig te repareren. Het is gemakkelijker voor hen om een ​​nieuwe te kopen en deze te installeren in plaats van de oude. Deze procedure wordt als volgt uitgevoerd:

• Allereerst moet u de polen van de batterij verwijderen;
• De verdeler is verwijderd, het blok met draden is losgekoppeld;
• Het deksel van de verdeler is verwijderd;
• Voordat u het apparaat volledig ontmantelt, is het belangrijk om te onthouden hoe de klep zelf zich bevond. Het is noodzakelijk om de distributiemerktekens en de krukas te combineren;
• De verdeleras is verwijderd;
• De Hall-sensor zelf is losgekoppeld;
• Er wordt een nieuwe geïnstalleerd in plaats van de oude sensor;
• Het blok wordt in omgekeerde volgorde gemonteerd.

De nieuwste generatie sensoren hebben een lange levensduur, waardoor frequente vervanging van apparaten niet nodig is. Bij het onderhoud van het ontstekingssysteem moet u ook op dit volgapparaat letten.

Video over het onderwerp

Tot slot een gedetailleerd overzicht van het apparaat en het werkingsprincipe van de Hall-sensor in een auto:

Wat is een HALL-SENSOR. Hoe het werkt en hoe het is geregeld

Vragen en antwoorden:

Wat is een Hall-sensor? Dit is een apparaat dat reageert op het verschijnen of ontbreken van een magnetisch veld. Optische sensoren hebben een soortgelijk werkingsprincipe, die reageren op de impact van een lichtstraal op een fotocel.

Waar wordt de hall-sensor gebruikt? In auto's wordt deze sensor gebruikt om de snelheid van een wiel of een specifieke as te detecteren. Ook wordt deze sensor geïnstalleerd in die systemen waarin het belangrijk is om de positie van een bepaalde as te bepalen voor synchronisatie van verschillende systemen. Een voorbeeld hiervan is de krukas- en nokkenassensor.

Hoe de Hall-sensor controleren? Er zijn verschillende manieren om de sensor te controleren. Wanneer er bijvoorbeeld stroom in het ontstekingssysteem staat en de bougies geen vonk afgeven, wordt bij machines met een contactloze verdeler de verdelerkap verwijderd en het bougieblok verwijderd. Vervolgens wordt het contact van de auto aangezet en zijn de contacten 2 en 3 gesloten.De hoogspanningsdraad moet dicht bij de grond worden gehouden. Op dit moment zou er een vonk moeten verschijnen. Als er een vonk is, maar er is geen vonk wanneer de sensor is aangesloten, moet deze worden vervangen. De tweede manier is om de uitgangsspanning van de sensor te meten. In goede staat moet deze indicator zich in het bereik van 0.4 tot 11V bevinden. De derde methode is om een ​​bekende werkende analoog te plaatsen in plaats van de oude sensor. Als het systeem werkt, zit het probleem in de sensor.