Что такое датчик холла в автомобиле

Датчик Холла

Официальное название — датчик положения на эффекте Холла.
Это датчик, работающий на эффекте Холла, суть которого заключается в том, что при при помещении в магнитное поле некоторого проводника с постоянным током, в этом проводнике возникает поперечная разность потенциалов. Также называет холловским напряжением.

Датчик Холла весьма широко распространен в автомобилестроении, с его помощью измеряют угол положения распредвала, на некоторых автомобилях — угол положения коленвала, на более старых автомобилях он сигнализировал о моменте искрообразования.

Эффект Холла заключается в том, что при пропускании тока через клеммы «а» полупроводниковой пластины, помещенной в поле магнита, на боковых клеммах «б» появляется напряжение.

Еще в 1879 году американский физик Э. Холл, работавший в балтиморском университете, открыл интересное явление, суть которого состояла в следующем. Если в магнитное поле поместить прямоугольную полупроводниковую пластину и к узким ее граням подвести электрический ток, то на широких, гранях пластины возникнет напряжение, величина которого может быть от десятков микровольт до сотен милливольт. Однако техническое применение этого эффекта вынужденно задержалось почти на 75 лет, до той поры, когда началось промышленное производство полупроводниковых пленок с нужными свойствами.

Устройство датчика Холла:
1 — постоянный магнит;
2 — лопасть ротора;
3 — магнитопроводы;
4 — пластмассовый корпус;
5 — микросхема;
6 — выводы.

Еще позже, при развитии микроэлектроники, удалось сделать миниатюрный датчик, содержащий все необходимое — постоянный магнит и микросхему с чувствительным элементом. Такое устройство обладает рядом неоспоримых достоинств.
Во-первых — малые размеры.
Во-вторых, и это особенно важно, изменение частоты срабатывания (иными словами — оборотов двигателя) не вызывает смещения момента измерения.
В-третьих, электрический сигнал от датчика имеет, по терминологии специалистов, прямоугольную форму: при включении он сразу набирает определенную и постоянную величину, а не носит характер всплесков. Для управления электроникой это немалый плюс.
Есть у датчика и другие достоинства, но упомянем о недостатках. Главный из них тот, что присущ всякой электронной схеме: датчик чувствителен к электромагнитным помехам, возникающим в цепи питания (о мерах предосторожности, диктуемых этим обстоятельством, скажем ниже). Кроме того, датчик Холла дороже магнитоэлектрического и теоретически менее надежен, поскольку содержит электронную схему, однако крупномасштабное производство и развитие технологии сводят эти факторы к минимуму.
Работает датчик Холла следующим образом. Когда через зазор проходит металлическая лопасть ротора, магнитный поток шунтируется и индукция на микросхеме равна нулю. При этом сигнал на выходе из датчика относительно «массы» имеет высокий уровень, то есть почти равен напряжению питания.

Так можно проверить работоспособность датчика Холла:
1 — датчик;
2 — разъем;
3 — резистор МЛТ-0,25 1,5 кОм;
4 — светодиод или вольтметр (тестер);
5 — батарейка 9 В.

Проверять датчик лучше всего осциллографом. Но с известной осторожностью можно и более простым оборудованием, прямо на машине.
Первое что нужно сделать — отсоединить разъем кабеля, подходящего к датчику. Важнейшее условие, которое следует свято соблюдать: зажигание при этом должно быть выключено! Несоблюдение этого условия — одна из основных причин выхода из строя датчиков Холла в эксплуатации. Теперь соберите простую схему, показанную на рисунке. При прохождении магнита мимо датчика светодиод должен попеременно загораться и гаснуть, указывая на наличие сигнала.
Еще одно важное замечание: ни в коем случае не проверяйте датчик контрольной лампой! Именно так погублено множество приборов.

Что же все таки за зверь этот Датчик Холла?

Это датчик, работающий на эффекте Холла, суть которого заключается в том, что при при помещении в магнитное поле некоторого проводника с постоянным током, в этом проводнике возникает поперечная разность потенциалов. Также называет холловским напряжением.

Датчик Холла весьма широко распространен в автомобилестроении, с его помощью измеряют угол положения распредвала, на некоторых автомобилях — угол положения коленвала, на более старых автомобилях он сигнализировал о моменте искрообразования.

Эффект Холла заключается в том, что при пропускании тока через клеммы «а» полупроводниковой пластины, помещенной в поле магнита, на боковых клеммах «б» появляется напряжение.

Еще в 1879 году американский физик Э. Холл, работавший в балтиморском университете, открыл интересное явление, суть которого состояла в следующем. Если в магнитное поле поместить прямоугольную полупроводниковую пластину и к узким ее граням подвести электрический ток, то на широких, гранях пластины возникнет напряжение, величина которого может быть от десятков микровольт до сотен милливольт. Однако техническое применение этого эффекта вынужденно задержалось почти на 75 лет, до той поры, когда началось промышленное производство полупроводниковых пленок с нужными свойствами.

Устройство датчика Холла:

1 — постоянный магнит;
2 — лопасть ротора;
3 — магнитопроводы;
4 — пластмассовый корпус;
5 — микросхема;
6 — выводы.

Автомобильный датчик Холла — принцип работы

Конструкция современных транспортных средств только может показаться сложной. На самом деле автомобили, в большинстве своем, оснащаются механизмами, которые просты в работе и обслуживании. Среди них есть и особенно важные элементы, к каким можно отнести и датчик Холла. В машине он может устанавливаться в разных местах — датчик положения и движения коленвала, датчик положения распредвала, система ABS, ESP, VCS, PSM.

Свое название данное устройство получило в честь изобретателя — Э.Холла

Датчик Холла определяет положение коленчатого и распределительного валов, что позволяет ему синхронизировать работу силового агрегата. Он же считывает и предоставляет информацию о точном времени впрыска топлива, в зависимости от положения поршней и клапанов. Если данные элементы не функционируют, сразу же появляются признаки, по которым можно определить неисправность.

Свое название данное устройство получило в честь изобретателя — Э.Холла. Он в конце 19 века сумел открыть эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля. Если пластину поместить в место, где периодически будет проходить магнит или предмет, способный поменять магнитное поле, на краях будут образовываться импульсы напряжения. Последние могут использоваться электроникой в качестве сигналов для дальнейших действий.

Датчик Холла в современной машине установлен в корпусе трамблера, внутри которого предусмотрен вал

Главное преимущество датчика — отсутствие механически контактирующих элементов, что обеспечивает отсутствие износа и продолжительный срок службы. Эффект Холла начали массово применять в промышленности только во второй половине прошлого века. Свое место такое устройство нашло и в транспортном средстве. Его полезные свойства в системе зажигания нельзя не отметить.

Датчик Холла в современной машине установлен в корпусе трамблера, внутри которого предусмотрен вал. На последнем закрепляется пластина с определенным количеством сердечников, равным количеству цилиндров мотора. Она вращается синхронно с распредвалом и коленвалом и в определенный момент создает в сердечнике импульс электронапряжения. Он поступает в коммутатор системы зажигания, где применяется в целях управления катушкой. Этот импульс и считается главной точкой для последующего образования искры в свече. Система зажигания создает искру именно в тот момент, когда это требуется. В противном случае мотор просто не мог бы нормально работать.

Проверка датчика Холла

Как проверить. Как и любой другой элемент, датчик Холла может выходить из строя. Признаки у такого дефекта есть — мотор не получается завести, на холостом ходу происходят просадки оборотов, во время движения автомобиль глохнет или дергается. Для проверки можно поставить датчик в другой автомобиль и посмотреть, как он будет работать. Есть еще один способ — провести замеры напряжения на выходе. В точке разрыва оно должно составлять 0.4 В, а в точке прохода пластины — 11 В.

Итог. Датчик Холла выполняет большую роль в системе зажигания. Без него мотор не будет работать стабильно, что сразу станет причиной провести диагностику. Сделать это можно двумя способами.

Датчик Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить

Датчик холла это небольшое устройство, которое имеет электромагнитный принцип действия. Даже в старых автомобилях советского автопрома эти датчики имеются – они управляют работой бензинового мотора. Если в устройстве появляются неисправности, двигатель в лучшем случае потеряет стабильность.

Они используются для работы системы зажигания, распределения фаз в газораспределяющем механизме и других. Чтобы понять, какие неисправности относятся к поломке датчика, следует разобраться с его устройством и принципом действия.

Где находится и как выглядит?

Эффект Холла нашел применение во многих системах автомобиля, таких как:

• Определяет положение коленчатого вала (когда поршень первого цилиндра окажется в верхней мертвой точке такта сжатия);
• Определяет положение распределительного вала (для синхронизации открытия клапанов в газораспределительном механизме в некоторых моделях современных ДВС);
• В прерывателе системы зажигания (на трамблере);
• В тахометре.

В процессе вращения вала двигателя датчик реагирует на величину прорезей зубцов, от чего образуется ток низкого напряжения, который поступает на коммутирующее устройство. Попадая в катушку зажигания, сигнал преобразуется в высокое напряжение, которое нужно для создания искры в цилиндре. Если датчик положения коленчатого вала неисправен, запуск мотора невозможен.

Подобный датчик стоит в прерывателе бесконтактной системы зажигания. Когда он срабатывает, происходит переключение обмоток катушки зажигания, что позволяет ей производить заряд на первичной обмотке и совершать разряд со вторичной.

На фото ниже показано, как выглядит датчик и где его устанавливают в некоторых автомобилях.

В трамблере

Датчик коленвала

Датчик распредвала

Датчик тахометра

Датчик холла в электродвигателе

Устройство

Устройство простого датчика холла состоит из:

• Постоянного магнита. Он создает магнитное поле, которое воздействует на полупроводник, в котором создается ток малого напряжения;
• Магнитопровода. Этот элемент воспринимает действие магнитного поля и вырабатывает ток;
• Вращающегося ротора. Это металлическая изогнутая пластина, которая имеет прорези. Когда вал основного устройства вращается, лопасти ротора поочередно перекрывают воздействие магнита на стержень, что создает внутри него импульсы;
• Корпуса из пластика.

Где располагается ДХ

Прибор, отвечающий за определение момента зажигания, обычно располагают в трамблёре. Такой датчик применяется вместо контактов, являясь более надёжной заменой в составе бесконтактных электронных систем зажигания.

Чтобы его увидеть, нужно снять крышку трамблёра, а также бегунок и некоторые другие детали. Он расположен в непосредственной близости от вала трамблёра, на пластине рядом с постоянным магнитом. Сверху датчик прикрывает магнитопроводящая пластина с зубьями в виде короны, количество которых соответствует числу цилиндров силового агрегата.

Снаружи распределителя устанавливается колодка с проводами, посредством которой осуществляется связь между датчиком и ЭБУ.

ДХ, устанавливаемый на распредвале, обычно крепится на его задней крышке. Датчик Холла выглядит как цилиндрическая деталь, помещённая в корпус из прочного пластика, с внешней стороны которого имеется разъем для подключения проводку. Сверху можно увидеть ту самую пластину с прорезями.

Типы и сфера применения

На сегодняшний день существует несколько видов датчиков, которые работают по принципу Холла. Условно они делятся на два типа: цифровой и аналоговый.

Аналоговый датчик холла – самое первое устройство данного типа. Функционирование прибора зависит от силы магнитного поля: чем оно сильнее, тем больше напряжение будет вырабатывать сердечник. В автомобилях такие датчики сейчас не используются, потому что они имеют большие габариты и не всегда эффективную конструкцию.

Элемент аналогового датчика Холла

Цифровой датчик холла часто используется в автомобилях и может быть униполярным и биполярным. Вот их основные отличия:

• Униполярный датчик холла активируется, когда магнитное поле нарастает, а при снижении его силы, устройство выключается;
• Биполярный датчик холла реагирует не на саму силу магнитного поля, а на его полярность. При смене полюсов устройство включается/выключается.

Оба вида относятся к типу линейных датчиков холла. Но в категорию цифровых устройств также входит оптический датчик холла. В отличие от классического устройства, этот прибор не реагирует на магнитное поле. В нем установлен фотоэлемент, который фиксирует положение лопастей вращающегося ротора или вала намного эффективней.

Элемент цифрового датчика Холла

Плюсами такого типа датчиков являются:

• Не боится резкой перемены магнитного поля;
• На него не влияет магнитное поле генератора;
• Дольше работает в области действия переменного магнитного поля;
• По сравнению с классическим магнитным датчиком холла меньшая чувствительность к скачкам напряжения;
• Точнее фиксирует положение зубцов коленвала или другого вращающегося вала, что делает систему зажигания более эффективной.

Помимо привычной сферы применения (в системе зажигания и в некоторых автомобилях для контроля фаз газораспределения) датчики холла также используются для замеров силы тока, вибраций или углов поворота. Такие устройства работают как с переменным, так и с постоянным током.

В автомобилях в основном используются цифровой тип датчиков, которые фиксируют наличие и отсутствие магнитного поля определенной величины. По этому принципу срабатывают разные датчики скорости и положения.

Датчики, работающие по принципу Холла, также нашли свое применение и в электротранспорте. Так, их устанавливают для того, чтобы фиксировать и контролировать ток в электродвигателе в процессе езды, а также регулировать заряд/разряд АКБ.

Преимущества и недостатки

Положительные стороны сенсоров, использующих в работе принцип Холла:

• многофункциональность (датчики могут использоваться в различном измерительном оборудовании);
• высокая надежность за счет снижения количества движущихся частей;
• устойчивость к внешним воздействиям (на работу сенсоров может повлиять только толстый слой грязи);
• невосприимчивость к вибрационным нагрузкам;
• простота конструкции, не требующей обслуживания в процессе эксплуатации.

Основные недостатки сенсоров Холла:

• необходимость близкой установки магнита и считывающего чипа (для увеличения зазора более 100 мм требуется мощное поле);
• постоянное изменение потока, приводящее к нестабильному сигналу (проблема сглаживается использованием усилителей и фильтров);
• зависимость показаний от температуры (при нагреве повышается чувствительность датчика).

Пример использования аналогового элемента

На схеме показан принцип действия классического аналогового датчика:

1. Магнит, создающий постоянное поле;
2. Вращающийся ротор с прорезями в стенках;
3. Пластина, в которой вырабатывается электрический ток, когда на нее воздействует магнитное поле;
4. Корпус датчика;
5. Контакты, к которым подсоединяются провода, ведущие к исполняющему устройству.

Когда ротор вращается, его лопасти периодически перекрывают воздействие магнита на пластину. Как только напротив магнита оказывается прорезь, магнитное поле провоцирует в датчике импульс.

Основные виды

Прибор Холла имеет следующую классификацию:

1. Аналоговый. Превращает магнитную индуктивность в ЭДС.
2. Цифровой. Действует при превышении значений магнитной индуктивности электрического поля. Эти устройства делятся на униполярники и биполярники. Первые датчики выполняют свои функции при увеличении электромагнитного поля. Вторые — реагируют на прямую или обратную полярность. Цифровые приборы обладают зависимой чувствительностью при изменении индуктивности электрического поля.

Аналоговый датчик

Цифровой датчик

Какие могут быть неисправности?

Вот таблица основных неисправностей датчика холла и их визуальные проявления:

Неисправность:	Как проявляется:
Датчик срабатывает чаще, чем коленвал проходит полный цикл	Возрастает потребление топлива (при этом другие системы, например, топливная, работают исправно)
Устройство через раз срабатывает или периодически полностью отключается	Во время движения автомобиля мотор может глохнуть, машина дергается, падает мощность двигателя, невозможно разогнать авто быстрее 60 км/ч.
Сбой в работе датчика холла	В некоторых иномарках последнего поколения блокируется рычаг переключения передач
Датчик положения коленвала сломался	Мотор невозможно запустить
Ошибки в электросистеме, в которой основным элементом является датчик холла	На приборной панели загорается лампочка ошибки системы самодиагностики конкретного узла, например, двигателя на холостом ходу, но исчезает, когда мотор набирает обороты.

Нередко бывает так, что сам датчик исправный, однако по ощущениям кажется, что он вышел из строя. Вот какие могут быть причины этому:

• Грязь на датчике;
• Обрыв провода (одного или нескольких);
• На контакты попала влага;
• Короткое замыкание (из-за влаги или повреждения изоляции сигнальный провод замкнуло с массой);
• Нарушение изоляции или экрана кабеля;
• Неправильно подключен датчик (перепутана полярность);
• Проблемы с высоковольтными проводами;
• Нарушение в работе блока управления авто;
• Неправильно установлено расстояние между элементами датчика и контролируемой деталью.

Немного истории

Схема включения датчика холла на ваз

В 1879-м г. западным ученым Балтиморского ВУЗа – Э. Холлом, был открыт сенсационный и никем ранее не замеченный эффект — ежели в радиусе зоны воздействия электромагнита расположить кристаллический материал с полупроводниковыми свойствами (какую-либо пластину прямоугольного типа), а к его малым сторонам подвести напряжение, то на широких сторонах полупроводника появится ток.

Величина тока может дотягивать пары сот мВ.

Интересно, но в техническом применении это сенсационное открытие задержалось лет на семьдесят пять, что было связано со сложностями фабричного выпуска пластин этого типа.

Колодка разъем датчика холла

Уже после, с мерой прогресса в области изучения и производства электронных компонентов, удалось изготовить небольшой прибор, содержащий все нужное в себе. Другими словами, и чип, и магнит, и все остальное.

Проверка датчика

Чтобы точно убедиться в неисправности датчика, перед его заменой необходимо выполнить проверку. Самый простой способ выявить неисправность – действительно ли проблема в датчике – это провести диагностику на осциллографе. Прибор не только выявляет неисправности, но также укажет на скорую поломку устройства.

Так как не у каждого автомобилиста есть возможность проводить такую процедуру, есть более доступные способы диагностики датчика.

Диагностика мультиметром

Вначале мультиметр выставляется в режим замера постоянного тока (переключатель на 20В). Процедура производится в следующей последовательности:

• Отсоединяется бронепровод от распределителя. Он подключается к массе, чтобы в результате диагностики случайно не запустить авто;
• Активируется зажигание (ключ повернут до упора, но мотор не заводить);
• С распределителя снимается разъем;
• Минусовый контакт мультиметра подсоединяется к массе авто (кузову);
• В разъеме датчика имеется три контакта. Плюсовой контакт мультиметра подсоединяется к каждому из них в отдельности. Первый контакт должен показать значение 11,37В (или до 12В), второй – также в районе 12В, а третий – 0.

Далее проверяется датчик в работе. Для этого необходимо сделать следующее:

• Со стороны входа проводов в разъем вставляются металлические штыри (например, небольшие гвозди) так, чтобы они не прикасались друг к другу. Один вставляется в центральный контакт, а другой – к проводу минуса (обычно белого цвета);
• Разъем надевается на датчик;
• Включается зажигание (но мотор не заводим);
• Минусовый контакт тестера фиксируем на минусе (белый провод), а плюсовой – к центральному штырю. Рабочий датчик выдаст показатель приблизительно 11,2В;
• Теперь помощник должен стартером несколько раз провернуть коленвал. Показания мультиметра будут колебаться. Нужно заметить минимальное и максимальное значение. Нижняя планка не должна превышать 0,4В, а верхняя не должна опускаться ниже 9В. В этом случае датчик можно считать исправным.

Проверка сопротивления

Для замера сопротивления потребуется резистор (1 кОм), диодная лампочка и провода. К ножке лампочки припаивается резистор, а к нему подсоединяется провод. Второй провод фиксируется на второй ножке лампочки.

Проверка производится в следующей последовательности:

• Снимаем крышку трамблера, отсоединяем колодку и контакты самого распределителя;
• Тестер подсоединяют к клеммам 1 и 3. После активации зажигания на дисплее должно появиться значение в пределах 10-12 вольт;
• По такой же схеме к распределителю подсоединяется лампочка с резистором. Если полярность правильная, контролька засветится;
• После этого провод с третьей клеммы подсоединяется на вторую. Затем помощник при помощи стартера проворачивает мотор;
• Моргающая лампочка свидетельствует об исправном датчике. В противном случае его необходимо заменить.

Создание имитации контроллера Холла

Этот метод позволяет диагностировать датчик холла при отсутствии искры. Планка с контактами отключается от трамблера. Активируется зажигание. Небольшой проволокой выходные контакты датчика соединяются между собой. Это своеобразный имитатор датчика холла, который создал импульс. Если при этом на центральном кабеле образовалась искра, значит, датчик вышел из строя, и он нуждается в замене.

Диагностика

Датчик Холла проверяется:

1. Посредством вольтметра.
2. С использованием отвёртки с крестовой насадкой.
3. С контрольной лампой.
4. Куском провода.

Диагностика с помощью МД-1

Устройство можно проверить несколькими способами:

• самый простой – предварительно заменить ДХ. И если исчезли вышеперечисленные признаки – требуется замена «родного»;
• измерение выходного напряжения тестером – устройство должно показывать скачки напряжения в диапазоне 0,4-11 В;
• имитация работы узла. С трамблера изымается колодка с тремя штекерами, включается зажигание, отрезок провода соединяется с 3/6 выходами колодки. Образование искры говорит о том, что устройство нужно менять.

Быстрой способ проверки. Датчик Холла можно проверить, не прибегая к полному его демонтажу. Для этого необходимо:

1. Снять узел с трамблера (демонтаж с пластина не обязателен);
2. колодки оставить подключенными;
3. расположить центральный провод катушки зажигания возле «массы»;
4. включить зажигание;
5. провести между контактов (датчик Холла) металлическим предметом, при этом нужно сделать так, что предмет вышел за пределы контактов – поступательное движение вверх;
6. если при манипуляции металлических предметом на конце провода возникает искра – датчик Холла исправен.

Устранение неисправностей

Если есть желание отремонтировать датчик холла своими руками, в первую очередь потребуется приобрести так называемый логический компонент. Подобрать его можно в соответствии с моделью и типом датчика.