Autokombi.ru

Авто-портал
19 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик Холла – принцип работы из школьного курса физики

Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики

Среди элементов радиоэлектроники, автоматики, а также измерительной техники, датчик Холла, принцип работы которого основан на одноименном эффекте, занимает особое место. Смысл упомянутого эффекта заключается в том, что при помещении проводника в магнитное поле появляется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой будет перпендикулярным полю и току. Как же это используется в автомобиле?

  • 1 Датчик Холла – принцип работы и назначение
  • 2 Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса
  • 3 Датчик Холла и особенности эксплуатации

Датчик Холла – принцип работы и назначение

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Во многих случаях этот прибор размещается в трамблере и отвечает за образование искры, то есть он используется вместо контактов. Нередко данный прибор применяется для слежения за током нагрузки. С его помощью производится отключение при возникновении токовых перегрузок. В случае перегревания датчика происходит срабатывание температурной защиты. Резкое изменение напряжения может иметь для устройства тяжелые последствия. Поэтому в последних моделях устанавливается внутренний диод, препятствующий обратному включению напряжения.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.

Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики

Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики

Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики

Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса

Классическое устройство датчика Холла на практике – тонкий полупроводниковый листовой материал. При прохождении через него постоянного тока на краях листа образуется сравнительно невысокое напряжение. Если под прямым углом поперек пластинки проходит магнитное поле, то на краях листа происходит усиление напряжения, которое находится в прямо пропорциональной зависимости с магнитной индукцией. Датчик Холла является одной из разновидностей датчиков импульсов, создающих электрические импульсы с низким напряжением. Благодаря своим качествам, этот элемент широко применяется в бесконтактных системах зажигания.

Мы рассмотрели, какой имеет датчик Холла принцип работы, схема его пока что нам не ясна. Она включает в свой набор постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой и стальной экран, имеющий прорези. Стальной экран через прорези осуществляет пропуск магнитного поля, благодаря чему в пластине из полупроводников начинает возникать напряжение. Сам экран не пропускает магнитного поля, поэтому, когда прорези и экран чередуются, происходит создание импульсов низкого напряжения.

При конструктивном объединении этого датчика с распределителем получается единое устройство – трамблер, выполняющий функции прерывателя-распределителя зажигания.

Датчик Холла и особенности эксплуатации

Когда в конструкции авто активно эксплуатируется датчик Холла, схема подключения его требует регулярных проверок и профилактического обслуживания. Главное еще и не навредить во время таких проверок, поэтому отсоединение разъема кабеля от датчика должно в обязательном порядке производиться при выключенном зажигании. Иначе элемент может просто выйти из строя, ремонтировать его нет смысла, потребуется замена.

Читайте так же:
Что такое двигатель GDI

Проверить правильность схемы можно следующим образом: при вращении коленчатого вала и, соответственно, вала распределителя должен попеременно загораться и гаснуть контрольный светодиод, указывающий на наличие сигнала. Запрещается проверять датчик с помощью обычной контрольной лампы. Особое внимание во время работы устройства следует обращать на чистоту и надежность в разъеме и контакте штекеров. Необходимо помнить, что датчик Холла нельзя использовать в обычной системе зажигания.
Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики

Датчик Холла – принцип работы из школьного курса физики

В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Датчик Холла Эффект Холла Токоизерительные клещи датчик Холла с выводами Смартфон с умным чехлом Ардуино с датчиком Холла Датчик Холла

Достоинства сенсоров Холла

Специалисты отмечают следующие ряд достоинств датчиков Холла:

  1. Долгий срок службы (для клавиатуры – 30 млрд. нажатий).
  2. Отсутствие подвижных частей (твердотельная электроника), что явно упрощает конструирование с высокими требованиями к вибрациям и ударам.
  3. Возможность работы на частотах изменения магнитного поля до 100 кГц.
  4. Простое совмещение с логическими уровнями сигналов цифровой техники.
  5. Широкий диапазон рабочих температур (от минус 40 до плюс 150 градусов Цельсия).
  6. Высокая повторяемость измерений, что позволяет легко тарировать приборы на основе датчиков Холла.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Читайте так же:
Категория В1: какие машины можно водить

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые приборы.

Есть два типа датчиков Холла:

  • 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.
  • Аналоговыйвид 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.


Цифровой датчик Холла.

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.

Будет интересно➡ Кварцевые резонаторы — принцип работы и сфера применения

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.
Читайте так же:
Прогрев двигателя автомобиля – напрасна ли забота?

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.


Датчик Холла в смартфоне.

Особенности применения датчика Холла в автомобиле

В машине датчик Холла работает по принципу обычного ключа – замыкателя и размыкателя. Магнит при этом вращается в трамблере и влияет на закрепленный стационарным способом сам датчик. Когда последний начинает «чувствовать» магнитное поле, он начинает подавать импульсы, которые, в свою очередь, вызывают искру для зажигания. Для автомобиля датчик Холла является одним из ключевых элементов системы его зажигания и присутствует в любой модели независимо от комплектации и стоимости.

Иногда этот прибор может применяться в цифровых автомобильных спидометрах или тахометрах, а также применяться для проверки скорости движения передаточных данный и с целью контроля работы антиблокировочной системы машины.

Кроме того, данный агрегат отличается высокой надежностью. Он способен работать далеко не один год, а ломается, как правило, из-за сильного физического воздействия или вследствие сильных загрязнений. Очень часто датчик устанавливается так, чтобы его можно было с легкостью в любой момент снять и сменить. Исключение составляют только те приборы, которые используются для контроля наиболее сложных автомобильных систем.


Применение датчика Холла в автомобиле

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1. Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2. Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3. Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля. Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля.

Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции. Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Читайте так же:
Предложенную реформу ОСАГО решено изменить

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Принцип работы датчика Холла

датчик Холла

Реле и датчики

Даже школьники знают, что существует огромное количество различных датчиков, которыми мы пользуемся ежедневно. К примеру, тот же термометр, который является датчиком измерения температуры. Но есть в технике достаточно своеобразные датчики, которые названы в честь людей, придумавших их. К примеру, датчик Холла – принцип работы его будем рассматривать в этой статье.

Датчик холла

Но перед тем как перейти к разбору данного прибора, необходимо ознакомиться немного с историей его появления. Итак, все началось очень давно в Америке, где известный физик Эдвин Холл экспериментировал с электричеством. Что он сделал?

Он взял золотую пластинку и стал через нее пропускать постоянный ток. Кстати, схема этого эксперимента обозначена на рисунке ниже. Так вот ток пропускался через грани, обозначенные буквами «В» и «D». После чего он установил пластинку в магнит, который располагался к ней перпендикулярно. И самое интересное оказалось тем, что между гранями «А» и «С» появился электрический потенциал, то есть, напряжение. С тех пор такой эффект стали называть в честь американского физика. А вот и обещанный нами рисунок.

принцип работы датчика холла

Сам Эдвин Холл на этом и остановился, а вот другие физики стали экспериментировать с этим физическим эффектом. Его в основном стали использовать в радиотехнике, изготавливая детали, в которых эффект Холла был основополагающим. Никто не стал заморачиваться с названием этих деталей, их стали называть по названию эффекта, то есть, датчиками Холла. Итак, что такое датчик Холла?

Читайте так же:
Щетка для мытья автомобиля – можно ли помыть машину самостоятельно?

Как работает датчик Холла

По сути, этот прибор изготовлен по типу щелевой конструкции. С одной стороны щели располагается магнит, с другой полупроводник, через который пропускается ток. Так вот на движущиеся электроны действует магнитное поле, которое изменяет их вектор движения.

Но тут возникает вопрос, какое напряжение может возникнуть в такой конструкции, насколько оно большое? Все будет зависеть от нескольких показателей, которые являются частями фот этой формулы:

Здесь понятно, что:

  • Uh – это само напряжение;
  • Rh – это так называемый коэффициент Холла;
  • Н – это напряжение, создаваемое магнитным полем;
  • I – это величина тока, проходящего по полупроводниковой пластине;
  • w – это угол между магнитным полем и проводником, в данном случае он составляет 90º, а sin90º=1;
  • d – это толщина пластины.

Принцип работы датчика

В этой формуле есть один показатель, который может привести в затруднение, это коэффициент Холла. Надо сказать, что данная величина определяется по таблицам, которые есть в свободном доступе в интернете. У каждого металла или сплава различные значения этого коэффициента. Для примера предложим ознакомиться с некоторыми из них.

  • золото – (-0,715 м³/К);
  • железо – +5,5;
  • алюминий – (-0,22).

Параметры эффекта Холла известны, на их основе и были изготовлены датчики, с помощью которых можно измерять силу тока в проводящем элементе. Кстати, на этом принципе изготавливаются клещи, с помощью которых измеряется сила тока в проводниках без соприкосновения инструмента с проводами. То же самое можно сказать и о приборах, с помощью которых измеряется магнитное поле. Все эти приборы относятся к категории линейных, потому что напряжение, возникающее в проводниковой пластине прямопропорционально параметрам, которые измеряются.

Проверка датчика на работоспособность

В современной цифровой технике датчики также используются. Их дополняют различными логическими элементами. Датчики такого типа делятся на три группы:

  • Униполярные – это когда прибор реагирует только на один полюс, а на другой не реагирует.
  • Биполярные – реагирует на два полюса только по-разному. Если поднести к датчику один полюс, он начинает работать и продолжает это делать, если полюс отвести от него. А вот на второй полюс он реагирует совершенно по-другому, прибор будет отключаться.
  • Омниполярные – реагирует на оба полюса, то есть, и включаются, и отключаются.

Заключение по теме

Итак, мы рассмотрели датчик тока на эффекте Холла, как он работает, и какие они бывают. Но у многих, наверное, возникает вопрос, чем же так хороши эти приборы? Во-первых, у них нет электромеханических контактов, которые со временем изнашиваются и требуют замены. Во-вторых, это теоретически бесконечное количество включений и выключений. Конечно, если учитывать подачу стабильного напряжения на проводник, а также придерживать определенную силу тока.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию