Проверка датчика Холла и его замена

Проверка датчика Холла и его замена

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

В конце статьи смотрите видео-инструкцию по самостоятельной замене Датчика Холла.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U_холла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Как проверить датчик Холла в трамблере?

Распространённый способ проверки — имитирование наличия датчика. Это самый эффективный способ. Он подходит при наличии электричества на узлах системы зажигания и при полном отсутствии искры.

Для проверки с трамблера демонтируем колодку для подключения штекеров. Потом активируем зажигание машины и при помощи небольших кусочков проволоки замыкаем выходы 2 и 3. Если есть искра на среднем проводе катушки зажигания, значит, датчик приказал долго жить. Для выявления образования искры высоковольтную проводку располагаем рядом с массой.

Прозвонить мультиметром

Надо замерить напряжение, которое сформировалось на выходе контроллера. При исправности прибора напряжение будет в пределах 20 вольт.

Прежде всего придется вынуть чехольчик с колодки, подведенной к трамблеру. Далее действуем так:

• демонтируем основной экранированный провод с распределителя;
• подсоединяем его к массе (для предотвращения риска случайного появления разряда);
• активируем зажигание;
• снимаем распределительную колодку;
• мультиметр ставим в положение ПТ 20 В;
• минусовой щуп присоединяем к массе;
• плюсовой нам потребуется для замера напряжения.

На трамблерной колодке 3 разноцветных провода. На красном напряжение должно быть в районе 12 В. Такое же значение — норма и для зеленого провода. А вот на белом оно должно равняться нулю. Если прибор в звуковом режиме, при касании щупом белого провода появится звон. Это свидетельство нормального соединения провода с массой.

Так мы убедились в наличии всех импульсов на ДХ. Теперь берем приготовленные заранее небольшие гвоздики и вставляем их: один — в зеленый (средний) провод, другой — в белый (масса). Колодку монтируем в трамблер. Гвоздики выполняют роль проводников. Дело в том, что с другой стороны колодки контактная база отсутствует, а оголять проводку нельзя. Плюсовой щуп подносим к среднему проводу, минус — к массе. Прибор должен показывать 11.2 В (примерное значение). Проворачиваем коленвал. Если в нижней точке показания будут соответствовать 0,02 В, а в верхней 11,8 В — это норма. Значительные отклонения от этих показаний говорят о проблеме.

Другие способы

Если симптомы неисправности датчика Холла не убедили вас, что проблема именно в нем, можно попробовать измерить сопротивление на датчике. Здесь самому придется выступить в роли конструктора и сделать прибор, составляющие детали которого:

• резистор в 1 кОм;
• светодиод;
• проводка.

К одной ножке светодиода паяем сопротивление, к нему — 2 проводка. Длину проводков выбираем самостоятельно — так, чтобы было удобнее работать. Демонтируем крышку распределителя, отключаем штекерный узел и трамблер. Затем диагностируем электроцепь. Для этого вольтметр подсоединяем к 1 и 3 клеммам, активируем зажигание авто. Если узел работает правильно, на экране появится значение — 10-12 вольт.

Затем сделанный для измерения прибор подсоединяем к тем же клеммам. Светодиод обязательно загорится при верном выборе полярности. Если этого не происходит, провода надо поменять местами. Дальше действуем так:

• подключенный к первой клемме провод оставляем в покое;
• третью клемму перебрасываем на вторую;
• прокручиваем распредвал (вручную или при помощи стартера).

Принцип прост: если при прокручивании вала светодиод мигает — значит, все работает и сенсор в порядке. Проверка датчиков на разных моделях машин производится по одной схеме.

Также можно попросить знакомых одолжить устройство, которое является заведомо рабочим. Обратитесь к автолюбителям, на машинах которых стоят идентичные сенсоры. Если проблемы пропали, это означает, что ДХ на вашем автомобиле неисправен.

Содержание

Датчики Холла часто используются в качестве магнитометров, то есть для измерения магнитных полей или проверки материалов (например, труб или трубопроводов) с использованием принципов рассеяния магнитного потока.

Устройства использующие эффект Холла производят очень низкий уровень сигнала и, следовательно, требуют усиления. Хотя ламповые усилители первой половины 20-го века подходили для лабораторных приборов, они были слишком дорогими, энергоёмкими и ненадёжными для повседневного использования. Только с разработкой недорогой интегральной схемы датчик на эффекте Холла стал пригодным для массового применения. Многие устройства, которые сейчас продаются как датчики на эффекте Холла, фактически содержат как датчик, как описано выше, так и усилитель на интегральной схеме (IC) с высоким коэффициентом усиления в одном корпусе. Последние достижения позволили добавить в один пакет аналого-цифровой преобразователь и I²C (протокол связи между интегральными схемами) для прямого подключения к порту ввода-вывода микроконтроллера.

Преимущества перед другими методами [ править | править код ]

Устройства на эффекте Холла (при надлежащей упаковке) невосприимчивы к пыли, грязи и воде. Эти характеристики делают устройства на эффекте Холла лучше для определения положения, чем альтернативные средства, такие как оптические и электромеханические измерения.

Когда электроны проходят через проводник, создаётся магнитное поле. Таким образом, можно создать бесконтактный датчик тока. Устройство имеет три терминала. Напряжение датчика прикладывается к двум клеммам, а третий обеспечивает напряжение, пропорциональное измеряемому току. Это даёт несколько преимуществ: никакого дополнительного сопротивления (шунта, необходимого для наиболее распространенного метода измерения тока) не требуется в первичной цепи. Кроме того, напряжение, присутствующее в линии, которое должно быть измерено, не передаётся на датчик, что повышает безопасность измерительного оборудования.

Недостатки по сравнению с другими методами [ править | править код ]

Магнитный поток из окружающей среды (например, других проводов) может уменьшать или увеличивать поле, которое датчик Холла намеревается измерить, делая результаты неточными.

Способы измерения механических положений в электромагнитной системе, такой как бесщёточный двигатель постоянного тока, включают (1) эффект Холла, (2) оптический датчик положения (например, абсолютные и инкрементальные датчики) и (3) индуцированное напряжение путём перемещения металлического сердечника, вставленного в трансформатор. Когда эффект Холла сравнивают с фоточувствительными методами, с Холлом труднее получить абсолютное значение. Холловские измерения также чувствительно к паразитным магнитным полям.

Современные приложения [ править | править код ]

Датчики на эффекте Холла доступны от ряда различных производителей и могут использоваться в различных датчиках, таких как датчики скорости вращения (велосипедные колеса, зубья шестерен, автомобильные спидометры, электронные системы зажигания), датчики потока жидкости, датчики тока и датчики давления. Обычные приложения часто встречаются там, где требуется прочный и бесконтактный переключатель или потенциометр. К ним относятся: электрические пистолеты для страйкбола, триггеры электропневматических ружей для пейнтбола, регуляторы скорости картинга, смартфоны и некоторые системы глобального позиционирования.

Преобразователь тока с ферритовым тороидом на эффекте Холла [ править | править код ]

Датчики Холла могут легко обнаруживать паразитные магнитные поля, в том числе магнитные поля Земли, поэтому они хорошо работают в качестве электронных компасов: но это также означает, что такие паразитные поля могут препятствовать точным измерениям малых магнитных полей. Чтобы решить эту проблему, датчики Холла часто интегрируют с каким-либо магнитным экраном. Например, датчик Холла, интегрированный в ферритовое кольцо (как показано), может уменьшить обнаружение полей рассеяния в 100 раз или лучше (поскольку внешние магнитные поля компенсируются в кольце, не давая остаточного магнитного потока). Эта конфигурация также обеспечивает улучшение отношения сигнал/шум и эффекты дрейфа более чем в 20 раз по сравнению с устройством Холла без покрытия.

Диапазон данного сквозного датчика может быть расширен вверх и вниз с помощью соответствующей проводки. Чтобы расширить диапазон до более низких токов, можно сделать несколько витков токоведущего провода через отверстие, каждый поворот добавляя к выходному сигналу датчика одно и то же количество; при установке датчика на печатную плату повороты могут осуществляться скобами на плате. Чтобы расширить диапазон до более высоких токов, можно использовать делитель тока. Делитель разделяет ток по двум проводам разной ширины, и более тонкий провод, по которому проходит меньшая часть общего тока, проходит через датчик.

Датчик с разъёмным кольцом [ править | править код ]

Кольцевой датчик Холла используется в токоизмерительных клещах. Измерительный прибор закрепляется на линии, что позволяет использовать прибор в испытательном оборудовании. При использовании в стационарной установке такой метод позволяет проверять электрический ток без демонтажа существующей цепи.

Аналоговое умножение [ править | править код ]

Выходной сигнал пропорционален приложенному магнитному полю и приложенному напряжению датчика. Если магнитное поле прикладывается соленоидом, выходной сигнал датчика пропорционален произведению тока через соленоид и напряжения датчика. Поскольку большинство приложений, требующих вычислений, в настоящее время выполняются небольшими цифровыми компьютерами, оставшееся полезное приложение — измерение мощности в одном устройстве с эффектом Холла, которое объединяет измерение тока с измерением напряжения.

Измерение мощности [ править | править код ]

Измеряя ток, подаваемый на нагрузку, и используя приложенное к устройству напряжение можно определить мощность, рассеиваемую устройством.

Определение положения и движения [ править | править код ]

Устройства на эффекте Холла, используемые в датчиках движения и переключателей ограничения движения, могут обеспечить повышенную надёжность в экстремальных условиях. Поскольку внутри датчика или магнита нет движущихся частей, типичный ожидаемый срок службы увеличивается по сравнению с традиционными электромеханическими переключателями. Кроме того, датчик и магнит могут быть заключены в соответствующий защитный материал. Это приложение используется в вентильном электродвигателе постоянного тока.

Датчики на эффекте Холла, прикреплённые к механическим датчикам, которые имеют намагниченные индикаторные иглы, могут преобразовывать физическое положение или ориентацию стрелки механического индикатора в электрический сигнал, который может использоваться электронными индикаторами, элементами управления или устройствами связи [3] .

Автомобильное зажигание и впрыск топлива [ править | править код ]

Обычно используемый в распределителях для определения угла опережения зажигания и в некоторых типах датчиков положения коленчатого вала и распределительного вала для определения времени импульса впрыска, измерения скорости и так далее. Датчик на эффекте Холла используется как прямая замена механических точек прерывания, используемых в более ранних автомобильных приложениях. Его использование в качестве устройства регулировки угла опережения зажигания в распределителях различных типов заключается в следующем. Стационарный постоянный магнит и полупроводниковая микросхема с эффектом Холла установлены рядом друг с другом и разделены воздушным зазором, образуя датчик Холла. Металлический ротор, состоящий из окон и выступов, установлен на валу и расположен так, что во время вращения вала окна и выступы проходят через воздушный зазор между постоянным магнитом и полупроводниковым кристаллом Холла. Это эффективно экранирует и подвергает чип Холла воздействию поля постоянного магнита в зависимости от того, проходит ли язычок или окно через датчик Холла. Для определения угла опережения зажигания металлический ротор будет иметь ряд выступов и окон одинакового размера, соответствующих количеству цилиндров двигателя. Это даёт однородный выходной сигнал прямоугольной формы, поскольку время включения и выключения (экранирование и экспонирование) одинаково. Этот сигнал используется компьютером двигателя или ЭБУ для управления моментом зажигания. Многие автомобильные датчики на эффекте Холла имеют встроенный внутренний NPN-транзистор с открытым коллектором и заземлённым эмиттером, что означает, что вместо напряжения, создаваемого на выходном проводе сигнала датчика Холла, транзистор включается, обеспечивая цепь для заземления через сигнальный выходной провод.

Определение скорости вращения колеса [ править | править код ]

Важное применение датчика Холла нашлось антиблокировочных тормозных системах. Принципы работы таких систем были расширены и уточнены, чтобы предложить больше возможностей, чем функция противоскольжения. Теперь они обеспечивают расширенные улучшения управляемости автомобиля.

Управление электродвигателем [ править | править код ]

Некоторые типы вентильных электродвигателей постоянного тока используют датчики эффекта Холла для определения положения ротора и передачи этой информации на контроллер двигателя. Это позволяет повысить точность управления двигателем.

Промышленное применение [ править | править код ]

Приложения для измерения эффекта Холла также распространились на промышленные приложения, которые теперь используют джойстики на эффекте Холла для управления гидравлическими клапанами, заменяя традиционные механические рычаги бесконтактным датчиком. К таким приложениям относятся карьерные самосвалы, экскаваторы-погрузчики, краны, экскаваторы, ножничные подъемники и так далее.

Как проверить датчика Холла на работоспособность

Для проверки датчика можно собрать несложную схему, для которой, кроме самого датчика, понадобятся:

• источник питания на нужное напряжение; сопротивлением около 1 кОм;
• светодиод;
• магнит.

Если светодиода нет, то вместо него (и токоограничивающего резистора) можно использовать мультиметр (цифровой или стрелочный) в режиме измерения напряжения.

К источнику питания особых требований не предъявляется – токи в схеме совсем небольшие. Его напряжение должно быть в пределах напряжения питания проверяемого датчика. Светодиод подключается анодом к плюсу источника напряжения, катодом к выходу проверяемого устройства, так как датчик обычно выполняется с открытым коллектором (но лучше проверить по даташиту).

Порядок проверки зависит от типа тестируемого устройства.

1. Чтобы проверить униполярный цифровой датчик, надо поднести к нему магнит одним полюсом. Светодиод должен загореться (отклониться стрелка стрелочного вольтметра или измениться скачком показания цифрового тестера). При удалении магнита на значительное расстояние схема должна прийти в исходное положение. Если датчик не сработал, надо перевернуть магнит другим полюсом и повторить процедуру. Если светодиод вспыхнул, значит, датчик исправен. Если успеха добиться не удалось ни в одном положении магнита, устройство к работе непригодно.
2. Биполярный цифровой датчик проверяется по похожей методике, только светодиод загорается при одном положении магнита, и не гаснет при удалении источника магнитного поля. На дальнейшие манипуляции тем же полюсом схема реагировать не должна. Если перевернуть магнит и поднести его к датчику в противоположной полярности, то светодиод должен погаснуть. Это говорит об исправности проверяемого устройства. Если схема работает не так, значит, датчик вышел из строя.
3. Омниполярный цифровой датчик Холла проверяется таким же образом, как и униполярный, но срабатывать магниточувствительное устройство должно при любом положении магнита.

Аналоговые датчики проверяются по той же методике, что и цифровые, но напряжение на выходе должно меняться не скачком, а плавно по мере возрастания магнитной силы (например, приближения постоянного магнита или увеличения тока в обмотке электромагнита).

С практической стороны интересен вопрос, как проверить датчик Холла, установленный в системе бесконтактного зажигания автомобиля. Для этого надо снять разъем с датчика и собрать указанную схему прямо на штырьках.

Здесь также светодиод можно заменить мультиметром. Проворачивая коленвал автомобиля вручную, можно наблюдать периодические вспышки LED или изменения выходного напряжения от нуля до приблизительно напряжения бортсети авто. Альтернативный способ проверки в гаражных условиях – временная замена устройства на заведомо исправный запасной датчик.

Датчик Холла нашел широкое применение в бытовой и промышленной технике. Проверить его на исправность несложно, если есть понимание принципа его работы.

Что такое герконовый датчик и где он применяется?

Что такое термистор, их разновидности, принцип работы и способы проверки на работоспособность

Что такое компаратор напряжения и для чего он нужен

Как работает микросхема TL431, схемы включения, описание характеристик и проверка на работоспособность

Как подключить и настроить датчик движения для управления освещением: электрические схемы подключения и настройка датчика

2 Схема подключения модуля с датчиком Холла к Arduino

Модуль с датчиком Холла содержит следующие компоненты: подстроечный резистор, двухканальный компаратор, несколько согласующих резисторов, пару светодиодов и собственно, сам датчик Холла 49E.

Модуль с датчиком Холла 49E

Подстроечный резистор служит для настройки чувствительности датчика Холла. Первый светодиод сигнализирует о наличии напряжения питания на модуле, второй – о превышении магнитным полем установленного порога срабатывания.

Модуль с датчиком имеет 4 вывода. Назначение выводов приведено в таблице. В третьем столбце таблицы – соответствующий вывод платы Arduino, к которому будет подключаться модуль.

Вот как будет выглядеть модуль с датчиком Холла, подключённый к плате Arduino Nano:

Подключение модуля с датчиком Холла к Arduino Nano

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

• датчики тока
• тахометры
• датчики вибрации
• детекторы ферромагнетиков
• датчики угла поворота
• бесконтактные потенциометры
• бесколлекторные двигатели постоянного тока
• датчики расхода
• датчики положения

Применение цифровых датчиков

• датчики частоты вращения
• устройства синхронизации
• датчики систем зажигания автомобилей
• датчики положения
• счетчики импульсов
• датчики положения клапанов
• блокировка дверей
• измерители расхода
• бесконтактные реле
• детекторы приближения
• датчики бумаги (в принтерах)