Датчик холла для чего нужен

Содержание

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.

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

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

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

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

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).
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.

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Что такое датчик Холла

Датчик Холла — это умный сенсор, фиксирующий магнитное поле и его напряженность. В быту он достаточно громоздкий, поэтому в смартфоне используется более упрощенный аналог этого устройства, который реагирует только на наличие магнитного поля. Прибор основан на принципе эффекта Холла, который был открыт в 1879 году. Суть заключается в том, что, если проводник, по которому течет электрический ток, находится в постоянном магнитном поле, под этим действием электроны отклоняются к одной из граней пластины. На этой части накапливается отрицательный заряд, а на противоположной — положительный. В итоге, образованная разность потенциалов на краях пластины фиксируется датчиком. В смартфоне этот датчик является микросхемой, которая представляет собой бинарный код.

Датчик Холла в разборе выглядит именно так

Производители смартфонов не используют потенциал этого датчика целиком. На это есть несколько причин: например, этому мешает нехватка свободного места в корпусе смартфона, слабые аккумуляторные батареи, которые не смогут совладать с прожорливым датчиком. Кроме того, датчик используется исключительно для трех функций и у производителей нет какого-либо интереса реализовывать новые функции с его помощью.

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Датчик применяется для трех важных функций. Во-первых, для устойчивой работы GPS и позиционирования. С его помощью в картах навигации ускоряется определение вашего местоположения, что позволяет системе работать с высокой точностью и без долгих задержек при включении карт навигации. Какие карты лучше всего использовать? Читайте в нашем Яндекс.Дзен!

Датчик Холла помогает в работе GPS

Самый яркий пример повседневного использования датчика Холла — это смартфоны или планшеты с магнитными чехлами, стилусами и клавиатурами. Пожалуй, это самый важный плюс, о котором мы расскажем ниже. Работа того же Smart Cover для iPad основана как раз на этом принципе, благодаря которому чехол и считается умным (и стоит дороже).

Важна и третья функция: датчик Холла позволяет работать складным смартфонам и ноутбукам, у которых при закрытии гаснет экран. Раньше это активно применялось в телефонах-раскладушках и слайдерах, теперь же нашло применение в новых складных смартфонах Samsung. Умный датчик располагается на одной из частей телефона, а на другой установлен небольшой магнит, который оказывается прямо над датчиком. При закрытии телефона датчик срабатывает, позволяя выполнить какое-нибудь действие, например, закончить вызов или закрыть приложение. В ноутбуках датчик Холла полезен похожим образом — при закрытии крышки операционная система оставляет компьютер в режиме сна или в режиме ожидания.

Как это работает?

В сети есть многочисленные видео, объясняющие физические принципы, лежащие в основе эффекта Холла. Но понять можно и без всяких видео — здесь все относительно просто. Представьте себе проводник размером и формой повторяющий денежную купюру. Левая и правая сторона подключены к источнику постоянного тока, который и проходит через проводник. Если проводник исправен, то без воздействия магнитного поля напряжение в верхней и нижней части проводника будет близким к нулю.

Но если в системе появится магнитное поле, линии которого расположены под прямым углом к течению тока, на электроны и дырки в проводнике начинает воздействовать сила Лоренца. Частицы начинают отклоняться. Соответственно, электроны соберутся на одной стороне проводника, а на другой их не будет.

При помощи мультиметра можно измерить напряжение на верхней и нижней частях проводника. Если убрать магнитное поле, то напряжение снова станет почти равным нулю.

В устройствах, где используется эффект Холла, добавляется еще одна схема, где обычно присутствует усилитель холловского напряжения. Иногда есть регулятор напряжения смещения. У цифрового выходного датчика может быть компаратор и выходной транзистор.

Все датчики — разные

Есть две основные разновидности датчиков Холла — это цифровые датчики, которые, в свою очередь, разделяются на униполярные и биполярные. А также аналоговые датчики.

Если вы хотите использовать датчик Холла в своем проекте, нужно детально разобраться в его базовых характеристиках. У датчиков есть ограничения по частотному диапазону, плюс некоторые могут быть весьма дорогими. Например, у компании Melexis есть девайс на 250 кГц, эта частота гораздо более высокая, чем у большинства похожих систем. Работать оно будет только при 5В и 15 мА.

В примере даташита показано, что есть две разновидности этого датчика — 7,5 mT (миллитесла), второй — 20 mT. Есть даже версия с 60 mT.

Датчики Холла могут быть встроены в электронные схемы. Например, у ESP32 есть собственный датчик Холла, как показано на видео выше.

Проверка системы зажигания и датчика холла комбинированным устройством

Комбинированное устройство для проверки состоит из корпуса, на котором фиксируется полностью рабочий ДХ.

Комбинированное устройство для проверки ДХ

Есть такой же выход, какой присутствует на трамблере, и колодка, подключаемая к распределительному разъему на автомобиле. Обязательны в устройстве также 2 зажима для питания.

Помимо этого имеются 2 индикатора с разным цветом: например, красный индикатор будет сигнализировать о подключении прибора, зеленый – будет показывать импульсы, вырабатываемые датчиком холла.

Проверка системы осуществляется так:

от автомобильного датчика холла отсоединяется колодка разъема;
она подключается к комбинированному устройству;
включается зажигание.

Теперь нужно вооружиться пластинкой с 4-я шторками, которая будет имитировать сам датчик.

Дальше делается так:

на главный бронепровод, выходящий из катушки зажигания, устанавливается разрядник;
самодельной пластинкой со шторками надо провести в разрезе комбинированного устройства (как на фото).

Самодельной шторкой по разрезу

Если в процессе проведения шторкой по разрезу в разряднике появляется искра на всех 4 шторках, то вся система зажигания автомобиля, включая коммутатор и катушку зажигания, находится в исправном состоянии.

Чтобы проверить отдельно ДХ:

колодку устройства подключаем к разъему трамблера на авто;
подключается питание от АКБ, и на приборе загораются 2 индикатора (это свидетельствует о том, что датчик подключён и запитан);
включается зажигание, прокручивается ДВС.

Если мигает зеленый свет постоянно (индикатор импульсов), то датчик холла, установленный в автомашине, полностью исправен. Если мигание индикатора на определенном этапе зависает, это свидетельство полуисправного датчика, одна или несколько шторок которого не работают.

Внимание. Если при подключении штекера в разъём проверочного устройства, зеленый индикатор вообще не загорается, это свидетельствует о полной неисправности датчика холла.

ДХ – сегодня нужен автомобильной системе зажигания. Как будут обстоять дела завтра, покажет время. Пока же не придумано ничего более толкового в плане контроля за искрой.

Как определить, что в смартфоне есть датчик Холла

Внимательно читай список характеристик. Большинство современных моделей смартфонов имеют датчик Холла, но не все производители указывают его наличие, особенно в кратком перечне параметров. Уточнить это можно на официальных сайтах производителей или в инструкции, которая всегда есть в комплекте со смартфоном.

Однако если в перечне аксессуаров устройства есть умные чехлы или обложки (Smart Case), то будь уверен на 100% в том, что датчик Холла в этом смартфоне есть.

Другие интересные материалы:

Есть что добавить к обзору? Добро пожаловать в раздел «Комментарии»! Смело выражай свое мнение, задавай вопросы и рассказывай, о каких девайсах хотелось бы прочитать. Обрати внимание, что представленная в обзоре информация не носит прямого рекламного характера, а представляет субъективное мнение автора в сочетании с техническими данными, которые переданы Связному официальными производителями продуктов.

Что такое датчик Холла

Датчик Холла в разборе выглядит именно так

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Датчик Холла помогает в работе GPS

Как работает датчик Холла и как он устроен?

Проводя свои исследования, Холл установил: когда пластина в магнитном поле и под напряжением, в ней происходит отклонение электронов. Поток магнитных частиц движется перпендикулярно этому движению. Направление отклонения электронов напрямую зависит от полярности магнитного поля. Значит, на различных сторонах металлической пластинки плотность электронов будет разной.

Холл взял металлический прямоугольник и, расположив его в магнитном поле, подал ток на узкие грани проводника, а напряжение зафиксировал на широких гранях.

Технологии совершенствовались, и этот принцип лег в основу прибора, который сейчас принято называть по имени человека, открывшего это явление.

Схема работы датчика следующая:

Сквозь пластины устройства проходит электричество.
В магнитном поле образуется разница потенциалов. Затем она постепенно выравнивается с помощью постоянного магнита. Сила тока на выходе при этом может различаться.
Когда на вход прибора поступает сигнал, формируется постоянный импульс, имеющий прямоугольную форму. Этот импульс видим только на осциллографе.

Есть аналоговые и цифровые измерители. Аналоговый трансформирует магнитную индуктивность в электричество. Сила тока находится в зависимости от величины магнитного поля.

Эту конструкцию не используют в новых машинах — она устарела. Индукция цифрового прибора достигается, только если значение магнитного поля переходится через определенный рубеж. Устройство не активируется при слишком слабом магнитном поле. В старых авто датчик применяли для подачи искры на свечи.

Устройство датчика Холла таково:

магнитная основа;
роторная лопатка;
провод для прохождения магнитного потока;
корпус из пластика;
электронная микросхема;
контактная система.

Всего в контроллере 3 контакта. Первый подводится к массе. Второй нужен для подключения напряжения, сила которого составляет 6 вольт. С третьего контакта происходит передача импульсов на коммутатор.

Достоинства устройства

У датчика Холла много достоинства. Главное — отсутствие контактов и, как следствие, надежность. Нет деталей, которые при езде трутся друг о друга. Датчик содержит только твердотельную электронику.

Устойчивость к ударам и вибрации тоже высока. Прибор может работать в широком диапазоне магнитных частот — до 100 кГц. Он не дает сбои при работе в экстремальных температурных условиях, способен выдержать до +150 градусов и до -40. Производительность двигательной системы благодаря датчику намного повышается.

Автопроизводители обычно используют датчик для контроля скоростного режима валов и колес. Также его применяют в бесщеточных двигателях, работающих от постоянного тока — в них он определяет место нахождения постоянного магнита.

Датчик Холла увеличивает эффективность двигательной системы, повышает ее ресурс. Отвечает за коммуникацию систем машины. Конструктивные особенности прибора зависят от возложенных на него функций. Время от времени прибор нужно проверять. Как правило, проверку проводят при помощи осциллографа.

Что такое трамблер в автомобиле? За распределение зажигания и искрообразование в нужный момент в бензиновых двигателях старого поколения отвечает трамблер. Его еще называют прерыватель-распределитель зажигания.

20-07-2018, 13:32 0 Что такое трамблер в автомобиле?

Датчик детонации: как проверить и поменять Датчик детонации — небольшой и дешевый элемент, однако функция, которую он выполняет, исключительно важна. Бесконтрольная детонация может вывести мотор из строя в два счета.

1-06-2018, 12:39 0 Датчик детонации: как проверить и поменять

Датчик топлива, чистка в Mercedes Датчик уровня топлива (ДУТ) или топливомер — прибор, осуществляющий замеры количества (по объему или весу) горючего в топливном баке и выводящий полученные данные на приборную панель. Устанавливается в баке, в зависимости от конструктивных особенностей автомобиля может быть встроен в

11-08-2017, 16:25 0 Датчик топлива, чистка в Mercedes

Микропроцессорная (электронная) система зажигания: назначение, принципы построения и работы В чем суть микропроцессорной (электронной) системы зажигания? На каком принципе работает система? Как может комплектоваться МПСЗ?

9-04-2017, 23:40 0 Микропроцессорная (электронная) система зажигания: назначение, принципы построения и работы

Как зависит расход горючего от работы контроллеров систем автомобиля? Приобретя новую машину и испробовав новые впечатления, владелец рано или поздно начинает обращать внимание на расход горючего, сопоставляя паспортные данные с реальным положением дел. О влиянии на эти цифры давления в шинах или состояния свечей зажигания известно даже начинающему автолюбителю.

18-02-2015, 23:30 0 Как зависит расход горючего от работы контроллеров систем автомобиля?

Назначение лямбда-зонда и вопросы его эксплуатации Опытные водители знают, какое значение имеет кислород для сгорания топлива, именно он определяет оптимальный состав горючей смеси, а, следовательно, эффективность работы двигателя и экологичность выхлопа. Контроль кислородного баланса осуществляет невзрачный на вид прибор – лямбда-зонд, непременный