Hallsensor: funktionsprincip, typer, applikation, hur man kontrollerar

För effektiv drift av alla system i en modern bil utrustar tillverkarna fordonet med en mängd elektroniska enheter som har fler fördelar jämfört med mekaniska element.

Varje sensor är av stor betydelse för stabiliteten i driften av olika komponenter i maskinen. Tänk på hallsensorns funktioner: vilka typer finns, de viktigaste funktionsfel, funktionsprincipen och var den används.

Vad är en Hall-sensor i en bil

En hallsensor är en liten enhet som har en elektromagnetisk funktionsprincip. Även i gamla bilar från den sovjetiska bilindustrin finns dessa sensorer tillgängliga - de styr driften av bensinmotorn. Om en enhet inte fungerar, förlorar motorn i bästa fall stabiliteten.

De används för drift av tändsystemet, fördelning av faser i gasdistributionsmekanismen och andra. För att förstå vilka fel som är relaterade till givarens nedbrytning bör du förstå dess struktur och funktionsprincip.

Vad är en Hall-sensor i en bil för?

En hallsensor i en bil behövs för att registrera och mäta magnetfält i olika delar av bilen. Huvudapplikationen för HH är i tändsystemet.

Enheten låter dig bestämma specifika parametrar på ett kontaktfritt sätt. Sensorn skapar en elektrisk impuls som går till strömbrytaren eller ECU. Dessa enheter skickar sedan en signal för att generera en ström för att skapa en gnista i ljusen.

Kort om arbetsprincipen

Funktionsprincipen för denna enhet upptäcktes 1879 av den amerikanska fysikern E.G. Hall. När en halvledarskiva kommer in i området för magnetfältet hos en permanentmagnet genereras en liten ström i den.

Efter avslutningen av magnetfältet genereras ingen ström. Avbrottet av magnetens påverkan sker genom slitsarna i stålskärmen, som är placerad mellan magneten och halvledarskivan.

Var ligger den och hur ser den ut?

Hall-effekten har hittat applikationer i många bilsystem som:

• Bestämmer vevaxelns position (när kolven i den första cylindern befinner sig i den övre dödpunkten för kompressionsslaget);
• Bestämmer kamaxelns läge (för att synkronisera öppningen av ventiler i gasfördelningsmekanismen i vissa modeller av moderna förbränningsmotorer);
• I tändsystemets brytare (på distributören);
• I varvräknaren.

Under motoraxelns rotation, reagerar sensorn på storleken på tändernas slitsar, från vilka en lågspänningsström genereras, som matas till omkopplingsanordningen. En gång i tändspolen omvandlas signalen till högspänning, vilket behövs för att skapa en gnista i cylindern. Om vevaxelns positionssensor är defekt kan inte motorn startas.

En liknande sensor är placerad i brytaren till det kontaktlösa tändsystemet. När den utlöses växlas lindningarna på tändspolen, vilket gör att den kan producera en laddning vid primärlindningen och urladdning från sekundärlindningen.

Bilden nedan visar hur sensorn ser ut och var den är installerad i vissa fordon.

I distributören

Vevaxelsensor

Kamaxelsensor

Varvräknare

Hallsensor i elmotorn

anordning

En enkel hallsensorenhet består av:

• Permanentmagnet. Det skapar ett magnetfält som verkar på halvledaren, där en lågspänningsström skapas;
• Magnetisk krets. Detta element uppfattar verkan av ett magnetfält och genererar en ström;
• Roterande rotor. Det är en krökt metallplåt som har slitsar. När axeln på huvudanordningen roterar blockerar rotorbladen växelvis magnetens effekt på stången, vilket skapar impulser inuti den;
• Plasthöljen.

Typer och omfattning

Alla Hall -sensorer faller i två kategorier. Den första kategorin är digital och den andra är analog. Dessa enheter används framgångsrikt i olika branscher, inklusive bilindustrin. Det enklaste exemplet på denna sensor är DPKV (mäter vevaxelns position när den roterar).

Analog Hall Sensor Element

I andra industrier används liknande anordningar, till exempel i tvättmaskiner (tvätt vägs baserat på rotationshastigheten för en hel trumma). En annan vanlig tillämpning av sådana enheter finns i ett datortangentbord (små magneter finns på baksidan av tangenterna, och själva sensorn är installerad under ett elastiskt polymermaterial).

Professionella elektriker använder en speciell enhet för kontaktlös mätning av strömmen i kabeln, där en Hall -sensor också är installerad, som reagerar på styrkan hos magnetfältet som skapas av trådarna och ger ett värde som motsvarar styrkan hos den magnetiska virveln .

Inom bilindustrin är Hall -sensorer integrerade i olika system. Till exempel i elektriska fordon övervakar dessa enheter batteriladdningen. Vevaxelns läge, gasventil, hjulhastighet etc. - allt detta och många andra parametrar bestäms av Hall -sensorerna.

Linjära (analoga) Hallsensorer

I sådana sensorer beror spänningen direkt på styrkan hos magnetfältet. Med andra ord, ju närmare sensorn är magnetfältet, desto högre utspänning. Dessa typer av enheter har inte en Schmidt-trigger och en switchande utgångstransistor. Spänningen i dem tas direkt från operationsförstärkaren.

Utspänningen från analoga Hall-effektsensorer kan genereras antingen av en permanentmagnet eller en elektrisk magnet. Det beror också på tjockleken på plattorna och styrkan på strömmen som flyter genom denna platta.

Logik dikterar att sensorns utspänning kan ökas på obestämd tid med ökande magnetfält. Det är det faktiskt inte. Utspänningen från sensorn kommer att begränsas av matningsspänningen. Topputgångsspänningen över sensorn kallas mättnadsspänningen. När denna topp nås är det meningslöst att fortsätta att öka den magnetiska flödestätheten.

Till exempel fungerar strömklämmor enligt denna princip, med hjälp av vilken spänningen i ledaren mäts utan kontakt med själva ledningen. Linjära Hall-sensorer används också i enheter som mäter magnetfältstäthet. Sådana enheter är säkra att använda, eftersom de inte kräver direkt kontakt med ett ledande element.

Ett exempel på att använda ett analogt element

Bilden nedan visar en enkel krets av en sensor som mäter strömstyrkan och fungerar enligt principen om Hall-effekten.

A - ledare; B - öppen magnetisk ring; С – analog Hall-sensor; D - signalförstärkare

En sådan strömsensor fungerar väldigt enkelt. När ström appliceras på en ledare skapas ett magnetfält runt den. Sensorn fångar detta fälts polaritet och dess densitet. Vidare bildas en spänning motsvarande detta värde i sensorn, som tillförs förstärkaren och sedan till indikatorn.

Digitala hallsensorer

Analoga enheter utlöses beroende på magnetfältets styrka. Ju högre den är, desto mer spänning kommer det att finnas i sensorn. Sedan elektroniken introducerades i olika styrenheter har hallsensorn förvärvat logiska element.

Digital Hall Sensor Element

Enheten upptäcker antingen närvaron av ett magnetfält, eller så känner den inte av det. I det första fallet kommer det att vara en logisk enhet och en signal skickas till ställdonet eller styrenheten. I det andra fallet (även med ett stort, men inte nått gränsgränsen, magnetfält), spelar enheten inte in något, vilket kallas en logisk nolla.

I sin tur är digitala enheter av den unipolära och bipolära typen. Låt oss kort överväga vad deras skillnader är.

Unipolärt

När det gäller de unipolära varianterna utlöses de när ett magnetfält med endast en polaritet visas. Om du tar med en magnet med motsatt polaritet till sensorn reagerar enheten inte alls. Inaktivering av enheten sker när magnetfältets styrka minskar eller försvinner helt.

Den erforderliga måttenheten utfärdas av enheten i det ögonblick då magnetfältets styrka är maximal. Tills denna tröskel uppnås visar enheten ett värde på 0. Om magnetfältinduktionen är liten kan enheten inte fixa det, därför visar det ett nollvärde. En annan faktor som påverkar enhetens mätnoggrannhet är dess avstånd från magnetfältet.

Bipolär

När det gäller den bipolära modifieringen aktiveras enheten när elektromagneten skapar en specifik pol och avaktiveras när den motsatta polen appliceras. Om magneten tas bort medan sensorn är på stängs inte enheten av.

Utnämning av HH i bilens tändsystem

Hallsensorer används i beröringsfria tändsystem. I dem är detta element installerat istället för brytaren, som stänger av den primära lindningen av tändspolen. Bilden nedan visar ett exempel på en Hall-sensor, som används i bilar i VAZ-familjen.

A - Hallsensor; B - permanent magnet; Med en platta som täcker magnetens fria effekt

I mer moderna tändsystem används Hall-sensorn endast för att bestämma vevaxelns position. En sådan sensor kallas en vevaxellägessensor. Principen för dess funktion är identisk med den klassiska Hall-sensorn.

Endast för avbrott av primärlindningen och fördelningen av högspänningspulsen är redan ansvaret för den elektroniska styrenheten, som är programmerad för motorns egenskaper. ECU:n kan anpassa sig till olika driftslägen för kraftenheten genom att ändra tändningstiden (i kontakt- och beröringsfria systemen i den gamla modellen är denna funktion tilldelad vakuumregulatorn).

Tändning med Hallsensor

I kontaktlösa tändsystem av den gamla modellen (ombordsystemet i en sådan bil är inte utrustad med en elektronisk styrenhet) fungerar sensorn i följande sekvens:

1. Fördelaraxeln roterar (ansluten till kamaxeln).
2. En platta fäst på axeln är placerad mellan Hall-sensorn och magneten.
3. Plattan har slitsar.
4. När plattan roterar och ett fritt utrymme bildas mellan magneten genereras en spänning i sensorn på grund av magnetfältets inverkan.
5. Utspänningen tillförs strömbrytaren, vilket ger växling mellan tändspolens lindningar.
6. Efter att primärlindningen stängts av genereras en högspänningspuls i sekundärlindningen, som går in i distributören (distributören) och går till ett specifikt tändstift.

Trots det enkla driftschemat måste ett kontaktlöst tändsystem vara perfekt inställt så att en gnista dyker upp i varje ljus vid rätt tidpunkt. Annars kommer motorn att gå instabilt eller inte starta alls.

Fördelar med bilhallsensor

Med introduktionen av elektroniska element, särskilt i system som kräver finjustering, har ingenjörer kunnat göra systemen mer stabila jämfört med motsvarigheter som styrs av mekanik. Ett exempel på detta är det kontaktlösa tändsystemet.

Halleffektsensorn har flera viktiga fördelar:

1. Den är kompakt;
2. Den kan installeras absolut i vilken del av bilen som helst, och i vissa fall till och med direkt i själva mekanismen (till exempel i en distributör);
3. Det finns inga mekaniska element i den, så att dess kontakter inte brinner, som till exempel i en kontakttändningssystembrytare;
4. Elektroniska pulser svarar mycket mer effektivt på förändringar i magnetfältet, oberoende av axelns rotationshastighet;
5. Förutom tillförlitlighet ger enheten en stabil elektrisk signal i olika driftslägen för motorn.

Men den här enheten har också betydande nackdelar:

• Den största fienden till alla elektromagnetiska enheter är störningar. Det finns gott om dem i vilken motor som helst;
• Jämfört med en konventionell elektromagnetisk sensor kommer denna enhet att vara mycket dyrare;
• Dess prestanda påverkas av typen av elektrisk krets.

Hallsensorapplikationer

Som vi sa, Hall -principenheter används inte bara i bilar. Här är bara några av de branscher där en Hall -effektsensor antingen är möjlig eller krävs.

Linjära sensortillämpningar

Linjära sensorer finns i:

• Enheter som bestämmer strömstyrkan på ett kontaktfritt sätt;
• Varvräknare;
• Sensorer för vibrationsnivå;
• Ferromagnetiska sensorer;
• Sensorer som bestämmer rotationsvinkeln;
• Beröringsfria potentiometrar;
• DC borstlösa motorer;
• Flödessensorer för arbetsämnen;
• Detektorer som bestämmer arbetsmekanismernas position.

Tillämpning av digitala sensorer

När det gäller digitala modeller används de i:

• Sensorer som bestämmer hastigheten;
• Synkroniseringsenheter;
• Tändsystemsensorer i bilen;
• Positionssensorer för element i arbetsmekanismer;
• Pulsräknare;
• Sensorer som bestämmer ventilernas position;
• Dörrlåsanordningar;
• Mätare för arbetsförbrukning av ämnen;
• Närhetssensorer;
• Kontaktlösa reläer;
• I vissa skrivarmodeller, som sensorer som detekterar närvaro eller position av papper.

Vilka fel kan det finnas?

Här är en tabell med funktionsfel i huvudhallens sensor och deras visuella manifestationer:

Fel:	Hur manifesterar det sig:
Sensorn utlöses oftare än vevaxeln går igenom en hel cykel	Bränsleförbrukningen ökar (medan andra system, som bränsle, fungerar som de ska)
Enheten utlöses varje gång eller stängs av regelbundet helt	Medan bilen rör sig kan motorn stanna, bilen ryckar, motoreffekten sjunker, det är omöjligt att accelerera bilen snabbare än 60 km / h.
Hallsensorfel	I vissa utländska bilar av den senaste generationen är växelspaken blockerad
Vevaxelns positionssensor är trasig	Motorn kan inte startas
Fel i ett elsystem där hallsensorn är huvudelementet	På instrumentbrädan tänds fellampan i självdiagnosesystemet för en viss enhet, till exempel motorn vid tomgång, men försvinner när motorn tar fart.

Det händer ofta att sensorn i sig är i god ordning, men det känns som att den inte fungerar. Här är orsakerna till detta:

• Smuts på sensorn;
• Trasig tråd (en eller flera);
• Fukt har kommit på kontakterna;
• Kortslutning (på grund av fukt eller skada på isoleringen, signalkabeln kortsluten till jord);
• Brott mot kabelisolering eller skärm;
• Sensorn är inte korrekt ansluten (polariteten är omvänd);
• Problem med högspänningsledningar;
• Brott mot den automatiska styrenheten;
• Avståndet mellan elementen i sensorn och den kontrollerade delen är felaktigt inställt.

Sensorkontroll

För att vara säker på att sensorn är defekt måste en kontroll utföras innan den byts ut. Det enklaste sättet att diagnostisera ett problem - oavsett om problemet verkligen finns i sensorn - är att köra diagnostik på oscilloskopet. Enheten upptäcker inte bara funktionsfel, utan indikerar också en överhängande enhet.

Eftersom inte alla bilister har möjlighet att utföra ett sådant förfarande finns det mer överkomliga sätt att diagnostisera sensorn.

Diagnostik med multimeter

Först är multimetern inställd på likströmsmätningsläge (växel för 20V). Proceduren utförs i följande ordning:

• Den pansarvajern kopplas bort från distributören. Den är ansluten till massan så att du, som ett resultat av diagnostik, inte startar bilen av misstag;
• Tändningen är aktiverad (nyckeln vrids hela vägen, men starta inte motorn);
• Kontaktdonet tas bort från distributören;
• Multimeterns negativa kontakt är kopplad till bilens massa (kaross);
• Sensorkontakten har tre stift. Multimeterns positiva kontakt är ansluten till var och en av dem separat. Den första kontakten ska visa ett värde på 11,37V (eller upp till 12V), den andra ska också visas i 12V-regionen och den tredje - 0.

Därefter kontrolleras sensorn i drift. För att göra detta måste du göra följande:

• Från trådinföringssidan förs metallstiften (till exempel små spikar) in i kontakten så att de inte rör varandra. En sätts in i mittkontakten och den andra i den negativa ledningen (vanligtvis vit);
• Kontaktdonet glider över sensorn;
• Tändningen tänds (men vi startar inte motorn);
• Vi fixar testarens minuskontakt på minus (vit ledning) och pluskontakten till mittstiftet. Arbetsgivaren ger en avläsning på cirka 11,2 V;
• Nu måste assistenten vev vevaxeln med startmaskinen flera gånger. Multimeteravläsningen varierar. Observera minimi- och maxvärdena. Den nedre stången bör inte överstiga 0,4V och den övre bör inte falla under 9V. I det här fallet kan sensorn betraktas som användbar.

Motståndstest

För att mäta motstånd behöver du ett motstånd (1 kΩ), en diodlampa och ledningar. Ett motstånd löds på glödlampans ben och en ledning är ansluten till den. Den andra ledningen är fäst vid glödlampans andra ben.

Kontrollen utförs i följande ordning:

• Ta bort fördelarhöljet, koppla bort blocket och kontakterna på själva distributören;
• Testaren är ansluten till plint 1 och 3. Efter att tändningen har aktiverats ska displayen visa ett värde i området 10-12 volt;
• På samma sätt är en glödlampa med motstånd ansluten till distributören. Om polariteten är korrekt tänds kontrollen;
• Därefter är ledningen från den tredje terminalen ansluten till den andra. Sedan vrider assistenten motorn med hjälp av startmotorn;
• En blinkande lampa indikerar en fungerande sensor. Annars måste den bytas ut.

Skapa en simulerad Hall Controller

Denna metod låter dig diagnostisera hallsensorn i frånvaro av en gnista. Remsan med kontakter kopplas bort från distributören. Tändningen är aktiverad. En liten tråd ansluter sensorns utgångskontakter till varandra. Detta är en slags hallsensorsimulator som skapade impulsen. Om det samtidigt bildas en gnista på mittkabeln är sensorn ur funktion och den måste bytas ut.

Felsökning

Om du vill reparera hallsensorn med egna händer måste du först köpa en så kallad logisk komponent. Du kan välja det i enlighet med modell och typ av sensor.

Själva reparationen utförs enligt följande:

• Ett hål görs i mitten av kroppen med en borr;
• Med en kontorskniv skärs ledningarna till den gamla komponenten, varefter spår läggs för nya ledningar som kommer att anslutas till kretsen;
• Den nya komponenten sätts in i huset och ansluts till de gamla stiften. Du kan kontrollera rätt anslutning med en styrdiodlampa med ett motstånd på en kontakt. Utan magnetens inflytande bör ljuset slockna. Om detta inte händer måste du ändra polariteten.
• Nya kontakter måste lödas till enhetsblocket;
• För att säkerställa att arbetet utförs korrekt bör du diagnostisera den nya sensorn med ovanstående metoder;
• Slutligen måste huset tätas. För att göra detta är det bättre att använda värmebeständigt lim, eftersom enheten ofta utsätts för höga temperaturer;
• Styrenheten monteras i omvänd ordning.

Hur byter jag ut sensorn med egna händer?

Inte alla bilentusiaster har tid att reparera sensorer manuellt. Det är lättare för dem att köpa en ny och installera den istället för den gamla. Denna procedur utförs enligt följande:

• Först och främst måste du ta bort polerna från batteriet;
• Distributören tas bort, blocket med ledningar kopplas bort;
• Distributörens hölje tas bort;
• Innan du demonterar enheten är det viktigt att komma ihåg hur själva ventilen var placerad. Det är nödvändigt att kombinera timingmärken och vevaxeln;
• Fördelaraxeln tas bort;
• Hallsensorn i sig är frånkopplad;
• En ny installeras istället för den gamla sensorn;
• Enheten monteras i omvänd ordning.

Den senaste generationens sensorer har en lång livslängd, så frekvent byte av enhet krävs inte. Vid service på tändsystemet måste du också vara uppmärksam på denna spårningsenhet.

Video om ämnet

Sammanfattningsvis, en detaljerad översikt av enheten och principen för driften av Hall-sensorn i en bil:

Vad är en HALL SENSOR. Hur det fungerar och hur det är upplagt

Frågor och svar:

Vad är en hallsensor? Detta är en enhet som reagerar på utseendet eller frånvaron av ett magnetfält. Optiska sensorer har en liknande funktionsprincip, som reagerar på ljusstrålens inverkan på en fotocell.

Var används hallsensorn? I bilar används den här sensorn för att detektera hastigheten på ett hjul eller en specifik axel. Denna sensor är också installerad i de system där det är viktigt att bestämma positionen för en viss axel för synkronisering av olika system. Ett exempel på detta är vevaxeln och kamaxelsensorn.

Hur kontrollerar jag hallsensorn? Det finns flera sätt att kontrollera sensorn. Till exempel, när det finns ström i tändsystemet och tändstiftet inte avger någon gnista, på maskiner med en kontaktlös fördelare tas fördelarlocket bort och pluggblocket tas bort. Sedan slås tändningen på bilen på och kontakterna 2 och 3. stängs. Högspänningskabeln måste hållas nära marken. Just nu ska en gnista dyka upp. Om det finns en gnista, men det finns ingen gnista när sensorn är ansluten, måste den bytas ut. Det andra sättet är att mäta sensorns utspänning. I gott skick bör denna indikator ligga i intervallet från 0.4 till 11V. Den tredje metoden är att sätta en känd fungerande analog istället för den gamla sensorn. Om systemet fungerar är problemet i sensorn.