Принципы работы и устройство датчика Холла

Датчик Холла: принцип работы

Прибор назван по имени создателя — учёного Эдвина Холла. Открытие, которое учёный совершил в 1879 году, оказалось поистине фундаментальным, нашло применение не только в автомобилестроении. А открыл физик гальваномагнитный эффект, суть которого — различие в воздействии магнитного поля на свойства подключенных к электричеству проводников.

Датчик Холла — что это такое в автомобиле?

Датчик используют на машинах с бесконтактной основой, ставшей очередной вехой в эволюции устройств, применяемых для включения системы подачи горючего. Именно бесконтактный измеритель – ее главная особенность. Также система отличается контактным зажиганием. Принцип работы датчика Холла — фиксация перемен, происходящих в магнитном поле, путем изменения напряжения мотора, генерируемого на выходе.

Прибор заменяет собой контакты, используется для контроля величины напряжения. Благодаря ему при перегрузках в бортовой сети происходит деактивация двигательной системы. При перегреве контроллера включается температурная защита. Металлический экран датчика имеет прорези, на которых формируется магнитное поле. Благодаря этому в пластине появляется напряжение. Из-за того, что прорези чередуются, оно является пониженным.

Поломка прибора приводит к возникновению неисправностей инжектора.

За что отвечает датчик Холла?

Прибор отвечает за передачу командных сигналов. Он определяет скорость машины и переключает контакты. Это аналоговый преобразователь, активируемый при помощи коммутатора, который излучает магнитное поле. Если в работе двигательной системы возникнут сбои, устройство сможет замерить текущее напряжение без разрыва цепи.

У устройства есть и другие функции. Речь идет о повышении мощности двигательной системы и динамизации работы систем автомобиля. Датчик соединен с распределителем, составляет с ним единый механизм. Прибор напоминает прерыватель с аналоговым приводом. Иногда его совмещают с коленвалом двигателя. Назначение данного прибора можно охарактеризовать так — оперативное включение антиблокиратора тормозов ДВС и тахометра.

Как работает датчик Холла и как он устроен?

Проводя свои исследования, Холл установил: когда пластина в магнитном поле и под напряжением, в ней происходит отклонение электронов. Поток магнитных частиц движется перпендикулярно этому движению. Направление отклонения электронов напрямую зависит от полярности магнитного поля. Значит, на различных сторонах металлической пластинки плотность электронов будет разной.

Технологии совершенствовались, и этот принцип лег в основу прибора, который сейчас принято называть по имени человека, открывшего это явление.

Схема работы датчика следующая:

• Сквозь пластины устройства проходит электричество.
• В магнитном поле образуется разница потенциалов. Затем она постепенно выравнивается с помощью постоянного магнита. Сила тока на выходе при этом может различаться.
• Когда на вход прибора поступает сигнал, формируется постоянный импульс, имеющий прямоугольную форму. Этот импульс видим только на осциллографе.

Есть аналоговые и цифровые измерители. Аналоговый трансформирует магнитную индуктивность в электричество. Сила тока находится в зависимости от величины магнитного поля.

Эту конструкцию не используют в новых машинах — она устарела. Индукция цифрового прибора достигается, только если значение магнитного поля переходится через определенный рубеж. Устройство не активируется при слишком слабом магнитном поле. В старых авто датчик применяли для подачи искры на свечи.

Устройство датчика Холла таково:

• магнитная основа;
• роторная лопатка;
• провод для прохождения магнитного потока;
• корпус из пластика;
• электронная микросхема;
• контактная система.

Всего в контроллере 3 контакта. Первый подводится к массе. Второй нужен для подключения напряжения, сила которого составляет 6 вольт. С третьего контакта происходит передача импульсов на коммутатор.

Достоинства устройства

У датчика Холла много достоинства. Главное – отсутствие контактов и, как следствие, надежность. Нет деталей, которые при езде трутся друг о друга. Датчик содержит только твердотельную электронику.

Устойчивость к ударам и вибрации тоже высока. Прибор может работать в широком диапазоне магнитных частот — до 100 кГц. Он не дает сбои при работе в экстремальных температурных условиях, способен выдержать до +150 градусов и до -40. Производительность двигательной системы благодаря датчику намного повышается.

Автопроизводители обычно используют датчик для контроля скоростного режима валов и колес. Также его применяют в бесщеточных двигателях, работающих от постоянного тока — в них он определяет место нахождения постоянного магнита.

Датчик Холла увеличивает эффективность двигательной системы, повышает ее ресурс. Отвечает за коммуникацию систем машины. Конструктивные особенности прибора зависят от возложенных на него функций. Время от времени прибор нужно проверять. Как правило, проверку проводят при помощи осциллографа.

Что такое трамблер в автомобиле?

За распределение зажигания и искрообразование в нужный момент в бензиновых двигателях старого поколения отвечает трамблер. Его еще называют прерыватель-распределитель зажигания.

Датчик детонации: как проверить и поменять

Датчик детонации – небольшой и дешевый элемент, однако функция, которую он выполняет, исключительно важна. Бесконтрольная детонация может вывести мотор из строя в два счета.

Датчик топлива, чистка в Mercedes

Датчик уровня топлива (ДУТ) или топливомер — прибор, осуществляющий замеры количества (по объему или весу) горючего в топливном баке и выводящий полученные данные на приборную панель. Устанавливается в баке, в зависимости от конструктивных особенностей автомобиля может быть встроен в

Микропроцессорная (электронная) система зажигания: назначение, принципы построения и работы

В чем суть микропроцессорной (электронной) системы зажигания? На каком принципе работает система? Как может комплектоваться МПСЗ?

Как зависит расход горючего от работы контроллеров систем автомобиля?

Приобретя новую машину и испробовав новые впечатления, владелец рано или поздно начинает обращать внимание на расход горючего, сопоставляя паспортные данные с реальным положением дел. О влиянии на эти цифры давления в шинах или состояния свечей зажигания известно даже начинающему автолюбителю.

Назначение лямбда-зонда и вопросы его эксплуатации

Опытные водители знают, какое значение имеет кислород для сгорания топлива, именно он определяет оптимальный состав горючей смеси, а, следовательно, эффективность работы двигателя и экологичность выхлопа. Контроль кислородного баланса осуществляет невзрачный на вид прибор – лямбда-зонд, непременный

Устройство датчика Холла

Система зажигания выполняет важную функцию — создание искры в цилиндрах с целью воспламенения топливной смеси в связи с чередованием работы двигателя. Ярко выражена эта система на карбюраторных автомобилях, в тот момент, как на инжекторных она всего лишь часть системы управления двигателем.

Разделить системы зажигания по принципу работы можно на три ступени (системы):

• Контактная.
• Бесконтактная.
• Электронная.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Как ни странно, несмотря на возраст с момента появления тех самых автомобилей, на которых и есть эта система широко распространены никак не худший и лучший варианты, а именно средний — система бесконтактного зажигания. И самым любопытным ее элементом является датчик холла, принцип работы которого мы и будем разбирать в этой статье. Кстати, это любопытное изобретение применяется не только с системе зажигания, но и в еще массе приборов и систем, но об этом несколько позже.

Назначение и устройство датчика Холла

Название датчик берет от фамилии своего изобретателя. Именно он заметил, что если в созданное каким-то образом магнитное поле поместить металлическую пластину пот электрическим напряжением, то такие действия вызовут появление импульсов и электроны в этой пластине примут траекторию отклонения перпендикулярно направления самого магнитного потока. В зависимости от полярности магнитного поля, а из еще школьного курса физики мы знаем, что полярности у любого магнита бывают положительными и отрицательными, соответственно + и -, изменяется направление отклонения от поля. Эдаким образом, изменяется плотность электронов с разных сторон этой самой пластинки, что само по себе создает разность потенциалов электродвижущей силы.

Принцип работы датчика Холла и лежит в мягком и ровном улавливании этой разницы, неизменно это как для системы зажигания ваших «Жигулей», так и для космического ракета-носителя, на котором тоже приходится улавливать немало импульсов.

Особенности использования в автомобиле

В автомобиле действия этого датчика также распространяются на измерение импульсов. Конструктивно датчик Холла в автомобиле представляет собой набор элементов:

• Постоянный магнит.
• Стальной экран, имеющий несколько прорезанных ровных отверстий.
• Полупроводниковые пластины.

Датчик действия импульсов принципиально основан на изменении индукции элемента, который очень чувствителен к этим изменениям. Когда изменяется индукция изменяется и зазор в том самом экране, то есть между ферромагнитным объектом и чувствительным элементом.

Все это отображает положение распределительного вала и коленчатого вала, что и обозначает момент подачи искры. Это простейший датчик.

Оптический прибор действия импульсов имеет несколько более сложное строение. Он имеет привод своего действия и берет начало в коленчатом валу. Этот датчик импульсов конструктивно объединён в одно целое с блоком распределителя в бесконтактной системе. Он напоминает своим видом на прерыватель. В этой системе на прорезанные отверстия стального экрана движется магнитное поле, благодаря чему повышается напряжение в системе полупроводников. Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются.

Проверка датчика на работоспособность

Когда появляется некая загвоздка в работе системы зажигания проконтролировать необходимо все элементы, и датчик Холла в этот перечень тоже входит. Ну, самый простой способ продиагностировать непосредственно датчик — заменить его на новый. Если неисправности в работе мотора пропали, то все ясно.

Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Сделаем его сами. Все, что нам понадобится это кусок провода и колодка с тремя штекерами от распределителя зажигания. Также можно взять обычный мультиметр и проверить датчик, если датчик не работает, то тестер нам покажет менее половины одного Вольта. Еще один способ заключается в подведении концов любого провода к выводам коммутатора — если искра есть, то все нормально.

В целом придумать можно разные способы для проверки датчика Холла, однако, лучше при малейшем подозрении просто заменить его, отремонтировать его все равно в тысячу раз дольше и сложнее.

Принцип работы и применение датчика Холла

Датчик Холла — прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Его работа основана на эффекте Холла, который представляет собой явление возникновения разности потенциалов в магнитном поле при помещении в него проводника с постоянным током. Это устройство нашло широкое применение в различных приборах и механизмах.

История создания прибора

В конце XIX века американский ученый из Балтимора Эдвин Герберт Холл поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и подключил к ней электрический ток. Такое действие привело к появлению напряжения на широких сторонах пластины.

Это явление получило название эффекта Холла и привлекло внимание общественности. Спустя 75 лет, когда промышленность начала выпускать полупроводниковые пленки, это открытие нашло широкое применение в области техники. Сегодня датчики используются:

1. В электронном зажигании на автомобилях.
2. В двигателях компьютерного дисковода и вентилятора.
3. Как основа электронного компаса в смартфонах.
4. В бесконтактных электрических приборах для измерения силы тока и напряжения.
5. В некоторых моделях ионных реактивных двигателей.

Первые разновидности датчиков стали выпускаться в середине XX века. В 1965 году американские специалисты создали твердотельный прибор, который значительно улучшил работу оборудования. Датчики считаются практически вечными, так как не имеют взаимодействующих и трущихся элементов.

Конструктивные особенности

Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм. Датчик имеет три клеммы:

• питающая с входным напряжением 6В;
• нулевой контакт;
• выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.

Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.

Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.

Принцип действия

Принцип работы датчика Холла основан на гальваномагнитном явлении, которое показывает результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником. Полупроводник подключен к электрической цепи, которая меняет его свойства.

Как только появляется поперечное напряжение, то сразу возникает эффект Холла. В этот момент заряд направлен перпендикулярно вектору поля. Такое явление объясняется воздействием на электроны или дырки силы Лоренца, которая и приводит к их отклонению.

Под воздействием этой силы частицы в полупроводнике двигаются в разные стороны, в соответствии со своим знаком. На одной стороне пластины собираются электроны (отрицательный заряд), а на другой частицы с положительным знаком.

По мере накопления зарядов между ними возникает электрический поток, который препятствует их перемещению под воздействием силы Лоренца. При достижении равенства этой силы и магнитного поля полупроводник вступает в фазу равновесия. Именно так и работает датчик Холла.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля. Существуют датчики двух видов:

Цифровые приборы бывают биполярными и униполярными. Биполярные элементы работают в зависимости от полярности магнитного поля, то есть одна включает датчик, а вторая отключает.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

Использование сенсоров в смартфонах

Благодаря небольшим размерам датчики Холла нашли широкое применение в современных электронных гаджетах. В смартфонах они помогают возвращать экран в исходное положение, обеспечивают быстрый запуск GPS поиска, увеличивают срок службы аккумуляторной батареи и так далее.

Способность реагировать на магнитное поле используется в раскладывающихся телефонах и ноутбуках. Благодаря наличию датчика, происходит включение устройств при открытии и отключение при закрытии экрана. В смартфонах такую же функцию выполняет датчик, который взаимодействует с магнитом, встроенным в чехол книжку. Когда чехол открывается, то воздействие поля ослабевает и сенсор включает подсветку экрана. Преобразователь Холла в гаджетах выполняет следующие полезные функции:

• обеспечивает ориентирование по отношению к горизонту земли;
• работает в качестве компаса мобильного устройства;
• совершает ориентирование экрана.

Немаловажное значение датчик имеет в устройстве видеокамеры. Вкупе со специальной микросхемой он позволяет корректировать качество изображения. Особенно это проявляется при съемках в вечернее время.