8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Датчик холла для чего нужен


принцип работы, как проверить своими руками, применение

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).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

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:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Внешний вид цифрового датчика Холла

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:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

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.

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:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

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:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

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.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ
  1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

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:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Датчик Холла или распредвала — это такое устройство, которое отвечает за образование искры для запуска двигателя. От его рабочего состояния зависит бесперебойное функционирование двигателя авто.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Для чего нужен датчик Хола в автомобиле?

Прибор используется вместо контактных элементов и может применяться для слежения за величиной тока нагрузки. Благодаря этому датчику выполняется деактивация двигателя при появлении токовых перегрузок в бортовой сети. Если контроллер перегревается, производится включение температурной защиты.

Принцип работы

Скачки напряжения в электросети мотора могут иметь последствия для датчика. Поэтому современные устройства дополнительно комплектуются диодными элементами, которые препятствуют обратной активации напряжения. Принцип действия приспособления основан на эффекте Холла. Поперечная разность потенциалов образуется при перемещении одного из проводников в магнитное поле. Данный эффект достигается благодаря тому, что токи проходят через клеммные элементы пластины, которая находится в самом поле, с полупроводником.

Когда работает двигатель и вал силового агрегата вращается, стальные лопасти ходят по специальным прорезям, установленным внутри корпуса. Это способствует подаче электрического сигнала на коммутаторное устройство. В результате узел открывает транзисторный элемент и подает напряжение на катушку. Последняя выполняет процедуру преобразования низковольтного импульса в высоковольтный. Этот сигнал подается на свечи зажигания.

Подробно о принципе действия контроллера Холла рассказал канал «Радиолюбитель TV».

Где находится и как выглядит?

При необходимости замены неисправного устройства потребителю надо знать, где стоит контроллер. Он располагается в трамблере автомобиля и выполнен в корпусе в виде небольшого цилиндрического элемента. Чтобы получить доступ к устройству, необходимо разобрать распределительный узел и снять крышку, бегунок и прочие детали механизма. На наружной стороне трамблера к контроллеру Холла подключается разъем с проводкой.

Устройство

Оптический регулятор положения распределительного вала устроен так:

  • 1 — постоянное магнитное устройство;
  • 2 — лопасть роторного механизма;
  • 3 — магнитопроводы;
  • 4 — пластиковый корпус, в который заключаются все элементы устройства;
  • 5 — плата;
  • 6 — контактные выводы.

Схема приспособления контроллера Холла

Устройство комплектуется тремя контактами:

  • первый используется для подключения к массе, то есть кузову автомобиля;
  • второй необходим для подсоединения плюсового напряжения, рабочий параметр которого составляет примерно 6 вольт;
  • третий контакт предназначен для подачи с него импульса на коммутаторное устройство.

Какие могут быть неисправности?

Признаки неполадок контроллера Холла:

  1. Наблюдается резкий рост потребления топлива в системе. Это обусловлено тем, что впрыск горючей смеси в силовом агрегате происходит больше одного раза за цикл прокручивания коленвала.
  2. Мотор машины стал функционировать менее стабильно. Транспортное средство во время движения дергается, мощность двигателя может резко падать. Иногда не получается увеличить скорость машины более чем на 60 км/ч. Во время движения силовой агрегат может произвольно заглохнуть.
  3. Иногда поломка датчика Холла становится причиной фиксации рычага трансмиссии. Скорости коробки передач переключить не получается, такая особенность характерна для новых иномарок. Чтобы решить проблему, необходимо перезапустить силовой агрегат.
  4. Неисправность может проявиться в виде отсутствия искры для воспламенения горючей смеси. Из-за этого запуск мотора машины будет невозможен.
  5. Вероятны сбои в функционировании системы самодиагностики. К примеру, на контрольном щитке появляется индикатор проверки мотора, если агрегат работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, ошибка с приборной панели пропадает.

Канал «Авто-Мото» рассказал о признаках неисправности регулятора, а также других элементов системы зажигания в автомобиле.

Если сам контроллер Холла целый и рабочий, то неисправность может быть связана с такими причинами:

  1. На корпус устройства попала грязь или другие посторонние предметы.
  2. Произошло повреждение либо обрыв сигнального кабеля, по которому подключен контроллер.
  3. В колодку для соединения датчика Холла с бортовой сетью попала влага. Решить проблему можно путем просушки разъема.
  4. Произошло замыкание сигнального проводника с кузовом или электросетью транспортного средства. Для определения неисправности необходимо прозвонить устройство.
  5. Произошло повреждение экранирующей составляющей на жгуте с проводкой. Возможен обрыв отдельных кабелей.
  6. Проблема может заключаться в повреждении проводников, предназначенных для питания контроллера Холла.
  7. При подключении устройства была спутана полярность. Из-за этого датчик функционирует некорректно или вовсе не работает.
  8. Неисправности в функционировании высоковольтной цепи системы зажигания.
  9. Неполадки в функционировании управляющего модуля автомобиля.
  10. При установке контроллера был неверно выставлен люфт между самим датчиком, а также магнитопроводящей пластиной.
  11. Проблема может заключаться в повышенной амплитуде торцевого воздействия шестеренки распредвала. Требуется детальная диагностика схемы.

Дмитрий Мазницын в ролике рассказал о причинах неисправности регулятора и дал рекомендации по их устранению.

Проверка датчика

Есть несколько способов диагностики контроллера. Самый точный вариант, который позволит получить осциллограмму — воспользоваться специальным оборудованием. Осциллограф не только определит состояние контроллера, но и даст точно понять, что устройство скоро выйдет из строя. Такое оборудование есть не у каждого электрика, поэтому ниже рассмотрены более простые, но не менее эффективные варианты.

Диагностика мультиметром

Перед выполнением тестирования устройство надо настроить в режим измерения постоянного тока, рабочий диапазон должен составить 20 вольт. Также потребуется два металлических штыря. Перед проведением диагностики с разъема устройства демонтируется резиновый чехол.

Процедура предварительной проверки, позволяющей установить, что на контроллер Холла подаются необходимые сигналы, выполняется так:

  1. С распределительного узла отключается основной бронепровод. Его необходимо соединить с массой автомобиля для предотвращения случайного появления разряда. Поскольку это приведет к запуску силового агрегата при диагностике.
  2. Затем производится активация системы зажигания.
  3. Разъем отключается от распределительного механизма.
  4. На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
  5. Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
  6. Разъем, подключенный к распределительному узлу, оснащается тремя контактами — красным, зеленым и белым, но расцветка проводников может быть другой. На первом выходе величина напряжения должна составить 11,37 вольт либо около 12 В, на втором — тоже в районе этого показателя. А на последнем проводнике рабочий параметр должен составить 0 вольт.

Следующий этап диагностики:

  1. Берутся два металлических штыря, можно использовать гвозди. Один из них устанавливается в средний контакт колодки (обычно зеленый цвет), а другой подключается к массе. Его расцветка, как правило, белая. Затем сам разъем подсоединяется обратно к распределительному устройству. Штыри используются в качестве проводников тока. На обратной стороне разъема открытых контактов нет, поэтому для проверки сами кабели придется оголить, а делать это не рекомендуется.
  2. Затем зажигание активируется. Положительный контакт тестера надо подключить к штырю среднего выхода на разъеме, а отрицательный — к белому проводнику. Производится замер напряжения. Если контроллер Холла рабочий, то полученная величина должна составить около 11,2 вольт.
  3. Затем надо прокрутить коленчатый вал силового агрегата и одновременно проверить показатели, которые выдает тестер. Если значения в ходе прокручивания снизятся до 0,02 вольт и затем увеличатся до 11,8 В, то это нормально. Так и должно быть в нижнем и верхнем пределе измерений. Можно отключать тестер.

Контроллер Холла считается рабочим, если при прокручивании коленчатого вала верхний предел измерений будет не ниже 9 вольт, а нижний — не выше 0,4 В.

Канал «Автоэлектрика ВЧ» подробно показал процедуру диагностики датчика с использованием тестера и рассказал об основных особенностях этого процесса.

Проверка сопротивления

Чтобы произвести диагностику этого параметра, потребуется простое устройство, состоящее из резисторного элемента на 1 кОм, диодной лампочки, а также гибких кабелей. К ножке источника освещения надо подключать резистор, для надежной фиксации используется пайка. К этой детали подсоединяются два проводника необходимой длины, важно, чтобы они были не короткими.

Принцип проверки выглядит так:

  1. Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
  2. Выполняется диагностика исправности электроцепи. Для этого тестер надо соединить с первой и третьей клеммами, а затем активировать зажигание. Если все проводники целые, то величина напряжения на дисплее мультиметра составит от 10 до 12 вольт.
  3. Затем аналогичным образом выполняется подключение собранного прибора к тем же выходам. Когда полярность соблюдена, то диодная лампочка загорится, если нет — то кабели надо поменять местами.
  4. Потом проводник, подключенный к первому выходу, остается нетронутым. А конец третьей клеммы переключается на вторую. Выполняется прокручивание распределительного вала. Это можно сделать руками либо с использованием стартерного механизма.
  5. Если в процессе выполнения этих действия источник освещения стал моргать, то контроллер работает правильно и не нуждается в замене.

Канал Altevaa TV рассказал о способе проверки датчика с использованием обычной лампочки на примере автомобиля Фольксваген.

Создание имитации контроллера Холла

Такой вариант диагностики датчика Холла считается наиболее быстрым, но его реализация возможна при наличии питания в системе зажигания и отсутствия искры.

От распределительного механизма отключается трехконтактный разъем. Производится активация зажигания в машине и с помощью куска проводника замыкаются контакты под номерами 2 и 3, это выходы сигнала и пин. Если в результате подключения на центральном кабеле образовалась искра, это говорит о поломке контроллера Холла. При выполнении задачи высоковольтный проводник необходимо держать у массы авто.

Устранение неисправностей

Ремонт рассмотрен на примере автомобиля Фольксваген.

Для восстановления работоспособности датчик можно отремонтировать:

  1. Для возобновления работы контроллера необходимо заменить логический компонент. Для этого заранее надо приобрести устройство S441А.
  2. В центральной части корпуса датчика, как показано на фото, с помощью дрели просверливается небольшое отверстие. Для этого потребуется качественное сверло, поскольку внутри контроллера, за пластиковой частью, имеется металлический каркас.
  3. Используя канцелярский нож, необходимо срезать каждый проводник. Затем прокладываются канавки от сделанного отверстия с помощью надфиля к остаткам кабелей.
  4. Само измерительное устройство монтируется в окошко корпуса. Для диагностики используется магнит. Если приложить этот элемент к контактам, на которые заранее подключен прибор, состоящий из диодной лампочки и резистора. Такое устройство использовалось для диагностики. В результате проверки лампа должна загореться. Если этого не произошло, то надо проверить полярность.
  5. Затем делается разводка выводов по канавкам корпуса. В самом окошке необходимо оставить проводники для соединительной колодки нового контроллера. Производится пайка элементов.
  6. На завершающем этапе производится проверка выполненных действий. Для этого используется тестер. Визуально необходимо убедиться в целостности всех контактов. Если устройство рабочее, то механизм герметизируется с помощью клея или другого состава, но не пластика. Этот материал может деформироваться при работе в условиях повышенных температур.
  7. Выполняется сборка контроллера, все действия осуществляются в обратной последовательности.

Как заменить датчик своими руками?

Чтобы поменять контроллер, надо действовать так:

  1. От аккумулятора автомобиля отключаются клеммные зажимы.
  2. Производится демонтаж распределительного механизма. От устройства отсоединяется колодка с проводниками, выкручиваются болты, фиксирующие узел.
  3. Выполняется демонтаж крышки распределителя. В зависимости от модели трамблера она может фиксироваться на болтах или специальных зажимах. Элементы крепления выкручиваются и демонтируются.
  4. После снятия важно совместить риску газораспределительного устройства с отметкой на коленвале силового агрегата. Также необходимо запомнить положение распределительного узла. Перед снятием рекомендуется сделать соответствующую метку.
  5. Элементы крепления корпуса откручиваются с помощью гаечного ключа. Производится демонтаж фиксаторов, если они установлены на механизме.
  6. Из распределительного узла извлекается вал.
  7. От контроллера Холла отсоединяются зажимы с клеммами.
  8. Выполняется демонтаж датчика из посадочного места. Для проведения задачи устройство надо потянуть на себя и аккуратно извлечь. Датчик демонтируется через появившееся отверстие.
  9. Берется новый контроллер и устанавливается вместо старого. Процедура монтажа выполняется в обратной последовательности.

Видео «Последствия неправильной установки датчика Холла»

Пользователь Дядя Саша рассказал, к чему может привести неверный монтаж устройства и дал рекомендации по устранению такой проблемы.

Датчик Холла | Описание, предназначение, виды

Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру.  Но  вот что за странное название: датчик Холла?

С чего все начиналось

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток.  На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.

Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил?  Разность потенциалов на гранях А и C!  Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.

Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект  –  в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла. 

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Разработчики на этом не остановились. Как только наступила  эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

[stextbox id=’info’]

Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика.  Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.

[/stextbox]

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео,  мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

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 Холла
  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
  • 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)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически  датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.

устройство, принцип работы и назначение

Магнитные датчики Холла широко распространены в современных условиях и применяются не только в специализированных изделиях, но и в обычной бытовой технике. Большинство пользователей даже не подозревают, какие чувствительные элементы работают у них в телефоне, например, и что они могут быть установлены не только в электронной аппаратуре, но и в средствах передвижения (в автомобиле или мотоцикле). В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение датчика Холла.

Принцип действия и типы

Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана. Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.

Историческая справка

Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?

Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.

Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину.

На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения. Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности. Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.

Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

Устройство и примеры использования

Простейшая система с датчиком Холла включает в свой состав следующие элементы:

  1. Постоянный магнит (его функция – создание магнитного поля).
  2. Подвижный ротор с лопастями или зубцами.
  3. Особый стержень из магнитного материала (магнитопровод).
  4. Пластиковый корпус.

Помимо этого, техническая характеристика датчика предусматривает применение микросхем, задействованных в измерительном процессе.

Понять принцип работы этого прибора удается, если ознакомиться с подробной схемой включения датчика Холла в зоне проведения измерений. Схема подключения и суть работы сенсора может быть представлена следующим образом:

  • В зазоре, образованном половинками магнитопровода, перемещаются металлические лопасти ротора.
  • При их вращении происходит периодическое шунтирование магнитного потока.
  • Встроенной микросхемой предусмотрено определение нулевого показателя индукции (в эти моменты напряжение на ее выходе максимально).
  • По частоте таких всплесков, подсчитываемой той же микросхемой, судят о скорости вращения контролируемого объекта (двигательного вала в мотоцикле, например).

Чтобы этот процесс протекал нормально – при включении сенсора в измерительную цепь должна учитываться цоколевка данного образца (она бывает разной).

Обобщая рассмотренную схему, следует предположить, что датчики этого класса способны измерять скорость вращения коленвала любого движущегося средства. Универсальность сенсора, не исключающая возможности его установки в скутере, например, позволяет применять датчик Холла не только в сложных технических устройствах, но и в обычной бытовой технике.

Применение в системе зажигания и стиральных машинах

При использовании датчика Холла в системе зажигания автомобиля с его помощью удается фиксировать момент размыкания трамблера. В данном случае он работает как аналоговый преобразователь, определяющий мгновения прерывания бортового питания. На этом же принципе базируется его применение в рабочих модулях стиральной машины, что позволяет по скорости вращения барабана определять увеличение веса белья.

Датчики Холла устанавливаются и в некоторых образцах измерительной аппаратуры. Чаще всего ими комплектуются бесконтактные клещи, применяемые для измерения тока в проводниках. Встроенный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля, образующегося вокруг силового кабеля. Кроме того, он подходит для ручки газа электровелосипеда, позволяя контролировать угол ее поворота.

В бытовых условиях

В клавиатурах компьютеров эти приборы обеспечивают бесконтактный способ снятия информации. Сенсор, входящий в состав кулера бытового ПК, способен управлять полярностью обмоток ротора, то есть менять направление его вращения.

При использовании такого элемента в смартфоне, в частности, он обеспечивает выключение устройства при помещении его в чехол с «магнитной» застежкой.

Рассматривая области применения датчики Холла простыми словами можно сказать, что его использование в технической сфере практически ничем не ограничено. В электронном конструкторе Ардуино, например, имеется набор с таким датчиком, позволяющий на практике проиллюстрировать эффект Холла.

Это не единственный пример его использования в целях обучения, помогающий начинающим пользователям понять, как подключить и использовать сенсоры полевых структур.

В заключение отметим, что к недостаткам датчиков Холла относят их чувствительность к электромагнитным помехам, нередко возникающим в рабочих цепях. Кроме того, использование сложных электронных модулей в конструкции прибора в какой-то мере влияет на его надежность, несколько снижая ее. Эти минусы сенсора не рассматриваются как его дефекты, а просто учитываются при работе с аппаратурой.

Теперь вы знаете, что такое датчик Холла, как он работает и зачем нужен. Надеемся, предоставленная информация была для полезной и интересной!

Материалы по теме:

Датчик Холла - описание, схема, как проверить и заменить

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.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

  • одна соединяется с "массой",
  • ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
  • с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

  1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
  2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
  3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
  4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео.

Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

  1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо "родного". Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
  2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
  3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?

На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.

[contents]

Датчик Холла принцип работы

Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?

Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.

Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.

Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.

Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.

Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.

В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.

 

Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.

Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

  • мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
  • на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
  • при движении машина внезапно глохнет;
  • на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

  1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
  2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
  3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

 

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

 

Датчик Холла в смартфоне - что такое, для чего он нужен, принцип действия

Современный смартфон может быть настолько многофункциональным, что его владелец не всегда в курсе всех характеристик и возможностей своего аппарата. Например, вы знаете, что такое датчик Холла в смартфоне? Как он работает и для чего нужен? Предлагаем вам узнать об этой характеристике больше!

Что значит датчик Холла в смартфоне?

Мы уже в курсе, зачем гаджету модуль приближения или гироскоп. Но что такое датчик Холла в смартфоне? Это определитель положения, чье действие основано на эффекте Холла. Данный приборчик фиксирует как наличие магнитного поля, так и измеряет его напряженность.

Датчик и сам эффект назван по имени известного физика Э. Холла. Именно этот ученый установил, что при помещении в центр магнитного поля проводника-пластины, по которой идет переменный ток, в нем (поле) проявится холловское напряжение - поперечная разность потенциалов.

В описанном случае электроны в проводнике отклоняются строго перпендикулярно направлению самого магнитного поля. Отсюда их плотность на разных частях пластины будет отличной. Вот эту разность потенциалов и фиксирует измеритель.

А что такое датчик Холла в смартфоне? Это еще более простой прибор - он призван определять лишь наличие магнитного поля, не измеряя его напряженность. Кроме того, гаджет наверняка снабжён еще и магнитным датчиком, который позволяет использовать ваш смартфон в качестве компаса.

Где он применяется?

Мы с вами установили, что такое датчик Холла в смартфоне. Однако гаджеты - это не единственная сфера применения изобретения, которое также отличается возможностью бесконтактного управления каким-либо устройством.

Надо сказать, что эффект Холла был открыт сравнительно давно - в 1879 году. А впервые применили его на практике только спустя 75 лет после этого события. Полезен он оказался для автомобилей - датчик использовали для измерения угла расположения коленвала, распредвала. В более старых моделях машин датчик Холла определял момент образования искры.

Далее по пути прогресса прибор стали применять и в сложных системах:

  • бесконтактные выключатели;
  • системы, предназначенные для чтения магнитных кодов;
  • устройства, используемые для бесконтактного определения в проводниках силы тока;
  • измерители уровня жидкости;
  • ионные ракетные двигатели.

Кроме того, было выяснено, что датчик Холла способен заменять магнитоуправляемые герметичные контакты - герконы. Они имеют широкую сферу применения: микроэлектроника, охранные сигнализации, клавиатуры, лифты, наушники.

Зачем датчик Холла в смартфоне?

Мы с вами выяснили, что данный прибор определяет наличие магнитного поля. Но тогда для чего нужен датчик Холла в смартфоне сегодня? Все просто - он определяет, открыт или закрыт "умный" чехол с магнитной застежкой. Если магнит далеко (датчик "не видит" его на определенном расстоянии), то дается команда на включение дисплея. Если же застежка близко (а значит, пользователь закрыл чехол), то датчик сигнализирует системе, что экран нужно перевести в спящий режим.

Полезен этот измеритель и для бамперов для смартфонов с "окошком" на дисплее. Так, например, если вы захлопнули чехол, то датчик Холла это фиксирует. Он дает сигнал системе, что нужно транслировать на экране заставку, специально предназначенную для "оконца". Чаще всего это время, дата, важные уведомления. Убрали дверку чехла - команда от датчика на отображение на дисплее полной информации.

Другие функции в смартфонах

Взаимодействие с магнитными крышками - это самое распространенное применение датчика в современных гаджетах. Однако надо отметить, что он с успехом использовался в более ранних моделях смартфонов:

  • Функция "цифровой компас" действовала благодаря датчику Холла. И сегодня он используется навигационными приложениями для общего улучшения позиционирования и более высокой точности определения вектора движения.
  • Активация/дезактивация подсветки при открытии/закрытии устройства-"раскладушки". Здесь действие схоже с современной ситуацией с магнитными крышками чехлов.

Есть ли в моем телефоне датчик Холла?

Чтобы ответить на вопрос в подзаголовке, проще всего обратиться к характеристике вашего гаджета на официальном сайте производителя или в инструкции к девайсу. Однако не все изготовители указывают, снабжено ли конкретное устройство датчиком Холла.

Но существует простой способ проверки. Если к модели вашего смартфона выпускаются "умные" обложки или чехлы (в т. ч. и с "окошками"), имеющие магнитную застежку, то, скорее всего, в аппарате датчик Холла есть.

Среди популярных сегодня на рынке моделей этот модуль имеют следующие:

  • Lenovo Vibe S1.
  • Meizu Pro5.
  • Meizu M2 Mini.
  • LG Nexus 5X.
  • Meizu M2 Note и проч.

К сожалению, в современных смартфонах возможности датчика Холла сильно усечены. Это объясняется минимизацией толщины корпуса, желанием производителя снизить расход заряда батареи, отсутствием потребности в расширенных за счет него функциях. Сегодня задач у датчика две - взаимодействие с "умным" чехлом или обложкой и карманный компас.

Эффект Холла — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Холл.

Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через проводящий брусок в слабом магнитном поле с индукцией B{\displaystyle B} течёт электрический ток с плотностью j{\displaystyle j} под действием напряжённости E{\displaystyle E}. Магнитное поле будет отклонять носители заряда к одной из граней бруса от их движения вдоль или против электрического поля. При этом критерием малости[1] будет служить условие, что при этом носители заряда не начнут двигаться по циклоиде.

Таким образом, сила Лоренца приведёт к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска, и положительного — возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E1{\displaystyle E_{1}} не скомпенсирует силу Лоренца:

eE1=evB⇒E1=vB.{\displaystyle eE_{1}=evB\Rightarrow E_{1}=vB.}
где e{\displaystyle e} — электрический заряд электрона.

Скорость электронов v{\displaystyle v} можно выразить через плотность тока j{\displaystyle j}:

j=nev⇒v=jne,{\displaystyle j=nev\Rightarrow v={\frac {j}{ne}},}
где n{\displaystyle n} — концентрация носителей заряда. Тогда
E1=1nejB.{\displaystyle E_{1}={\frac {1}{ne}}jB.}

Коэффициент RH=1ne{\displaystyle R_{H}={\frac {1}{ne}}} пропорциональности между E1{\displaystyle E_{1}} и jB{\displaystyle jB} называется коэффициентом (или константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определить знак их заряда для большого числа металлов и полупроводников.

Несмотря на то, что носителями заряда в металлах являются электроны, имеющие отрицательный заряд, для некоторых металлов — например, таких, как свинец, цинк, железо, кобальт, вольфрам в достаточно сильном магнитном поле наблюдается положительный знак константы Холла RH{\displaystyle R_{H}}, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твёрдого тела.

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце, перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля (то есть явление, полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля), называется аномальным эффектом Холла.

Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью[2].

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квазидвумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю. Это явление, получившее название спинового эффекта Холла, было теоретически предсказано Дьяконовым и Перелем в 1971 году. Говорят о внешнем и внутреннем спиновых эффектах. Первый из них связан со спин-зависимым рассеянием, а второй — со спин-орбитальным взаимодействием.

Эдвин Холл проводил опыты в надежде обнаружить возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, но в слабых полях не зарегистрировал его. Также оно не следует из теории металлов Друде, расчёты по которой приводились выше. Однако при более строгих расчётах и в сильных полях магнетосопротивление проявляется достаточно хорошо.

Датчик Холла, используемый для измерения силы тока в проводнике. В отличие от трансформатора тока, измеряет также и постоянный ток.

Эффект Холла позволяет определить концентрацию и подвижность носителей заряда, а в некоторых случаях − тип носителей заряда (электроны или дырки) в металле или полупроводнике, что делает его достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников (см. Метод ван дер Пау).

На основе эффекта Холла работают датчики Холла — приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля. Датчики Холла получили очень большое распространение в бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли датчика положения ротора (ДПР), который реализует обратную связь по положению ротора[3] и выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.

Датчики Холла применяются:

  1. ↑ Критерий малости — внешние воздействия не разрушают присущих физической системе внутренних свойств, не осуществляют «насилия» над системой.
  2. Naoto Nagaosa, Jairo Sinova, Shigeki Onoda, A. H. MacDonald and N. P. Ong. Anomalous Hall effect (англ.) // Rev. Mod. Phys.. — 2010. — Vol. 82, iss. 2. — P. 1539—1592.
  3. ↑ Датчик Холла: применение в автомобиле (неопр.). kojieco.ru. Дата обращения 23 сентября 2019.
  • Абрикосов А. А. Основы теории металлов. — Москва: «Наука», главная редакция физико-математической литературы, 1987. — 520 с. — ISBN нет, ББК 22.37, УДК 539.21 (075.8).
  • Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. — «Мир», 1979.

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики стали незаменимой частью жизни людей. Они делают ее проще. Датчики света, звука, движения управляют разными техническими системами. Ту же функцию – управление системами выполняют датчики на основе эффекта Холла (далее ДХ – датчик Холла). Далее будет рассмотрено устройство и особенности датчика Холла, разновидности контроллера, его применение, а также принцип работы.

Описание и применение

Контроллер, в основе которого лежит действие эффекта Холла, относится к датчикам магнитного типа. Они выдают электрический сигнал в зависимости от изменения магнитного поля вокруг них.

Эффект Холла состоит в появлении напряжения в проводнике при прохождении через него электрического тока. Электрический ток меняет магнитное поле, за ним меняется индукция этого поля, в итоге создается разность потенциалов.

Регистр Холла работает следующим образом:

  • вокруг него создается магнитное поле, активирующее контроллер;
  • при внесении в поле какого-либо объекта, оно выходит за первоначальные границы; датчик этот процесс фиксирует и генерирует напряжение, пропорциональное изменению.

Напряжение называется напряжением Холла.

На основе датчика Холла собирают контроллеры приближения, движения, переключатели и другие полезные в быту и промышленности устройства.

Виды, устройство и принцип действия

Всего выделяют два вида датчиков на основе эффекта Холла. Первые – цифровые, вторые – аналоговые. Они значительно отличаются друг от друга в плане конструкции и принципа функционирования.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два устойчивых положения: ноль или единица – то есть они срабатывают при определенной величине изменения магнитного поля. В основе таких датчиков лежит устройство под названием триггер Шмитта, которое имеет два устойчивых состояния: логический ноль и логическая единица.

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

  1. Униполярные.
  2. Биполярные.
  3. Омниполярные.

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

Контроллеры подобного вида работают только в том случае, если к ним прикладывается магнитное поле положительной полярности от южного полюса. Только при этом условии происходит срабатывание и отпускание контроллера.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Их особенность состоит в том, что срабатывают они под действием поля от южного полюса, а отпускаются под действием северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих контроллеров Холла состоит в том, что они могут включаться и выключаться под действием поля от любого полюса.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговые датчики способны выдавать на выходе не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное множество. Их принцип работы основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

Конструкция этих устройств содержит элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Применение

И аналоговые (линейные), и цифровые контроллеры нашли широкое применение во всех сферах жизни.

Линейные

Из-за большого количества уровней выходного напряжения такие контроллеры часто применяют в измерительной технике.

Датчик тока

Регистр тока на ДХ сделать очень просто. Необходимо установить лишь правильный преобразователь, который из напряжения, создаваемого в результате прохождения тока через проводник, будет получать ток. Ток с напряжением связаны законом Ома.

Тахометр

Тахометр измеряет частоту вращения чего-либо. Например, вала. Сделать такое устройство на ДХ очень просто. Достаточно установить датчик рядом с вращающимся объектом, а на сам объект повесить небольшой магнит.

Как только магнит будет проходить рядом с датчиком, индукция поля будет изменятся, как и величина напряжения на выходе соответственно.

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

На основе ДХ можно сконструировать простой регистр вибрации, который будет реагировать на изменение магнитного поля в результате микроперемещений магнита, создающего поле для проводника с током.

Детектор ферромагнетиков

Ферромагнетики – магнитоактивные вещества. Они искажают магнитное поле планеты. По величине этого искажения можно определить, насколько сильный тот или иной ферромагнетик.

Как измерить это искажение? Это можно сделать с помощью ДХ. Если внести в поле магнита, создающего напряжение в проводнике, магнитный материал (ферромагнетик), то поле изменит индукцию и это повлияет на создаваемую разность потенциалов.

Датчик угла поворота

ДХ способны измерять угол вращения какого-то либо объекта. Например, если на нем установлены магнит и контроллер Холла, то по величине индукции (близости магнита к датчику) можно определить угол вращения.

Потребуется лишь правильно определить зависимость между индукцией и углом. В этом поможет университетский курс физики и механики.

Бесконтактный потенциометр

Напряжение с током связаны по закону Ома через сопротивление. Зная ток через проводник и напряжение, не сложно рассчитать подключенное к проводнику сопротивление. Этот факт позволяет строить на ДХ бесконтактные потенциометры.

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Подобные контроллеры часто применяются в бесколлекторных двигателях в качестве измерителей угла поворота.

Датчик расхода

Датчик расхода на аналоговом ДХ устроен так, что объем пропущенного через этот датчик вещества пропорционален изменению магнитной индукции поля вокруг него.

Датчик положения

Чтобы собрать датчик положения на ДХ, нужно к отслеживаемой цели подключить магнитную пластину. Когда эта пластина будет менять положение относительно магнита в ДХ, поле будет менять свой состав и по изменению индукции этого поля можно будет определить положение объекта.

Цифровые

Такие контроллеры применяются в электронике и промышленности для управления включением и выключением, например, станков с численным программным управлением, а также для регулирования работы автоматизированных систем.

Датчики

На цифровых ДХ собирают различные контроллеры, способные отслеживать изменение различных величин и реагировать на изменения.

Контроллер частоты вращения

Контроллеры Холла, измеряющие частоту вращения чего-либо, называются энкодерами. Обычно их несколько устанавливается на определенную позицию, через которую проходит несколько магнитов с вращающегося объекта.

Как только магнит пересекает первый датчик, последний выдает на выходе уровень логической единицы. С другими контроллерами аналогично. Момент появления логической единицы на одном из датчиков позволяет оценить частоту вращения объекта.

Контроллер системы зажигания авто

Система зажигания устроена таким образом, что имеет два устойчивых состояния: включено-выключено. Такие же устойчивые логические уровни имеют цифровые ДХ. Соединить эти приборы в одно устройство не составляет труда: к системе зажигания присоединяется магнитная пластина.

Когда система находится в положении «включено», пластина пересекает магнитное поле ДХ и разность потенциалов в проводнике контроллера изменяется. Этим изменением можно управлять различными системами авто.

Контроллер положения клапанов

Если к клапану подсоединить магнитную пластину, а ее расположить рядом с контроллером Холла, то при открытии (или, наоборот, закрытии) клапана индукция поля и, как следствие, напряжение в проводнике изменится, а это изменение переведет контроллер в одно из логических состояний (ноль, единица).

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

Наличие бумаги в принтере можно фиксировать точно так же, как и положение клапанов. Есть флажок, который устанавливается и пересекает поле постоянного магнита ДХ, если в принтер поступает бумага.

Устройства синхронизации

Датчики синхронизации активно применяются в автомобилестроении, где они регулируют время и объем подачи топлива, углы опережения зажигания и поворота распределительного вала, а также других показателей.

Такие датчики представляют собой намагниченный сердечник с медной обмоткой, на концах которой фиксируют разность потенциалов.

Счетчик импульсов

С помощью эффекта Холла можно считать поступающие в проводник импульсы. Импульс – сигнал высокого уровня. Соответственно, есть сигнал низкого уровня (обычно это 0). Если импульс поступает на проводник, то на его концах создается разность потенциалов под действием магнитного поля. Когда импульс пропадает, разность потенциалов тоже исчезает. По скорости появления-пропадания напряжения в проводнике можно судить о количестве импульсов: зная время и скорость можно определить количество.

Блокировка дверей

Магнит контроллера располагается на двери машины, например, а сам контроллер – на дверной коробке. Как только замок, не снятый с сигнализации, попытается кто-то открыть и потянет на себя ручку двери, подключенная система заблокирует двери и предотвратит доступ в машину. Так и работает блокировка дверей с применением ДХ.

Вместо системы блокировки дверей к датчику можно подключить сирену или другую сигнализацию.

Измеритель расхода

Расходометр на ДХ устроен таким образом, что каждое изменение магнитного потока, фиксируемое контроллером, равняется определенной порции прошедшего вещества (жидкости, например).

Бесконтактное реле

Бесконтактные реле на ДХ так устроены, что при изменении магнитной индукции поля вокруг проводника на нем меняется напряжение и это изменение разности потенциалов провоцирует переключение реле.

Детектор приближения

Контроллер приближения на цифровом ДХ аналогичен контроллеру на линейном ДХ с той лишь разницей, что цифровой выдает только два уровня сигнала – высокий и низкий – а аналоговый –бесконечное множество, то есть, например, цифровым контроллером можно только включить и выключить свет, а аналоговым включить на определенную величину, сделать свет ярче или тусклее, а потом выключить.

Какие функции выполняет в смартфоне

Когда человек подносит смартфон близко к уху, экран телефона гаснет для предотвращения случайных нажатий. Как это удалось реализовать разработчикам? При помощи цифрового датчика приближения, основанного на эффекте Холла.

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

  1. Ферритовое кольцо.
  2. Проводник для тока.
  3. Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
  4. Дифференциальный усилитель.

В кольце необходимо пропилить зазор, в котором расположится элемент Холла. Его потребуется подключить к дифференциальному усилителю, который представляет особой ОУ с отрицательной обратной связью.

Если изменение индукции – это своеобразная «ошибка», то ОУ выступает в роли усилителя ошибки, как показано на принципиальной схеме подключения на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

Вместо усилителя можно установить микроконтроллер и через ограничительный резистор подключить его к выводу микросхемы ACS 711 в режиме АЦП. Тогда к другому выводу микроконтроллера можно подключить полевой транзистор и получится генератор импульсов, который можно использовать в режиме широтно-импульсной модуляции, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

  1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
  2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
  3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

  1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
  2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Чем выше температура, тем быстрее движутся заряды в проводнике, тем чувствительнее датчик ко всем колебаниям магнитного поля.

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.

Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры. 

Содержание статьи

Как работает датчик Холла

Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.

Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.

Простейший датчик состоит из:

  • постоянного магнита;
  • лопасти ротора;
  • магнитопроводов;
  • пластикового корпуса;
  • электронной микросхемы;
  • контактов;

Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание. 

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции. 

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

  1. Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
  2. Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
  3. Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

Читайте также

Что такое датчик Холла в телефоне?

В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию. Некоторое время назад мы рассказывали об акселерометре. Сегодня поговорим о другом датчике, а именно — о датчике Холла.

Что это такое?

Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.

Вот как выглядит датчик:

Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?

Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля. В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.

Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух задачах.

  • Первая — это ставший уже привычным для обладателей смартфонов цифровой компас, который в том числе применяется для улучшения позиционирования.
  • Вторая задача, куда более актуальная, — это взаимодействие с популярными чехлами для смартфонов и планшетов.

Магнитные чехлы

Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла. При этом в некоторых случаях на чехле есть окошко, где выводится определенная информация, например, время или уведомления.

Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей.

Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.

Просто и удобно.


Смотрите также