Устройство датчика Холла принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики Холла для определения тока и местоположения

Измерение во всех его формах является фундаментальным для многих приложений. Это неизменно включает материал, который действует как преобразователь, чтобы преобразовать одно свойство в другое. В электронике чувствительный элемент будет иметь физические свойства, которые изменяются в результате действия датчика, такие как его сопротивление или реактивное сопротивление, позволяющие измерять изменение тока или напряжения.

Эффект Холла

В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к пути тока. Хорошо известно, что эффект Холла является результатом взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля.

Эффект Холла применительно к датчикам проявляется либо в измеримой разности напряжений на проводнике, через который должен протекать постоянный ток, либо в виде измеримой разности тока в проводнике, через который должно протекать постоянное напряжение (рисунок ниже). Разница напряжений пропорциональна напряженности магнитного поля. Это означает, что эффект Холла можно использовать двумя весьма различными способами, даже если основной эффект одинаков в обоих случаях.

Уровень сигнала из-за изменения поля относительно фонового шума невелик (диапазон мкВ). Следовательно, для его использования требуются довольно сложные пути прохождения сигнала.

Не желая никоим образом обесценивать открытия Эдвина Холла, этот эффект действительно является продолжением использования силы Лоренца, которая описывает взаимодействие между электрическими и магнитными силами на точечном заряде из-за изменения электромагнитного поля.

Проще говоря, в случае эффекта Холла сила Лоренца описывает влияние, которое магнитное поле оказывает на заряженную частицу, в частности направление, которое она будет вынуждена принимать, когда проходит через проводник, подверженный воздействию магнитного поля. Физическое движение приводит к большему или меньшему заряду на поверхности проводника, что приводит к разности потенциалов, известному как напряжение Холла.

Измерение тока с помощью эффекта Холла

Тот факт, что эффект Холла зависит от магнитного поля, означает, что его можно использовать в качестве бесконтактной технологии. Таким образом, он не является «навязчивым», в отличие от наиболее распространенного способа измерения тока, который заключается в использовании шунта (низкоомного резистора) и измерении падения напряжения на нем. Использование эффекта Холла для измерения тока по своей природе надежно в приложениях большой мощности, поскольку оно не опирается на потенциал земли в качестве эталона.

Для обычного датчика тока на основе эффекта Холла это означает размещение датчика перпендикулярно магнитному полю и использование концентратора, обычно ферромагнитного сердечника, имеющего форму кольца или квадрата, расположенного вокруг проводника, несущего измеряемый ток (рисунок ниже). Датчик обычно держат в небольшом воздушном зазоре, образованном между двумя концами ферромагнитного сердечника.

С датчиком тока IMC-Холла чувствительный элемент расположен параллельно протекающему току. В этом случае ферромагнитный сердечник не требуется; однако для защиты от перекрестных помех может потребоваться защита. Это означает, что его можно использовать для измерения тока, протекающего по шине или дорожке печатной платы, просто расположив датчик над шиной или дорожкой. Этот тип датчика активируется технологией IMC-Hall с использованием встроенного магнитного концентратора (IMC), разработанного компанией Melexis.

По сути, это магнитное поле, генерируемое током, который обнаруживается благодаря эффекту Холла, а не самим протекающим током.

Отслеживание местоположения с помощью эффекта Холла

Тот же принцип можно использовать для обнаружения наличия, отсутствия или расстояния до магнитного поля. Фактически напряжение Холла, возникающее в результате движения магнита поверх датчиков, может быть обнаружено, усилено и обработано. Это дает возможность использовать эффект Холла для определения положения или даже ориентации объектов относительно датчика.

В простом приложении это может быть реализовано относительно грубо, например, отслеживание, когда ноутбук открыт или закрыт. Или он может быть более сложным, когда он используется для обнаружения линейного движения или поворота, такого как изменение положения движущегося объекта (рисунок ниже). В этом отношении использование эффекта Холла для определения положения намного более универсально, чем его использование в качестве датчика тока.

Встроенный магнитный концентратор (IMC)

Одним из недостатков большинства датчиков Холла, который связан с причиной эффекта, является то, что пластина Холла, используемая для определения поля, ограничена только одной осью.

Чтобы устранить этот недостаток, Melexis разработала встроенный магнитный концентратор, или IMC, который делает эффект Холла гораздо более гибким. IMC позволяет датчикам Холла, оставаясь в плоскости, обнаруживать магнитные поля от осей X, Y и Z (рисунок ниже). Следовательно, преимущества применения многочисленны, включая гибкость ориентации датчика.

Применение эффекта Холла в автомобильной промышленности

Благодаря использованию технологии встроенного магнитного концентратора многие приложения в автомобильной промышленности могут использовать эффект Холла. Работая в трех измерениях, датчик Холла может использоваться для определения положения педалей, вращения рулевой колонки и состояния тормозного рычага, а также положения сидений с электроприводом.

Он также может применяться под капотом для контроля вращающихся частей насосов и двигателей, а также для измерения тока, потребляемого электрифицированными частями силового агрегата, такими как инвертор, система контроля аккумулятора (BMS) или бортовое зарядное устройство (OBC).

Итоги

В основных терминах феномен Холла может быть использован рядом полезных способов, включая измерение тока и определение положения. Несмотря на серьезные проблемы, такие как низкое отношение сигнал / шум или влияние паразитного поля, электронная промышленность преуспела в разработке надежных и точных сенсорных решений, основанных на эффекте Холла.

Читайте также:  Топливные карты ЭКСПЕРТ 7 495 125 14 04

В частности, добавление мощного аналогового внешнего интерфейса и тракта цифрового сигнала наряду с запатентованными технологиями, такими как IMC-Hall от Melexis, означает, что эффект Холла можно применять для измерения тока и определения местоположения даже в суровых условиях, таких как автомобильная промышленность.

Датчики Холла. Виды и применения. Работа и подключения

Речь пойдет о датчике тока, принцип действия которого основан на эффекте Холла (Датчики Холла). Что это за эффект, и как такой датчик можно сделать в домашних условиях? Чтобы лучше понять эффект Холла нужно разобрать эксперимент физика, в честь которого был назван этот эффект.

Виды

  • Цифровые датчики . Работают на определение магнитного поля. Если индукция доходит до определенного предела, то датчик дает сигнал на присутствие магнитного поля. Если предел не достигнут, то сигнал равен нулю. Слабая индукция и малая чувствительность датчика не дает сигнал наличия поля. Недостатком такого типа датчика является то, что у него есть зона нечувствительности порогов. Цифровые датчики Холла делятся на униполярные и биполярные:

— Униполярные датчики Холла работают, если есть поле какой-либо полярности, выключаются при уменьшении индукции.
— Биполярные датчики Холла срабатывают на изменение полярности поля. При одной полярности датчик включается, а при другой – выключается.

  • Аналоговый вид датчиков Холла изменяет индукцию поля в разность потенциалов. Значение датчика зависит от полярности и его силы. Нужно учитывать, на каком расстоянии находится датчик.
Применение

Датчики Холла входят в состав многих приборов. Чаще они применяются в измерении напряженности поля магнитной индукции, в электродвигателях, в ионных двигателях ракет. Широкое распространение датчики Холла нашли в устройстве системы зажигания современных автомобилей.

Также они используются в бесконтактных выключателях, герконах, при измерении силы тока, уровня жидкости и других местах. Главное их преимущество – это воздействие без физического контакта.

Как проверить на автомобиле исправность датчика Холла

В быту с такой проблемой сталкиваются чаще всего автомобилисты. Наиболее простым способом является обыкновенная замена на исправный датчик. Если после замены система зажигания заработала, значит необходимо менять датчик.

Если нечем заменить проверяемый датчик, то собирают простое устройство, которое может имитировать работу датчика Холла. Берется кусок провода, и тройной разъем от распределителя зажигания. Эти предметы работают аналогично датчику.

Для контроля пользуются обычным мультиметром. Если датчик вышел из строя, то тестер покажет 0,4 вольта или меньше. Также проверяется работа датчика путем проверки искры при подключении зажигания. Перед этим соединяют концы провода к выходам коммутатора.

Если неисправность возникла не на автомобиле, а на другом оборудовании, то необходим тестер. Методика проверки будет зависеть от прибора, в котором установлен датчик.

Датчики Холла в смартфонах

Мобильные гаджеты имеют в составе много функциональных блоков. Среди них есть вспомогательные датчики, одним из которых является датчик Холла. В современных устройствах связи такие датчики являются измерительными элементами, с помощью которых определяют мощность магнитного поля, его изменения. Они называются в честь ученого Холла.

Для чего установлен датчик Холла в смартфоне

Этот сенсорный элемент имеет много возможностей. Одной из них является измерение магнитной индукции приборов, а также бесконтактное управление. В дорогих моделях смартфонов имеется магнитометр, работа которого основана на датчике Холла.

На многих мобильниках этот датчик не полностью реализован. В основном этот сенсор применяют для таких задач:
  • Цифровой компас. Применяется для программ навигации и повышения скорости позиционирования.
  • Оптимизация взаимодействия устройства с разными аксессуарами, магнитными чехлами.
  • Применение датчика в раскладных моделях телефонов, для включения и отключения экрана при движении крышки.

Пример работы магнитного датчика Холла в чехле и смартфона заключается в том, что при открывании и закрытии чехла автоматически происходит блокировка экрана. Датчик реагирует на движение магнита, на усиление магнитного поля.

Принцип действия

Понадобится пластина и элемент питания постоянного тока. Подключаем пластину к батарее. От плюса к минусу начинает протекать электрический ток, вызванный движением заряженных частиц. Из курса физики эти частицы, или по-другому электроны летят против движения тока. Теперь поднесем два магнита к пластине разными полюсами так, чтобы линии индукции проходили через ее сечение.

Возникает так называемая сила Лоренца, которая отклоняет летящие по пластине электроны в сторону. Из-за этого возникает разность потенциалов на краях пластины. Эта разность потенциалов, иначе говоря, напряжение будут меняться в зависимости от силы тока и магнитного поля. Такой эффект носит название человека, который его обнаружил в 1879 году. Им был Эдвин Холл.

На основе этого эффекта выпускается большое количество датчиков, позволяющих без физического разрыва провода измерять в нем как постоянный, так и переменный ток, поскольку при протекании тока в проводнике создается электромагнитное поле.

Оно подобно тем магнитам, подносимым к пластине, изменяет выходное напряжение датчика Холла.

Но возникает проблема того, что это поле при протекании не сильно больших токов само по себе очень мало. Для того, чтобы его увеличить, будем использовать ферритовое кольцо, которое имеет особые магнитные свойства и позволит увеличить необходимое нам электромагнитное поле до уровня для обнаружения протекания тока в проводнике.

Сборка датчика тока на основе эффекта Холла

Попробуем сделать собственный датчик тока. Понадобится ферритовое кольцо и датчик Холла. Найти ферритовое кольцо не составляет особых проблем. Они есть в блоках питания компьютера или энергосберегающих ламп, а также продаются в радиомагазинах по цене от 10 до 100 рублей в зависимости от размера самого кольца. В нашем случае имеется кольцо диаметром 28 мм за 55 рублей.

Читайте также:  Чудо печь на солярке своими руками отзывы, инструкция, фото и видео

Подойдут кольца различных диаметров вплоть до 10 мм. Чем больше кольцо, тем чувствительнее получится датчик тока. Что касается датчика Холла, то его можно заказать со всем известного сайта. Стоит он недорого. Либо можно найти в нерабочих вентиляторах, ноутбуках и прочих устройствах, где он может использоваться. Датчики Холла Аналоговые и цифровые (Дискретные).

Дискретные работают по принципу транзисторов, то есть, при превышении какого-либо уровня магнитного поля датчик срабатывает. Аналоговый вид меняет свое выходное напряжение в зависимости от величины проходящего через него магнитного поля. Нам понадобится аналоговый датчик Холла. Если вы хотите не только детектировать протекание тока по проводнику, но также знать приблизительную величину этого тока. В нашем случае это аналоговый датчик ОН49Е.

Схема подключения датчика

Схема подключения выглядит следующим образом.

Как видно из рисунка для детектирования магнитного поля, создаваемого током в проводнике, нам необходимо будет сделать зазор в ферритовом кольце и поместить туда датчик Холла. Тем самым появится возможность измерять величину этого электромагнитного поля. На основании полученных данных можно делать вывод о том, есть ли сейчас ток в проводнике, и какой он величины.

Чтобы получить более универсальный вариант этого датчика, мы распилили ферритовое кольцо пополам, что без тисков было сделать сложно. Это привело к поломке кольца. Как хорошо, что люди придумали клей, и это дело мы быстро исправили. Получив две половинки, мы убрали неровности наждачной бумагой. Затем на одну из сторон мы вырезали и приклеили плотный лист бумаги. На другую сторону сам датчик Холла. После этого мы приклеили обе половинки к большому крокодилу на 30 ампер.

В итоге получились токовые клещи, или более универсальный вариант датчика тока, который можно снять и присоединить к любому проводу без его разреза. Такие разделяемые датчики тока стоят около 1500 рублей, при заказе в Китае. Экономия получилась налицо.

Промышленное напряжение в сети переменного тока изменяется с частотой 50 герц. То есть, направление тока, текущего по проводнику, будет меняться 50 раз в секунду. Электромагнитное поле также вслед за током будет менять свое направление 50 раз в секунду.

Датчик Холла: принцип работы и особенности ремонта

Датчики в конструкции машины – своеобразные шпионы, которые сообщают головным узлам автомобиля ту или иную информацию, а последние в свою очередь, анализируя полученные данные, принимают решение относительно своей дальнейшей работы. Подобных шпионов в любом транспортном средстве установлено немало, однако и среди этих вспомогательных деталей выделяют некоторые основные. Так, датчик тока, основанный на эффекте Холла, участвует в работе многих систем автомобиля. Есть желание узнать о нём подробнее? Тогда обязательно ознакомьтесь с приведённой ниже статьёй, которая во всевозможных разрезах рассматривает линейный датчик Холла.

Принципы работы и устройство датчика Холла

Датчик любого вида устанавливается на автомобиль с одной целью: получение информации об одном из многочисленных параметров его работы. Какой-то идентификатор отвечает за определение температуры в двигателе, другой отслеживает количество расходуемого воздуха, а третий всегда готов ответить за положение того или иного узла мотора. Именно для достижения последней цели нужен датчик Холла, который беспрерывно следит за положением коленчатого или распределительного вала.

Принцип работы датчика Холла основан на применении гальваномагнитного явления, открытого в 1879 году Эдвином Холлом. Суть последнего заключается в том, что посредством интеграции некоторого полупроводника (датчика Холла) в электросистему с магнитным полем на его выводах возникает напряжение. При помощи измерения напряжённости магнитного поля в системе зажигания и получается определять углы расположения коленвала и распредвала машины, что крайне важно для грамотного формирования знаний о моменте искрообразования на данный момент времени. Благодаря своей специфике, магнитный датчик Холла применяется исключительно в бесконтактных системах с протекающим в них током (в случае с автосферой – в бесконтактных системах зажигания или, в сокращении, БСЗ).

Обобщая отмеченную выше информацию, стоит поэтапно рассмотреть то, как работает датчик Холла. Если обращать внимание на этот процесс максимально просто, то его сущность заключается в следующем:

  • Аналоговый датчик Холла монтируется в систему зажигания автомобиля, что с точки зрения физики означает включение в электросеть (магнитное поле) дополнительного проводника. Уточняя этот момент, важно отметить, что устройство идентификатора предполагает использование высокотехнологичных проводников, которые позволяют не нарушать сопротивление и напряжение в цепи;
  • В процессе работы мотора, а именно в моменты искрообразования в датчике Холла формируется некоторое напряжение, которое и необходимо для определения точного угла коленвала и распредвала в конкретный момент времени;
  • После этого, выявленное изменение в магнитном поле системы зажигания автомобиля, передаётся на коммутатор, а затем отходит на иные узлы машины. Последние, к слову, основываясь на данном изменении в магнитном поле и расположении валов, могут принимать наиболее оптимальные решения в плане организации своей работы.

Возникновение и точная передача напряжения Холла через соответствующий датчик возможна благодаря уникальной схеме подключения последнего. Уникальность заключается в расположении датчика, который просто вмонтирован в электроцепь системы зажигания автомобиля и не нарушает работу таковой. Именно подобные характеристики идентификатора Холла позволяют ему оставаться наилучшим способом определения положения коленвала и распредвала мотора вот уже долгие годы.

Читайте также:  Замена задних тормозных колодок на Nissan Almera Classic

Цифровой датчик Холла в конструкции автомобиля

Теперь, когда принципы работы, устройство датчика Холла и то, для чего он вообще нужен, стали более-менее понятны, можно углубиться в рассмотрение его функционирования именно в конструкции машины. Для начала обратим внимание на его физическое состояние. Большинство современных датчиков Холла, устанавливаемых на мотор, представляют собой составляющую трамблёра. Она устанавливается неподалёку от распредвала и имеет в своей конструкции магнитопроводящую пластину, с виду напоминающую корону. Последняя имеет n-ое количество прорезей (их число всегда равняется числу цилиндров двигателя), а также дополняется основой датчика тока на эффекте Холла – магнитом.

В процессе вращения распредвала его лопасти поочерёдно проходят прорези ранее отмеченной пластины датчика, что вызывает появления напряжения. Последнее формирует электрический импульс, передающийся сначала на коммутатор, а затем на катушку зажигания и другие электронные узлы автомобиля. В итоге, в системе зажигания с датчиком Холла он выполняет две основные функции:

  • Запускает искрообразование на концах свечей зажигания посредством преобразования напряжения Холла в высокую напряжённость магнитного поля;
  • Оповещает другие узлы автомобиля, которым требуется знать положение распредвала и коленвала, о таковом в данный момент времени.

Подобные характеристики узла делают из него довольно-таки важную составляющую системы зажигания, без правильной работы которой, функционирование мотора зачастую невозможно. Теперь, наверное, уже всем полностью понятно – зачем нужен этот пресловутый «холловский» идентификатор. Отметим, что данная деталь успешно применяется как на одноконтактных, так и двухконтурных системах зажигания. Более того, двухконтурное зажигание с одним датчиком Холла довольно-таки популярно.

Подключение датчика Холла предусматривает использование трёх клемм:

  • первая идёт на «массу»;
  • вторая — на плюс с входным напряжением порядка 6 Вольт;
  • третья является «выходной» и отправляет преобразованное напряжение на коммутатор.

Распиновка у датчика простейшая и, как правило, не отличается от представленной ниже (то есть, провода датчика Холла зачастую подключаются по следующей схеме):

Вопросы по типу:

  • Как проверить датчик Холла?
  • Где находится датчик Холла?
  • Как заменить датчик Холла?
  • Как подключить датчик Холла?
  • Как поменять его на новый?

Требуют от автомобилиста знаний того, как выглядит этот элемент системы зажигания, отвечающий за правильное искрообразование. К счастью, нужная деталь до безобразия проста как в ремонте, так и во внешнем виде. В типовом варианте датчик Холла, поставленный на абсолютно любой автомобиль, выглядит следующим образом:

Ремонт детали: симптомы неисправности и процедура замены

Замена датчика Холла – именно та операция, проведение которой может понадобиться в самый неподходящий момент. «Затроил» мотор, его плохой запуск, дал сбой карбюратор или инжектор, неисправен другой узел автомобиля – всё это может указывать на поломку именно «холловского» идентификатора. Увы, от этого не застраховаться, поэтому знать о возможных поломках детали и о том, как проводится установка Датчика Холла, желательно каждому автомобилисту.

В первую очередь, обратим внимание на признаки неисправности датчика Холла, в качестве которых могут выступать:

  • плохой запуск или отказ в работе мотора;
  • перебои в его функционировании на холостых оборотах;
  • «дёрганье» машины на высоких оборотах;
  • самопроизвольное глушение двигателя, повторяющиеся многократно;
  • отказ функционирования от электроники инжектора, карбюратора или иных узлов автомобиля, работающих совместно с двигателем.

Безусловно, отмеченная выше симптоматика может проявляться и при неисправности других узлов машины, но зачастую виной всему именно поломанный датчик Холла. Тем более никто не мешает проверить его собственноручно. Спросите – «Как проверить датчик Холла на правильность функционирования?». Крайне просто! Для этого достаточно:

  1. Снять датчик с автомобиля;
  2. Замкнуть его выходы под номером 2 и 3 (минус и контакт с коммутатором);
  3. Проверить – появилась ли искра или нет. Если она есть и стабильно хорошая, то датчик неисправен. В ином случае стоит поискать проблему в другой составляющей системы зажигания.

Также имеется возможность проверки идентификатора Холла мультиметром. В этом случае нужно замерить напряжения на его выходах, которое в норме должно равняться от 0,4 до 11 Вольт. Естественно, при проверке датчика важно убедиться в исправности инжектора или карбюратора вашего автомобиля, ведь нередко проблемы с перебоями в работе мотора связаны именно с неисправностью элементов топливной системы.

Если узел неисправен, то следует провести соответствующий ремонт. Отметим, что замена датчика Холла особых сложностей не представляет и проводится не более 10-15 минут при соблюдении следующего порядка процедуры:

  1. Первоочерёдно автомобиль глушится, клеммы АКБ отключаются и снимается трамблёр зажигания;
  2. Отсоединив последний, демонтируется его крышка. На этом же этапе желательно совместить метки ГРМ и коленвала;
  3. После этого снимают вал трамблёра, а затем и датчик Холла. Далее остаётся лишь поставить новый идентификатор и собрать автомобиль в обратном порядке.

Внимание! Менять деталь важно исключительно на покупную. Стоит она недорого (не более 200-300 рублей для большинства марок автомобилей), поэтому говорить о сборке датчика Холла своими руками, наверное, бессмысленно.

На этом, пожалуй, по сегодняшней теме повествование можно завершать. Надеемся, представленный материал был для вас полезен и дал ответы на интересующие вопросы. Удачи на дорогах и в ремонте!

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector