Sensor Hall: princípio de operação, tipos, aplicação, como verificar

Para a operação eficiente de todos os sistemas de um carro moderno, os fabricantes equipam o veículo com uma variedade de dispositivos eletrônicos que apresentam mais vantagens sobre os elementos mecânicos.

Cada sensor é de grande importância para a estabilidade do funcionamento dos diferentes componentes da máquina. Considere as características do sensor Hall: que tipos existem, os principais problemas de funcionamento, o princípio de operação e onde é aplicado.

O que é um sensor Hall em um carro

Um sensor Hall é um pequeno dispositivo que possui um princípio de operação eletromagnético. Mesmo em carros antigos da indústria automobilística soviética, esses sensores estão disponíveis - eles controlam o funcionamento do motor a gasolina. Se um dispositivo não funcionar corretamente, o motor perderá estabilidade, na melhor das hipóteses.

Eles são usados ​​para a operação do sistema de ignição, a distribuição de fases no mecanismo de distribuição de gás e outros. Para entender quais defeitos estão relacionados à falha do sensor, você precisa entender sua estrutura e princípio de operação.

Para que serve um sensor Hall em um carro?

Um sensor hall em um carro é necessário para registrar e medir os campos magnéticos em diferentes partes do carro. A principal aplicação do HH é no sistema de ignição.

O dispositivo permite que você determine parâmetros específicos sem contato. O sensor cria um impulso elétrico que vai para o interruptor ou ECU. Esses dispositivos então enviam um sinal para gerar uma corrente para criar uma faísca nas velas.

Resumidamente sobre o princípio do trabalho

O princípio de funcionamento deste dispositivo foi descoberto em 1879 pelo físico americano E.G. Corredor. Quando um wafer semicondutor entra na área do campo magnético de um ímã permanente, uma pequena corrente é gerada nele.

Após o término do campo magnético, nenhuma corrente é gerada. A interrupção da influência do ímã ocorre através das ranhuras da tela de aço, que é colocada entre o ímã e a pastilha semicondutora.

Onde está localizado e como é?

O efeito Hall encontrou aplicações em muitos sistemas automotivos, como:

• Determina a posição do virabrequim (quando o pistão do primeiro cilindro está no ponto morto superior do curso de compressão);
• Determina a posição do eixo de comando (para sincronizar a abertura das válvulas no mecanismo de distribuição de gás em alguns modelos de motores modernos de combustão interna);
• No disjuntor do sistema de ignição (no distribuidor);
• No tacômetro.

No processo de rotação do eixo do motor, o sensor reage ao tamanho das fendas dos dentes, a partir das quais é gerada uma corrente de baixa tensão, que é fornecida ao dispositivo de manobra. Uma vez na bobina de ignição, o sinal é convertido em alta tensão, necessária para criar uma faísca no cilindro. Se o sensor de posição do virabrequim estiver com defeito, o motor não pode ser ligado.

Um sensor semelhante está localizado no disjuntor do sistema de ignição sem contato. Ao ser acionado, os enrolamentos da bobina de ignição são acionados, o que permite que ela produza uma carga no enrolamento primário e descarregue do secundário.

A foto abaixo mostra a aparência do sensor e onde está instalado em alguns veículos.

No distribuidor

Sensor de virabrequim

Sensor de árvore de cames

Sensor tacômetro

Sensor Hall no motor elétrico

O dispositivo

Um dispositivo sensor Hall simples consiste em:

• Ímã permanente. Ele cria um campo magnético que atua no semicondutor, no qual uma corrente de baixa tensão é criada;
• Circuito magnético. Este elemento percebe a ação de um campo magnético e gera uma corrente;
• Rotor giratório. É uma placa de metal curva com ranhuras. Quando o eixo do dispositivo principal gira, as pás do rotor bloqueiam alternadamente o efeito do ímã na haste, que cria impulsos dentro dela;
• Caixas de plástico.

Tipos e escopo

Todos os sensores Hall se enquadram em duas categorias. A primeira categoria é digital e a segunda é analógica. Esses dispositivos são usados ​​com sucesso em várias indústrias, incluindo a indústria automotiva. O exemplo mais simples desse sensor é o DPKV (mede a posição do virabrequim conforme ele gira).

Elemento Sensor Hall Analógico

Em outras indústrias, dispositivos semelhantes são usados, por exemplo, em máquinas de lavar (a roupa é pesada com base na velocidade de rotação de um tambor cheio). Outra aplicação comum de tais dispositivos é em um teclado de computador (pequenos ímãs estão localizados na parte de trás das teclas, e o próprio sensor é instalado sob um material polimérico elástico).

Os eletricistas profissionais utilizam um dispositivo especial para medição sem contato da corrente no cabo, no qual também está instalado um sensor Hall, que reage à força do campo magnético criado pelos fios e dá um valor correspondente à força do vórtice magnético .

Na indústria automotiva, os sensores Hall são integrados a vários sistemas. Por exemplo, em veículos elétricos, esses dispositivos monitoram a carga da bateria. Posição do virabrequim, válvula de aceleração, velocidade da roda, etc. - tudo isso e muitos outros parâmetros são determinados pelos sensores Hall.

Sensores Hall lineares (analógicos)

Em tais sensores, a tensão depende diretamente da força do campo magnético. Em outras palavras, quanto mais próximo o sensor estiver do campo magnético, maior será a tensão de saída. Esses tipos de dispositivos não possuem um gatilho Schmidt e um transistor de saída de comutação. A tensão neles é retirada diretamente do amplificador operacional.

A tensão de saída dos sensores analógicos de efeito Hall pode ser gerada por um ímã permanente ou por um ímã elétrico. Também depende da espessura das placas e da força da corrente que flui através desta placa.

A lógica determina que a tensão de saída do sensor pode ser aumentada indefinidamente com o aumento do campo magnético. Na verdade não é. A tensão de saída do sensor será limitada pela tensão de alimentação. A tensão de saída de pico através do sensor é chamada de tensão de saturação. Quando este pico é atingido, é inútil continuar a aumentar a densidade do fluxo magnético.

Por exemplo, os grampos de corrente funcionam com esse princípio, com a ajuda de que a tensão no condutor é medida sem contato com o próprio fio. Os sensores lineares Hall também são usados ​​em dispositivos que medem a densidade do campo magnético. Tais dispositivos são seguros de usar, pois não requerem contato direto com um elemento condutor.

Um exemplo de uso de um elemento analógico

A figura abaixo mostra um circuito simples de um sensor que mede a intensidade da corrente e funciona com base no princípio do efeito Hall.

Um condutor; B - anel magnético aberto; С – sensor Hall analógico; D - amplificador de sinal

Esse sensor de corrente funciona de maneira muito simples. Quando a corrente é aplicada a um condutor, um campo magnético é criado em torno dele. O sensor captura a polaridade deste campo e sua densidade. Além disso, uma tensão correspondente a este valor é formada no sensor, que é fornecida ao amplificador e depois ao indicador.

Sensores Hall Digital

Dispositivos analógicos são acionados dependendo da intensidade do campo magnético. Quanto maior for, maior será a tensão no sensor. Desde a introdução da eletrônica em vários dispositivos de controle, o sensor Hall adquiriu elementos lógicos.

Elemento Sensor Digital Hall

O dispositivo detecta a presença de um campo magnético ou não o detecta. No primeiro caso, será uma unidade lógica, e um sinal será enviado ao atuador ou unidade de controle. No segundo caso (mesmo com um campo magnético grande, mas não atingindo o limiar limite), o dispositivo não registra nada, o que é chamado de zero lógico.

Por sua vez, os dispositivos digitais são do tipo unipolar e bipolar. Vamos considerar brevemente quais são suas diferenças.

Unipolar

Já as variantes unipolares são acionadas quando aparece um campo magnético de apenas uma polaridade. Se você levar um ímã com polaridade oposta ao sensor, o dispositivo não reagirá de forma alguma. A desativação do dispositivo ocorre quando a força do campo magnético diminui ou desaparece completamente.

A unidade de medida necessária é emitida pelo dispositivo no momento em que a intensidade do campo magnético é máxima. Até que esse limite seja atingido, o dispositivo apresentará o valor 0. Se a indução do campo magnético for pequena, o dispositivo não é capaz de fixá-la, portanto, apresenta valor zero. Outro fator que afeta a precisão das medidas do aparelho é a distância do campo magnético.

Bipolar

No caso da modificação bipolar, o dispositivo é ativado quando o eletroímã cria um polo específico e é desativado quando o polo oposto é aplicado. Se o ímã for removido enquanto o sensor estiver ligado, o dispositivo não desligará.

Nomeação de HH no sistema de ignição do carro

Os sensores Hall são usados ​​em sistemas de ignição sem contato. Neles, esse elemento é instalado no lugar do deslizador do disjuntor, que desliga o enrolamento primário da bobina de ignição. A figura abaixo mostra um exemplo de sensor Hall, que é utilizado em carros da família VAZ.

A - Sensor Hall; B - ímã permanente; Com uma placa que cobre o efeito livre do ímã

Nos sistemas de ignição mais modernos, o sensor Hall é usado apenas para determinar a posição do virabrequim. Esse sensor é chamado de sensor de posição do virabrequim. O princípio de sua operação é idêntico ao do sensor Hall clássico.

Somente a interrupção do enrolamento primário e a distribuição do pulso de alta tensão já é de responsabilidade da central eletrônica, que é programada para as características do motor. A ECU é capaz de se adaptar a diferentes modos de operação da unidade de energia alterando o ponto de ignição (nos sistemas de contato e sem contato do modelo antigo, esta função é atribuída ao regulador de vácuo).

Ignição com sensor Hall

Nos sistemas de ignição sem contato do modelo antigo (o sistema de bordo desse carro não está equipado com uma unidade de controle eletrônico), o sensor funciona na seguinte sequência:

1. O eixo do distribuidor gira (conectado ao eixo de comando).
2. Uma placa fixada no eixo está localizada entre o sensor Hall e o ímã.
3. A placa tem ranhuras.
4. Quando a placa gira e um espaço livre é formado entre o ímã, uma tensão é gerada no sensor devido à influência do campo magnético.
5. A tensão de saída é fornecida ao interruptor, que fornece a comutação entre os enrolamentos da bobina de ignição.
6. Após o desligamento do enrolamento primário, é gerado um pulso de alta tensão no enrolamento secundário, que entra no distribuidor (distribuidor) e vai para uma vela de ignição específica.

Apesar do esquema simples de operação, um sistema de ignição sem contato deve estar perfeitamente ajustado para que uma faísca apareça em cada vela no momento certo. Caso contrário, o motor ficará instável ou não dará partida.

Benefícios do Sensor Hall Automotivo

Com a introdução de elementos eletrônicos, especialmente em sistemas que requerem ajustes finos, os engenheiros conseguiram tornar os sistemas mais estáveis ​​em comparação com seus equivalentes controlados pela mecânica. Um exemplo disso é o sistema de ignição sem contato.

O sensor de efeito Hall tem várias vantagens importantes:

1. É compacto;
2. Pode ser instalado absolutamente em qualquer parte do carro e, em alguns casos, até diretamente no próprio mecanismo (por exemplo, em um distribuidor);
3. Não há elementos mecânicos nele, para que seus contatos não queimem, como, por exemplo, em um disjuntor do sistema de ignição por contato;
4. Os pulsos eletrônicos respondem muito mais efetivamente às mudanças no campo magnético, independentemente da velocidade de rotação do eixo;
5. Além da confiabilidade, o dispositivo fornece um sinal elétrico estável em diferentes modos de operação do motor.

Mas este dispositivo também tem desvantagens significativas:

• O maior inimigo de qualquer dispositivo eletromagnético é a interferência. Há muitos deles em qualquer motor;
• Comparado a um sensor eletromagnético convencional, este dispositivo será muito mais caro;
• Seu desempenho é afetado pelo tipo de circuito elétrico.

Aplicações de sensor Hall

Como dissemos, os dispositivos do princípio Hall não são usados ​​apenas em carros. Aqui estão apenas algumas das indústrias onde um sensor de efeito Hall é possível ou necessário.

Aplicações de sensores lineares

Sensores de tipo linear são encontrados em:

• Dispositivos que determinam a intensidade da corrente de uma forma sem contato;
• Tacômetros;
• Sensores de nível de vibração;
• Sensores de ferromagnetos;
• Sensores que determinam o ângulo de rotação;
• Potenciômetros sem contato;
• Motores DC sem escova;
• Sensores de fluxo de substância de trabalho;
• Detectores que determinam a posição dos mecanismos de trabalho.

Aplicação de sensores digitais

Já os modelos digitais são usados ​​em:

• Sensores que determinam a frequência de rotação;
• Dispositivos de sincronização;
• Sensores do sistema de ignição no carro;
• Sensores de posição de elementos de mecanismos de trabalho;
• Contadores de pulso;
• Sensores que determinam a posição das válvulas;
• Dispositivos de bloqueio de portas;
• Medidores de consumo de substância de trabalho;
• Sensores de proximidade;
• Relés sem contato;
• Em alguns modelos de impressoras, como sensores que detectam a presença ou posição do papel.

Que avarias pode haver?

Aqui está uma tabela dos principais problemas de funcionamento do sensor do hall e suas manifestações visuais:

Defeituoso:	Como isso se manifesta:
O sensor é acionado com mais frequência do que o virabrequim passa por um ciclo completo	O consumo de combustível aumenta (enquanto outros sistemas, como combustível, estão funcionando corretamente)
O dispositivo é acionado todas as vezes ou periodicamente desliga completamente	Enquanto o carro está em movimento, o motor pode morrer, sacolejar, a potência do motor cair, é impossível acelerar o carro a mais de 60 km / h.
Mau funcionamento do sensor Hall	Em alguns carros estrangeiros de última geração, a alavanca de câmbio está bloqueada
O sensor de posição do virabrequim está quebrado	Motor não pode ser iniciado
Erros em um sistema elétrico em que o sensor hall é o elemento principal	No painel de instrumentos, a luz de erro do sistema de autodiagnóstico de uma unidade específica, por exemplo, o motor em marcha lenta, acende, mas desaparece quando o motor ganha velocidade.

Muitas vezes acontece que o próprio sensor pode ser reparado, mas parece que está fora de serviço. Aqui estão as razões para isso:

• Sujeira no sensor;
• Fio quebrado (um ou mais);
• A umidade entrou nos contatos;
• Curto-circuito (devido à umidade ou danos ao isolamento, o fio de sinal em curto com o aterramento);
• Violação do isolamento do cabo ou tela;
• O sensor não está conectado corretamente (polaridade invertida);
• Problemas com fios de alta tensão;
• Violação da unidade de controle automático;
• A distância entre os elementos do sensor e a parte controlada está configurada incorretamente.

Verificação do sensor

Para ter certeza de que o sensor está com defeito, uma verificação deve ser realizada antes de substituí-lo. A maneira mais fácil de diagnosticar um problema - se o problema está realmente no sensor - é executar o diagnóstico no osciloscópio. O dispositivo não apenas detecta mau funcionamento, mas também indica uma avaria iminente do dispositivo.

Como nem todo motorista tem a oportunidade de realizar tal procedimento, existem maneiras mais acessíveis de diagnosticar o sensor.

Diagnóstico com multímetro

Primeiro, o multímetro é definido para o modo de medição de corrente DC (chave para 20 V). O procedimento é realizado na seguinte sequência:

• O fio blindado é desconectado do distribuidor. É conectado à massa para que, como resultado do diagnóstico, você não dê partida acidentalmente no carro;
• A ignição é ativada (a chave está totalmente virada, mas não dê partida no motor);
• O conector é removido do distribuidor;
• O contato negativo do multímetro é conectado à massa do carro (carroceria);
• O conector do sensor possui três pinos. O contato positivo do multímetro é conectado a cada um deles separadamente. O primeiro contato deve mostrar um valor de 11,37 V (ou até 12 V), o segundo também deve mostrar na região de 12 V e o terceiro deve ser 0.

Em seguida, o sensor é verificado em operação. Para fazer isso, você precisa fazer o seguinte:

• Do lado da entrada do fio, pinos de metal (por exemplo, pregos pequenos) são inseridos no conector para que não se toquem. Um é inserido no contato central e o outro no fio negativo (geralmente branco);
• O conector desliza sobre o sensor;
• A ignição liga (mas não ligamos o motor);
• Fixamos o contato negativo do testador no negativo (fio branco) e o contato positivo no pino central. O sensor de trabalho dará uma leitura de aproximadamente 11,2 V;
• Agora, o assistente deve girar o virabrequim com a partida várias vezes. A leitura do multímetro irá flutuar. Observe os valores mínimo e máximo. A barra inferior não deve exceder 0,4 V, e a superior não deve cair abaixo de 9 V. Nesse caso, o sensor pode ser considerado passível de manutenção.

Teste de resistência

Para medir a resistência, você precisará de um resistor (1 kΩ), uma lâmpada de diodo e fios. Um resistor é soldado à perna da lâmpada e um fio é conectado a ele. O segundo fio é fixado à segunda perna da lâmpada.

A verificação é realizada na seguinte sequência:

• Retire a tampa do distribuidor, desconecte o bloco e os contatos do próprio distribuidor;
• O testador é conectado aos terminais 1 e 3. Após ativar a ignição, o display deve mostrar um valor na faixa de 10-12 volts;
• Da mesma forma, uma lâmpada com resistor é conectada ao distribuidor. Se a polaridade estiver correta, o controle acenderá;
• Depois disso, o fio do terceiro terminal é conectado ao segundo. Em seguida, o assistente gira o motor com a ajuda da partida;
• Uma luz piscando indica um sensor funcionando. Caso contrário, ele deve ser substituído.

Criação de um controlador Hall Simulado

Este método permite diagnosticar o sensor Hall na ausência de faísca. A tira com contatos é desconectada do distribuidor. A ignição é ativada. Um pequeno fio conecta os contatos de saída do sensor entre si. Este é um tipo de simulador de sensor Hall que criou o impulso. Se, ao mesmo tempo, se formar uma faísca no cabo central, o sensor está avariado e tem de ser substituído.

Solução de problemas

Se você deseja consertar o sensor Hall com suas próprias mãos, primeiro você precisa comprar um componente denominado lógico. Pode ser selecionado de acordo com o modelo e tipo de sensor.

O reparo em si é realizado da seguinte forma:

• Um furo é feito no centro do corpo com uma broca;
• Com uma faca de escritório, são cortados os fios do componente antigo, após o que são feitas ranhuras para os novos fios que serão conectados ao circuito;
• O novo componente é inserido na caixa e conectado aos pinos antigos. Você pode verificar a exatidão da conexão usando uma lâmpada de diodo de controle com um resistor em um contato. Sem a influência do ímã, a lâmpada deve se apagar. Se isso não acontecer, você precisa alterar a polaridade;
• Novos contatos devem ser soldados ao bloco do dispositivo;
• Para ter certeza de que o trabalho é feito corretamente, você deve diagnosticar o novo sensor usando os métodos acima;
• Finalmente, a caixa deve ser selada. Para isso, é melhor usar cola resistente ao calor, já que o aparelho fica frequentemente exposto a altas temperaturas;
• O controlador é montado na ordem inversa.

Como substituir o sensor com suas próprias mãos?

Nem todo entusiasta de carros tem tempo para consertar sensores manualmente. É mais fácil para eles comprar um novo e instalá-lo em vez do antigo. Este procedimento é realizado da seguinte forma:

• Em primeiro lugar, você precisa remover os terminais da bateria;
• O distribuidor é removido, o bloco com fios é desconectado;
• A tampa do distribuidor é removida;
• Antes de desmontar completamente o dispositivo, é importante lembrar como a válvula em si estava localizada. É necessário combinar as marcas de sincronização e o virabrequim;
• O eixo distribuidor é removido;
• O próprio sensor Hall está desconectado;
• Um novo é instalado no lugar do sensor antigo;
• O bloco é montado na ordem inversa.

Os sensores de última geração têm uma longa vida útil, portanto, a substituição frequente do dispositivo não é necessária. Ao fazer a manutenção do sistema de ignição, você também deve prestar atenção a este dispositivo de rastreamento.

Vídeos relacionados

Em conclusão, uma visão geral detalhada do dispositivo e o princípio de operação do sensor Hall em um carro:

O que é um SENSOR HALL. Como funciona e como é organizado

Perguntas e Respostas:

O que é um sensor Hall? Este é um dispositivo que reage ao aparecimento ou ausência de um campo magnético. Os sensores ópticos têm um princípio de operação semelhante, que reage ao impacto de um feixe de luz em uma fotocélula.

Onde o sensor Hall é usado? Em carros, esse sensor é usado para detectar a velocidade de uma roda ou eixo específico. Além disso, este sensor é instalado em sistemas nos quais é importante determinar a posição de um determinado eixo para sincronização de diferentes sistemas. Um exemplo disso é o virabrequim e o sensor do eixo de comando.

Como verificar o sensor Hall? Existem várias maneiras de verificar o sensor. Por exemplo, quando há energia no sistema de ignição e as velas não emitem faísca, nas máquinas com distribuidor sem contato a tampa do distribuidor é removida e o bloco da vela removido. Em seguida, liga-se a ignição do carro e fecham-se os contatos 2 e 3. O fio de alta tensão deve ser mantido próximo ao solo. Nesse momento, uma faísca deve aparecer. Se houver uma faísca, mas não houver faísca quando o sensor estiver conectado, ele deverá ser substituído. A segunda maneira é medir a tensão de saída do sensor. Em boas condições, este indicador deve estar na faixa de 0.4 a 11V. O terceiro método é colocar um analógico em funcionamento conhecido em vez do sensor antigo. Se o sistema funcionar, o problema está no sensor.