Jak funguje Hallův senzor a jaký je princip jeho činnosti?

Hallův snímač (proudový, fázový) zaznamenává kolísání magnetických polí, zejména vznikajících s proudy, a jejich intenzitu, což je vyžadováno u extrémně široké řady zařízení pro sledování polohy jejich uzlů. V chytrém telefonu zajišťují chod kompasu a chytrých pouzder proudové senzory. U automobilů se měří úhel vačkových hřídelů, klikových hřídelí, zážehový moment, parametry otáčení kol a přiblížení k objektům. Stále častěji se místo jazýčkového spínače instalují fázové snímače. Podívejme se, co je Hallův senzor, jak funguje a typy s popisem, kde se používají.

Základní informace

Začněme základními informacemi: kde je Hallův senzor umístěn, co to je, k čemu slouží. „Nahý“ senzor je malý metr (senzor, detektor), téměř vždy černý (barva závisí na preferencích výrobce), o velikosti několika milimetrů. Automobilové produkty mají poměrně velký plastový ochranný box, „čip“ s kabelem s připojovacím konektorem.

Fázový snímač monitoruje magnetická pole a jejich parametry (sílu), přičemž vytváří specifikované provozní algoritmy (spínací kontakty atd.).

Dotyčné senzory byly pojmenovány po vědci Hallovi, který zjistil, že rozdíl potenciálů (Hallovo napětí) nastává, když jsou objekty se stejnosměrným proudem umístěny do pole.

Automobilový proudový snímač je umístěn v rozdělovači – jednotka pro připojení zapalovacích svíček je skryta plastovým čipem se třemi vodiči a konektorem pro ně. Na jiných zařízeních jej lze umístit kamkoli. Obvykle na deskách plošných spojů je to malá černá krabička, obvykle se 3, méně často – 4 nohami. Lineární Hallovy senzory připomínají mikroobvod. Výrobek je také identifikován podle označení; označení jsou v referenčních knihách rádiových komponentů (běžné jsou S41, 41F, U18, 3144, 44E, 49E).

Když proud teče jedním směrem, elektrony jsou vychylovány ve vodičích umístěných kolmo k poli. Jejich plochy mají nerovnoměrnou hustotu částic, to je rozdíl potenciálů zaznamenaný Hallovým senzorem. Je možné analyzovat napětí v pravém úhlu k proudu.

Existuje také zjednodušený senzor Hallova efektu, jako například u smartphonů: pouze s funkcí potvrzení přítomnosti magnetických jevů se napětí neanalyzuje. Na základě jednotky, která obsahuje senzor a magnetometr, je telefon vybaven možností kompasu.

Jak to funguje

Princip fungování Hallova senzoru:

• Při průchodu proudu se elektrony pohybují lineárně senzorem.
• Při vystavení poli jsou částice s nábojem vychylovány Lorentzovou silou po zakřivené dráze.
• Záporně nabité prvky, známé také jako elektrony, jsou přitahovány k jedné straně Hallova senzoru a kladné prvky (díry) jsou přitahovány ke druhé.
• Popsaná akumulace v různých segmentech vytváří různá napětí, to je rozdíl potenciálů. Úměrnost výsledného napětí k elektrickému proudu a intenzitě pole je přímá. Tyto konečné jevy jsou sledovány senzorem, na principu se určuje poloha objektů, které jsou pod jejich kontrolou.

Kde se uplatňují

Fázové senzory se do konstrukcí začaly instalovat zhruba 75 let po jejich vynálezu, kdy byly k dispozici technologie pro vytváření polovodičových filmových materiálů.

Typické oblasti použití Hallových senzorů:

• první oblastí, kde se začalo používat, bylo strojírenství, pro měření úhlů vačkových hřídelů, klikových hřídelí a zjišťování jisker na zapalovacích jednotkách;
• spínače (bezkontaktní), analyzátory hladin látek, rychlosti otáčení lopatek, zařízení pro dálkovou detekci proudů;
• skenování magnetických symbolů;
• jako náhrada jazýčkových spínačů (jističe se zapínacími kontakty přes magnet). V této oblasti jsou popisovaná zařízení vzhledem k velkému množství zařízení nejčastější: mikroelektronika, zařízení od sluchátek po manipulátory, klávesnice, ve výtazích, zabezpečovací zařízení (dveře, uzamykací prvky).

Ve smartphonu

Hallův senzor v chytrém telefonu se používá k následujícím účelům:

• jako součást kompasu, magnetometru;
• pro monitorování zavírání/otevírání pouzdra s magnetickou západkou sledováním zeslabení/zvýšení pole;

Proč je potřeba hall senzor ve smartphonu si popíšeme na krytu. Při oddálení magnetu od detektoru dojde k impulsu k aktivaci displeje, při přiblížení jej vypne. Řada takových pouzder je samostatný typ produktu, obvykle nazývaný Smart Case. Existují také doplňkové funkce, jejich princip fungování je následující: pokud je v blízkosti displeje použit kryt bez oken, detektor při zavření vypne obrazovku a automaticky se aktivuje při otevření. Pokud jsou k dispozici okna, spustí se přepínání obsahu na displej. Na viditelné ploše jsou hodiny atd., na celém displeji veškeré informace.

Ne všechny smartphony mají popsané vylepšení a výrobci to ne vždy uvádějí v seznamu možností, takže musíte tento parametr objasnit. Pokud ale doporučené příslušenství obsahuje poznámku o vhodném z kategorie Smart Case, pak tato možnost existuje.

Typy Hallových snímačů

Pro usnadnění zvažujeme odrůdy v tabulce:

Kde a proč se používají analogová zařízení:

• v ABS (protiblokovací brzdové systémy);
• ovládání motoru (ochrana, indikace);
• zařízení pro detekci výkonu, vibrací, železných kovů v detektorech;
• sledování pohybu (přiblížení/vzdálenost, například při parkování);
• měření průtokových parametrů látek a struktur;
• při úpravě napětí;
• do měření se zapojují fázové snímače umístěné na proudových kleštích (Tong Testery).

• Hallův snímač je v autě zodpovědný za sledování polohy klikových hřídelí pro úhel zážehu zapalovacích svíček a ventilů;
• v optice řídí polohu čočky;
• určení umístění sedadel v autě, stavu bezpečnostních pásů a airbagů;
• bezdrátová komunikace, mobilní počítače (smartphony, tablety, notebooky);
• v přístrojích pro stanovení tlaku;
• senzory v systému parkovacích senzorů, podobná zařízení pro detekci přibližování/odjíždění;
• analyzovat parametry toku.

Výhody a nevýhody

výhody:

• univerzálnost (určují současně polohu, směr atd.);
• odolnost proti opotřebení. Neobsahují žádné pohyblivé části, jsou to pevná, odolná zařízení, poskytující extrémní odolnost;
• téměř úplná nezávislost na potřebě údržby;
• Snímač proudu Hallova jevu pracuje při vibracích, v prašných, vlhkých, agresivních podmínkách a při vysokých teplotách.

nevýhody:

• standardní zařízení mají maximální vzdálenost k měřenému proudu asi 10 cm Ale vše závisí na magnetu: pokud je silný a vytváří široké pole, pak se vzdálenost zvyšuje;
• charakteristickou „nemocí“ je přesnost, protože existuje závislost na magnetickém poli a další vnější podobné jevy mohou způsobit zkreslení. Totéž platí pro vysoké teploty, protože mění odpor vodičů a tím i pohyblivost nosičů náboje, ale zde trpí citlivost. To je však vzácné nebo je účinek obecně zanedbatelný, nijak zvlášť to neovlivňuje práci.

V autech

Hallova čidla se do vozidel montují od 70.–80. let minulého století, kdy se začalo zavádět elektrické zapalování místo kontaktního zapalování. Princip činnosti: Hřídel motoru se otáčí s oběžným kolem procházejícím štěrbinami tělesa, což je detekováno detektorem, který vyšle příkaz spínači, který odblokuje tranzistor, který dodává napětí do zapalovacího prvku s vinutím. Ten vytváří vysoké napětí pro zapalovací svíčku.

Výstavba

Krabička, „čip“ se třemi kontakty, třemi vodiči a připojovacím konektorem – to je klasické zařízení pro automobilové snímače Hallova jevu. Mezi jednotlivými modely se liší pouze drobné detaily. Tento návrh, který bere v úvahu nuance obsluhovaných objektů, lze považovat za obecný model.

Hallův senzor, zařízení, obvod:

• „zem“ (karosérie), to je „–“ nebo pracovní nula;
• „+“, fungující provozuschopné produkty tam mají asi 6 V;
• kontakt pro transport impulsu ke spínači.

Proudové senzory pro elektronické zapalování mají následující výhody:

• neexistuje žádná neustále hořící volumetrická kontaktní jednotka;
• na svíčce nad 30 kV versus 15 kV, což je mnohem lepší;
• senzory jsou instalovány na brzdových systémech, protiblokovacích brzdových systémech a tachometrech, takže existují důležité další výhody: zvyšuje se výkon spalovacího motoru, všechny systémy automobilu zrychlují a pracují efektivněji. V důsledku toho se zvyšuje snadnost použití a bezpečnost.

Připojení velkých elektrických zátěží

Výstupní výkon Hallova senzoru je velmi nízký (10–20 mA), v důsledku čehož nemůže přímo řídit vysokou elektrickou zátěž. Problém je vyřešen zcela jednoduše: zapojení se provede přidáním tranzistoru NPN do zařízení, kterým proud teče na výstup. Zadaná část funguje jako přijímač, když je saturovaná, aktivuje se jako spínač. Tranzistor uzemní výstupní kontakt a tím jej sepne, když se zvýší hustota toku nastavených hodnot pro „on“.

Existují různé konfigurace tranzistorového spínače, ale hlavní věc je, že zařízení poskytuje 2-cyklový výstup, který mu umožňuje odebírat požadovaný proud pro ovládání velkých zátěží.

Porucha snímače proudu

Časté poruchy a známky poruchy Hallova senzoru:

• motor nenastartuje, přerušení startování;
• nestabilní volnoběh;
• Při vysokých rychlostech dochází k škubání (běžné znamení), vozidlo se zastaví.

Vadný snímač může zkratovat pouzdro a způsobit problémy se zapalováním.

Nevýhodou diagnostiky je, že uvedené příznaky mohou být charakteristické i pro poruchy jiných komponent. Tato okolnost je částečně zmírněna metodami, které nejsou příliš složité a mohou je provádět uživatelé se základními znalostmi technologie.

Test Hallova senzoru

Existuje několik možností, jak zkontrolovat Hallův senzor a jak analyzovat funkčnost. Vyberte si nejdostupnější metodu nebo takovou, která vyhovuje převládajícím podmínkám – všechny metody jsou účinné

Musíte vědět, jak vypadá Hallův senzor, kontrola také znamená vědět, jak funguje pinout.

Simulace dostupnosti

Postup je nejrychlejší, vhodný, když je elektrické zapalování pod proudem, ale není jiskra.

• 3kolíkový blok je odstraněn z rozdělovače.
• Zapněte zapalování auta.
• Připojte (spojte kabelem) kontakty (svorky) 3 a 2. První je „–“, druhý je „+“ pro signál.
• Přesuňte dráty a rychle je připojte/odpojte od kontaktů. Existuje jiskra – snímač je rozbitý. Vysokonapěťový drát je držen blízko země.

Kontrola pomocí multimetru

Testování Hallova čidla pomocí multimetru umožňuje zjistit, zda samotný napájecí obvod ve výrobku funguje správně.

Jak zkontrolovat Hallův senzor na VAZ pomocí testeru:

1. Převeďte tester na analýzu napětí (voltmetr) s rozsahem od 0 do 15 V.
2. Zařaďte čtvrtý rychlostní stupeň a pomocí zvedáku kolo mírně nadzvedněte (stačí na to, aby se roztočilo).
3. Připojte tester k senzoru, otáčejte kolečkem a sledujte displej.
4. Změřte výstupní parametry: pracovní kopie je má v rozsahu 0,4–11 V.

Chcete-li zkontrolovat, zda není přerušený obvod, nastavte tester do režimu „kontinuity“. Jedna sonda ke kontaktu na čipu, druhá k příslušné noze snímače. Tato metoda testuje pouze jádra kabelu, nikoli vnitřní strukturu samotného senzoru. Neexistuje žádná přestávka – bzučák (pokud existuje) a skok v číslech blízkých nule (0,001 a podobně); je přestávka – 1.

Možnosti testování obvodů multimetrem a voltmetrem:

Náhrada za pracovní kopii

Pracovní předmět můžete dodat, pokud máte náhradní, nebo si jej půjčit. Pokud problém přetrvává, je stará kopie rozbitá, ale je vhodné se ujistit, že je zcela rozbitá, a znovu ji vložit po vyčištění kontaktů.

Komplexní metoda

Tento postup pro kontrolu Hallova senzoru je složitější než předchozí, ale pokud máte průměrné znalosti elektrotechniky, je snadné jej použít. Pointa: zkontrolujte, zda existuje odpor.

Chcete-li to provést, musíte udělat jednoduchý uzel. Sestavte obvod s LED, rezistorem (1 kOhm) a baterií Krona (9 V). K pochopení stačí grafický diagram:

Udělej si sám Hallův senzor s pomocným zařízením se kontroluje následovně:

• Diodová noha je opatřena odporem (je připájen odpor), jsou k ní připojeny 2 vodiče, nejlépe delší. Odstraňte kryt rozdělovače, odlomte rozdělovač a zásuvkovou skříň. Analyzují elektrický obvod: testovací sondy (postačí voltmetr) ke svorkám 1 a 3, poté zapálení. Provozuschopnost – 10–12 V na displeji;
• podobně je sestrojená konstrukce připojena ke stejným svorkám. Pokud je polarita správná, objeví se světlo, pokud ne, vodiče jsou přeskupeny;
• Kabeláž na svorce 1 nenarušujeme; konec s 3 je hozen na volnou 2;
• otočte vačkovým hřídelem (ručně, pomocí startéru): kontrolka bliká – vše je v pořádku, pokud ne, musíte vyměnit Hallův měřič.

Na většině vozidel jsou Hallovy senzory testovány podobně, jak je popsáno.

Výměna

Podívejme se na standardní postup výměny Hallova čidla VAZ. Proces je jednoduchý i pro začínající automobilové nadšence.

Postup výměny Hallova snímače:

1. Vyjměte rozdělovač a demontujte jeho kryt.
2. Vyrovnejte značky mechanismu distribuce plynu a klikového hřídele.
3. Odstraňte upevňovací prvky pomocí klíče. V tomto případě se doporučuje označit a zapamatovat si (vyfotografovat smartphonem) polohu distributora.
4. Svorky a zarážky v pouzdře jsou také demontovány.
5. Vyjměte hřídel z rozdělovače.
6. Odpojte kontakty svorek, odšroubujte montážní šrouby a vytáhněte detektor skrz štěrbinu.
7. Připojte snímač správně – postupujte v opačném pořadí.

V autě jako takovém není žádné schéma zapojení, protože snímač má napájecí kabel se zástrčkou, to znamená, že tam již je kolík a čip je vybaven „nepropustnou ochranou“ a klíči (výčnělky), které způsobují nesprávnou instalaci nemožné. Skříň detektoru má otvory pro montážní šrouby.

V jiných zařízeních je snímač Hallova efektu připájen podle umístění nožiček a kontaktů pod nimi na desce. Pokud však vezmete „holý“ snímač a pokud je tam pouzdro, uspořádání kontaktů je podobné. Potřebná noha pro připájení k desce se určí jednoduše, jako na obrázku níže.

Opravit

Nemá smysl opravovat Hallovy senzory, protože náklady na to převýší jejich cenu, která se pohybuje v rozmezí 3–5 USD.

Pokud ze zvědavosti chce někdo opravit, můžete to zkusit pro automobilové výrobky, ale oprava se nebude týkat samotného jádra snímače, ale „čipu“ a kabelu: kondenzátor často vyhoří , to a dráty mohou být přepájeny. Příčina poruchy může spočívat v kyselých kontaktech, jsou vyčištěny.

Související videa