Что такое датчик холла в автомобиле
Как проверить датчик Холла в автомобиле
Любой современный автомобиль «напичкан» самыми различными датчиками. Сигналы от них поступают на электронный блок управления (ЭБУ), бортовой компьютер или непосредственно на приборную панель. В данной статье речь пойдет о датчике Холла, его использовании в автомобиле и способах самостоятельной проверки работоспособности этого сенсора.
Принцип работы
Принцип эффекта Холла (он получил свое название в честь ученого, впервые обнаружившего его еще во второй половине XVIII века):
Многие датчики в автомобилях работают именно на основе вышеописанного эффекта Холла. Естественно, напряжение на полупроводниковой пластинке минимально и его недостаточно для непосредственной подачи на бортовой компьютер. Современные технологии позволили создать на основе эффекта чип, состоящий из нескольких функциональных устройств:
В результате при изменении интенсивности магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую пластинку, на выходе устройства получают «понятные» бортовому компьютеру нули и единицы.
Технологически современные сенсоры Холла представляют собой микросхему с тремя выводами для:
Применение в автомобиле
В современных автомобилях датчики Холла находят довольно широкое применение. Их используют:
Датчик Холла в системе зажигания
В современных бесконтактных системах зажигания вместо механического размыкателя применяют датчик Холла. Сам сенсор установлен на корпусе трамблера и имеет специальную прорезь, с одной стороны которой установлен постоянный магнит, с другой – микросхема с чувствительным элементом. На оси прерывателя закреплена металлическая коронка с прямоугольными зубцами и прорезями (в соответствии с количеством цилиндров двигателя). Сам принцип работы достаточно прост. При вращении ротора распределителя металлические зубцы коронки проходят через зазор датчика Холла.
Для информации! Существуют датчики (в зависимости от марки автомобиля и прошивки его «мозгов»), алгоритм работы которых выглядит с точностью «до наоборот» (по сравнению с вышеописанным).
Как проверить самостоятельно
Вполне стандартная ситуация: двигатель плохо заводится, работает нестабильно или периодически глохнет. Описанные симптомы вполне могут быть вызваны неисправностью датчика Холла, установленного в распределителе зажигания. Как проверить его работоспособность? Наиболее правильно (с технической точки зрения) осуществлять это с помощью осциллографа. Однако, такой дорогостоящий измерительный прибор редко встречается «в хозяйстве» автолюбителя. А, вот стандартный мультиметр есть, практически, у всех. Именно с помощью него можно довольно легко проверить работоспособность сенсора. Для этого сначала собираем схему:
Если у вас нет мультиметра, то вместо него можно использовать светодиод (рассчитанный на прямое напряжение около 12 В и стоимостью порядка 10÷12 рублей), чтобы проверить датчик по аналогичному алгоритму.
На заметку! В качестве источника питания можно использовать регулируемый лабораторный блок или, в крайнем случае, батарейку типа «Крона» напряжением 9 В.
Проверка датчика положения коленчатого и распределительного вала
Датчики положения распределительного и коленчатого вала, основанные на эффекте Холла работают несколько иначе (по сравнению с сенсорами, которые устанавливают в распределители бесконтактных систем зажигания).
Проверку сенсора положения (или как его еще называют датчика фаз) можно также осуществить самостоятельно. Подробности вы узнаете из представленного ниже видео:
Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить
Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.
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).
В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла 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.
Типы и сфера применения
Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:
Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:
Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.
Пример использования аналогового элемента
Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.
Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла
Обозначения:
Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I
Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля
Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.
Рис. 5. Принцип устройства СБЗ
Обозначения:
Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:
Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.
Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110
Проявление неисправности и возможные причины
Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:
Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:
Как проверить работоспособность датчика Холла?
Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:
Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.
На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.
Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.
Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ
Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:
Датчик Холла от А до Я
Систему зажигания по степени важности для автомобиля трудно сравнить с силовым агрегатом. Но можно однозначно утверждать, что существенная часть проблем, если не сказать большинство, связанных с неудачными или проблемными пусками двигателя, вызваны именно из-за неисправностей системы зажигания. Её работа контролируется несколькими разновидностями датчиков. Сегодня мы познакомимся с одним из них – датчиком Холла. Узнаем, для чего он нужен, какие функции выполняет, как устроен и в каких случаях выходит из строя. Словом, информации будет вполне достаточно, чтобы уметь самостоятельно диагностировать это устройство и выполнить в случае необходимости ремонт датчика или его замену.
Функции датчика Холла в автомобиле
Как ни странно, но это единственный датчик, устанавливаемый в современном транспортном средстве, название которого содержит
Данный датчик единственный в автомобиле, который имеет имя собственное. Эдвин Холл – известный американский физик второй половины XIX столетия Он назван в честь известного американского физика Эдвина Холла, который и стал первым учёным, исследовавшим особенности поведения полупроводниковых материалов при взаимодействии с магнитным полем.
Строго говоря, датчик Холла отвечает за фиксацию магнитного поля. Делается это следующим образом: полупроводник в виде плоской пластины размещается в зоне действия магнитного поля. Когда на него подаётся напряжение, ток под воздействием силовых линий магнитного поля смещается к одному из краёв пластины, создавая разницу потенциалов, которую можно фиксировать.
Если говорить об автомобильном ДХ, то здесь он используется как ключ или реле. В трамблёре имеется магнит, который в момент пуска двигателя начинает вращаться, взаимодействуя с датчиком. Последний улавливает магнитное поле и подаёт электрический импульс, провоцирующий формирование искры зажигания.
Таким образом, ДХ является обязательным элементом системы зажигания. Но в некоторых случаях его используют и для других целей: в цифровых спидометрах/тахометрах, для контроля функционирования АБС, для проверки характеристик передаточных колёс и т. д.
Отличительной особенностью датчика Холла является простота конструкции и, соответственного, высокая надёжность устройства. Он практически не подвержен износу, а все его неисправности обычно происходят из-за загрязнения или внешнего механического воздействия. Как правило, ДХ устанавливают таким образом, чтобы его можно было легко демонтировать и поставить на место.
Принцип работы датчика Холла
Хотя сам эффект Холла был открыт и запатентован ещё в 1879 году, пошло более 70 лет, прежде чем устройства, работающие по данному принципу, начали производить промышленным способом, чему в немалой степени способствовали революционные открытия в сфере полупроводников, случившиеся в середине прошлого века.
Первые микросхемы, хотя и отличались достаточно большими размерами и несовершенными техническими характеристиками, оказались достаточно надёжными и нашли применение в генераторах, названных именем американского физика. По мере миниатюризации электронных компонентов появились действительно компактные датчики аналогового или цифрового способа действия. При этом принцип действия датчика Холла может быть линейным (так работают приборы, измеряющие ток, расход технической жидкости, силу вибрации) и логическим (измерение частоты вращения, количества импульсов, датчики приближения).
Мало кто знает, но даже в приводе CD/DVD дисков, работающих в составе компьютерной, видео- или аудиотехники, присутствует устройство, измеряющее ЭДС по методу Холла.
Но наибольшее распространение ДХ получил именно в автомобилестроении, где он используется для измерения положения коленвала/распредвала, в качестве инициатора искры зажигания в бесконтактных электронных системах зажигания. Это устройство умеет считывать необходимую информацию и передавать полученные данные в контроллер, ЭБУ или непосредственно на исполнительное устройство, что и обеспечивает нормальное функционирование той или иной системы автомобиля.
В качестве примера того, как работает датчик Холла, можно привести систему воспламенения рабочей смеси. В данном случае вращение зубчатого колеса распредвала инициирует возникновение разности потенциалов, фиксируемых датчиком, который посылает соответствующий сигнал в бортовой компьютер, который на основании этой информации определяет время возгорания ТВС в камере сгорания. Если силовой агрегат автомобиля оснащён системой, обеспечивающей автоматическое изменение фаз, управляющий контроллер располагают непосредственно на клапанах распредвала.
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.
Устройство ДХ
Мы уже отмечали, что в автомобиле датчики, работающие по принципу, изобретённому почти полтора столетия назад, могут использоваться в самых разных целях, но при этом обязательной компонентой он является только в системе зажигания.
Поэтому имеет смысл описать устройство датчика Холла именно этого типа. Он состоит из:
Несмотря на относительное большое количество компонентов, такой датчик обладает целым рядом неоспоримых достоинств:
Однако есть у ДХ и недостатки. Главный из них заключается в низкой чувствительности прибора, на который могут оказывать существенное влияние внешние электромагнитные помехи, формируемые в бортовой электросхеме автомобиля в результате работы большого количество электронных/электрических устройств и приборов.
Более высокая стоимость датчика Холла по сравнению с аналогами магнитоэлектрического типа действия нивелируется простотой крупномасштабного производства. Что касается надёжности, то уязвимость ДХ заключается в слабой защищенности от электрических наводок, но зато в нём отсутствуют или сведены к минимуму механические компоненты, подверженные быстрому износу.
Возможные неисправности
Хотя датчик Холла относится к одним из самых надёжных устройств подобного типа, он всё же подвержен поломкам – ничто в природе не вечно, даже атомы. Но следует отличать полную неработоспособность (в этом случае мы просто не сумеем запустить мотор) и частичную, когда возникают определённые трудности с запуском и эксплуатацией силового агрегата. Как же определить, что ДХ неисправен? Об этом можно судить по следующим симптомам:
Отметим, что перечисленные признаки неисправности датчика Холла не являются аутентичными, и это характерно практически для любого нештатного поведения автомобиля. Другими словами, каждая из вышеназванных неисправностей может свидетельствовать о проблемах с нашим датчиком, но вовсе необязательно – такая же симптоматика наблюдается и при поломке целого ряда других узлов и деталей автомобиля. Поэтому так важно уметь диагностировать этот важный для системы зажигания прибор, что является достаточно трудоёмкой и нетривиальной задачей.
Устранение неисправностей
В принципе датчик Холла редко ломается, но если это происходит, автопроизводители советуют просто заменить его на новый. Но поскольку стоимость прибора немаленькая, особенно если речь идёт об иномарке (а здесь работает следующее правило: чем престижнее автомобиль, тем дороже запчасти к нему), то многие автовладельцы отдают предпочтение самостоятельному ремонту. В принципе конструкция датчика относительно проста, поэтому особых сложностей при его реставрации возникнуть не должно.
В качестве примера рассмотрим алгоритм проведения ремонта ДХ, устанавливаемого на некоторые модели Volkswagen. Обычно наиболее подверженной поломкам является логический элемент микросхемы, маркируемый последовательностью символов S441А. Собственно говоря, он и является сердцем датчика, регистрирующим отклонения в напряжении на рабочих пластинах. Наша задача – заменить его, для чего предстоит выполнить следующие действия:
В принципе точно таким же образом можно восстановить работоспособность датчика Холла на других марках авто, поскольку принципиально они все схожи мех собой – различия могут заключаться только в геометрии компонентов прибора.
В некоторых случаях (например, механическая поломка) ДХ ремонту не подлежит, и тогда придётся приобретать новую запчасть и производить замену датчика целиком. Это несложная операция, которая под силу даже начинающим автомобилистам. Приводим алгоритм процедуры:
Опять же, описанный алгоритм пригоден для большинства марок/моделей авто, за редким исключением.
Проверка работоспособности ДХ
В отличие от механических деталей автомобиля, неисправность которых зачастую определяется чисто визуально, с датчиком Холла такой фокус не проходит. Разумеется, если он подвергался ощутимому механическому воздействию (например, при ремонте трамблёра), то на его пластиковом корпусе останутся следы ударов, и это будет веской причиной для проверки работоспособности датчика. Точно так же, как и при осмотре проводки и выявлении проблемных мест (оголения изоляции, подгорания контактов и т. д.).
Поводом для таких действий могут стать и другие появившиеся в работе силового агрегата симптомы:
Если вы не дружите с техникой и никогда ранее не работали с электроизмерительными приборами, лучше всего обратиться к специалистам ближайшего автосервиса, которые проверят датчик Холла с помощью осциллографа, позволяющего вывить самые незначительные отклонения в работе устройства.
Но в принципе проверку датчика Холла мультиметром можно осуществить и самостоятельно, причём существует несколько способов выполнения этой процедуры.
Разумеется, самый кардинальный из них – установить заведомо рабочий датчик и проверить его в работе. Конечно, этот метод применим при наличии хорошего друга, готового предоставить вам на некоторое время своё устройство. Но если такая возможность имеется, то это самый простой способ удостовериться в жизнеспособности ДХ.
Если таковых добровольцев найти не удалось, стоит попробовать другой способ, для которого нам потребуется тестер. На работающем моторе необходимо проверить напряжение на выходе датчике, которое должно находиться в диапазоне 0.5-11.0 В. Если это не так – при бор неисправен и подлежит ремонту или замене.
Наконец, проверить функционирование ДХ можно посредством использования так называемого метода имитации. Он заключается в отсоединении от датчика колодки, включения зажигания (без запуска мотора!) и соединении шестого и третьего выхода. Проскакивание искры будет свидетельствовать о том, что устройство работает не в штатном режиме, то есть неисправно.
Рассмотрим ещё один способ, как проверить датчик Холла, также не требующий наличия вольтметра/тестера:
О несложном тестировании датчика мы уже говорили. Напомним, речь идёт о проверке наличия электропитания на устройстве, требующем соединения в одну электрическую цепь обычного светодиода и резистора номиналом 1-2 кОм. В этом случае датчик отключаем от штекерной коробки, присоединяя один конец собранной цепи в клемме №1, а второй – к 3-ей клемме с последующим включением зажигания. При наличии вольтметра достаточно было бы измерить напряжение на ножках прибора, но в нашем случае тестер отсутствует, поэтому загорание светодиода будет свидетельствовать о том, что с питающим напряжением всё в порядке. Но если светодиод не загорелся – это может означать, что мы просто перепутали полярность подключения (а это для полупроводниковых устройств важно). Меняем полярность и снова включаем зажигание. Если и в этом случае лампочка не подаёт признаков жизни – значит, продолжаем наш эксперимент.
Для этого оставляем первую клемму в таком же положении, а провод с третьего контакта перебрасываем на второй. Проворачиваем распредвал (например, стартером, хотя можно и вручную любым удобным способом) и наблюдаем, как на это реагирует наш светодиод. Если при включённом зажигании он моргает с высокой частотой – датчик Холла исправен и не нуждается в замене. В противном случае потребуется более тщательная диагностика прибора, выполняемая на осциллографе. Скорее всего, у вас такого измерительного прибора нет, поэтому остаётся либо показать датчик специалисту, либо не заморачиваться и сразу приобретать новый.
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?
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:
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:
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
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.