Что такое датчик Холла и как его применяют

В современной электронике используется множество элементов, работа которых строится на взаимодействии электрического тока и магнитных полей. Статья даст подробное описание — что такое датчик Холла, какие виды датчиков существуют и зачем он используется в автомобилях.

Также будет приведена схема подключения и способ проверки таких датчиков различными способами.

Эффект Холла

Первооткрывателем явления образования разности электрических потенциалов при взаимодействии магнитного поля и электрического тока был физик Эдвин Холл. Он проделал простой эксперимент с пластиной из золота. Эксперимент проводился следующим образом:

1. Грани золотой квадратной пластины помечались буквами A, B, C, D.
2. К граням «D» и «B» был подключен источник электрического тока.
3. Пластина под напряжением помещалась между двумя магнитами.
4. При взаимодействии пластины с магнитным поле, на гранях «A» и «C» появлялся электрический ток с очень маленьким напряжением.

Этот эффект основывается на простом физическом законе: при воздействии силы Лоренца на носитель заряда, на его выводах образуется разность потенциалов.

Простейший датчик на эффекте Эдвина Холла не использовался до момента применения элементов из германия, кремния и других соединений, которые могут взаимодействовать с магнитным полем.

Разновидности

Применение датчиков Холла довольно обширное, они используются во многих сферах промышленности. Существуют две основные разновидности этих устройств, каждая из которых имеет свои особенности срабатывания, сферы использования.

Цифровые

Цифровые датчики Холла используют при работе принцип взаимодействия электромагнитного поля с чувствительными металлическими элементами (контактами).

Принцип работы датчика основан на образовании или преломлении имеющегося сигнала в момент его взаимодействия с магнитным полем. Цифровые типы устройств делятся на 2 основных вида:

1. Униполярный тип. Принцип действия таких устройств строится на работе при наличии магнитного поля одной полярности, например, +. Если полярность отсутствует или элемент попадает под воздействие магнита иной полярности (–), контакты датчика размыкаются, а элемент отключает цепь.
2. Биполярные. Датчик Эдвина Холла биполярного типа работает за счет изменения полярности магнитного поля. Например, при одной полярности работает на включение, а при воздействии другой он отключается.

Устройство цифрового датчика Холла довольно простое, а работает он за счет небольшого по величине напряжения. Датчики Холла могут дополняться внешним усилителем, регулятором или преобразователем напряжений. Дополнительно в схеме могут присутствовать логические переключатели.

Цифровые устройства Холла нашли свое применение в автомобилестроении. На их основе производятся, например, измерители скорости, распределители зажигания. Такими устройствами в наше время оснащаются электрические велосипеды, самокаты. Здесь основное назначение прибора — это считывание количества оборотов ротора электродвигателя за единицу времени.

Аналоговые или линейные

Линейные или аналоговые устройства довольно сильно отличаются от цифровых. Принцип работы эти элементов зависит от величины воздействия магнитного поля на пластину. Чем больше воздействие, тем выше выходное напряжение. Кроме того надо не забывать о том, что величина напряжения может расти только до определенной величины.

Это обуславливается тем, что магнитное поле пластины увеличивается до определенной величины, а потом рост этого поля и электрического напряжения на отводах прекращается. Таким образом будет невозможно получить более высокое напряжение на выходе за счет увеличения напряжения на вводе или использования более мощного постоянного магнита.

Магнитный линейный датчик Холла используется в бесконтактных измерительных приборах. Для примера, токовые клещи, измеряющие силу тока бесконтактным способом, оснащаются подобными устройствами. Так же подобное линейное устройство может выступать в качестве датчика тока, измерителя углов поворотов или вибраций.

Датчик в автомобиле

Применение датчика Холла получило довольно большое распространение в автомобильной промышленности. Далее будет дано описание — для чего нужен и как работает датчик Холла автомобиля ВАЗ.

Датчик Холла нашел свое применение в системе зажигания таких автомобилей. Состоит устройство из следующих элементов:

1. Самого датчика.
2. Постоянного магнита.
3. Металлической пластины с прорезями.

Автомобильный датчик Холла и его принцип работы будут следующим:

1. Вращение вала двигателя передается на распределитель.
2. К элементу подводится электрическое напряжение.
3. При вращении распределителя, прорези его пластины инициируют размагничивание датчика, а значит в этот момент происходит разъединение контактов. При этом ток не поступает на катушку зажигания.
4. После прохождения прорезей, магнит вступает во взаимодействие с металлической частью пластины. Магнит втягивает контакт внутрь устройства и замыкает его. Через замкнутый контакт ток проходит сначала к коммутатору, а потом уже к катушке зажигания и возбуждает ее. После разряда, ток попадает в распределитель и от него поступает на каждый цилиндр.

Так как автомобиль оснащается 4 цилиндрами, то распределительная пластина имеет только четыре прорези (по одной на каждый цилиндр). От датчика на коммутатор поступает импульсное напряжение. Его частота зависит от скорости вращения самого двигателя. Если напряжение поточное, значит датчик находится постоянно в замкнутом состоянии. Такой вариант указывает на наличие неисправности.

Датчик холла ВАЗ оснащается только 3 контактными проводами. Распиновка проводки устройства будет следующая:

1. Красный провод используется для питания датчика. В соединительном штекере он обозначается цифрой «1» или «+».
2. Далее идет провод зеленого цвета. По нему поступает импульсное напряжение от датчика к коммутатору. Он имеет обозначение «2» или выход.
3. Последний провод — черный или черно-белый, который является массой или «минусом». Подключается непосредственно к массе самого автомобиля.

Подключение данного устройства в карбюраторных моделях автомобилей довольно простые. А вот в инжекторных моделях подключение такого датчика предполагает перенаправление импульса сначала на ЭБУ, а только потом на привод распределения зажигания. Ниже в статье будет приведен датчик Холла и его схема подключения в автомобиле ВАЗ.

Проверка работоспособности

Очень часто автомобилисты сталкиваются с тем, что распределитель зажигания начинает работать неправильно. Проверить работу датчика можно с помощью следующего способа:

1. Мультиметр перевести на режим измерения постоянного тока до 20 вольт.
2. Разъединить штекер питания.
3. К красному разъему подвести провод от аккумуляторной клеммы «+».
4. К третьему контакту подвести провод от массы или минуса аккумулятора.
5. Красный измерительный щуп тестера соединить с центральным выводом штекера.
6. Черный измерительный щуп соединить с массой автомобиля. Можно так же соединить его с любой металлической деталью автомобиля.
7. Провернуть двигатель стартером.

Исправно работающий датчик должен выдать импульсное напряжение около 12 вольт. При таком измерении нужно помнить о том, что делать это надо в течение нескольких секунд. Это позволит убедиться, что намагничивающийся контакт срабатывает непрерывно и никаких сбоев в его работе нет.

Ели мультиметра под рукой нет, то заменить его можно обычной лампой накаливания на 12 вольт. Ее нужно подключить таким же образом к контакту «2» и массе. При правильной работе устройства, лампа будет мигать. Частота мигания лампы будет зависеть от скорости вращения стартера.

Второй способ проверки подразумевает использование внутреннего сопротивления. Для начала стоит демонтировать устройство, и отсоединить штекер питания. Далее необходимо будет выполнить такие шаги:

1. Мультиметр перевести в режим проверки сопротивления.
2. Красный щуп соединить с «+» контактом на штекере.
3. Черный измерительный щуп соединить с центральным импульсным выводом.
4. Подвести к датчику постоянный магнит.

Измеряемый элемент должен выдавать показания сопротивления только в том случае, если на него воздействует магнит. Если никаких показаний при любых воздействиях нет, то такой элемент считается неисправным. Очень часто причина поломки подобных устройств — это загрязнение, которое влияет на прохождение магнитного поля.

В автомобиле имеются датчики скорости. Инжекторные модели автомобилей ВАЗ оборудуются этими устройствами. Их основное назначение — считывание количества оборотов за единицу времени. Датчик находится непосредственно на корпусе коробки передач и взаимодействует с маховиком, который имеет определенное количество зубьев на своем венце. В определенном месте маховика отсутствует один из зубьев. Именно на этот промежуток и реагирует магнит. Его размагничивание приводит к тому, что разъединяются контакты, возникает импульсный сигнал, который затем передается на ЭБУ. Датчики скорости и зажигания работают в синхронном режиме. Сигналы от этих устройств поступают на ЭБУ, который проверяет количество этих сигналов за единицу времени и вычисляет скорость движения автомобиля.

Проверка электронного датчика

При неправильной работе электронных датчиков, потребуется их демонтаж и проверка. Проведем проверку на примере биполярного цифрового датчика, использующегося в электронных измерительных приборах. Для начала расскажем, как устроен такой элемент:

1. Первый его вывод является «+» или входом.
2. Второй контакт является минусом.
3. Третий контакт — импульсный выход.

Для проверки устройства потребуется собрать довольно простую схему. Нужными элементами для такой схемы будут:

1. Светодиодная лампа 3 вольта.
2. Резистор 1кОм в качестве токоограничителя.

Далее необходимо собрать все элементы в единую схему:

1. К первой ножке датчика припаять анод лампы.
2. Катод лампы соединить с выводом резистора.
3. Второй вывод резистора соединить с третьей ножкой датчика.

Потом потребуется блок питания на 5 вольт. Надо будет подключить датчик к этому блоку питания следующим образом:

1. «+» блока к «+» элемента.
2. «минус» блока соединяется с центральной ножкой.

Исправный прибор должен пропустить через себя определенную величину напряжения. При этом сам светодиод должен включится. Затем нужно взять постоянный магнит и подвести его к устройству. При одной полярности лампа должна продолжать гореть, а после смены полярности магнита (необходимо просто перевернуть его) лампа потухнет. Также можно сделать дополнительный тест и узнать, на каком расстоянии происходит отключение лампы.

Мобильный телефон

Датчик тока на простом эффекте Холла используется и в мобильных телефонах. В этих устройствах элемент отвечает за измерение величины магнитного поля, воздействующего на телефон.

Датчик Холла используется в мобильниках — для формирования показаний компаса, удаленного управления, взаимодействия с различными аксессуарами.

Например, за счет его взаимодействия с крышкой телефона происходит включение и отключение дисплея. Принцип действия датчика будет в этом случае следующим. На чехле телефона устанавливается постоянный магнит. При закрытии крышки смартфона, уровень воздействия магнитного поля возрастает и экран отключается. После открытия крышки, магнит удаляется от устройства и его экран включается. Получается, что такой датчик интегрирован непосредственно в схему питания экрана смартфона.

Заключение

В статье было дано максимально подробное описание датчика Холла. Теперь вы знаете, для чего он нужен и где его применяют. Кроме того было описано, как работает датчик Холла в различных электронных цепях и какие виды этих устройств существуют. Такие устройства широко используются во многих электронных схемах. Он может служить в качестве переключателя; использоваться для различных измерений; а так же применяться для включения и отключения приборов.

Видео по теме