На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.
[contents]
Что такое датчик Холла в автомобиле
Датчик холла это небольшое устройство, которое имеет электромагнитный принцип действия. Даже в старых автомобилях советского автопрома эти датчики имеются – они управляют работой бензинового мотора. Если в устройстве появляются неисправности, двигатель в лучшем случае потеряет стабильность.
Они используются для работы системы зажигания, распределения фаз в газораспределяющем механизме и других. Чтобы понять, какие неисправности относятся к поломке датчика, следует разобраться с его устройством и принципом действия.
Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла
Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.
Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».
Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.
Где находится и как выглядит?
Эффект Холла нашел применение во многих системах автомобиля, таких как:
- Определяет положение коленчатого вала (когда поршень первого цилиндра окажется в верхней мертвой точке такта сжатия);
- Определяет положение распределительного вала (для синхронизации открытия клапанов в газораспределительном механизме в некоторых моделях современных ДВС);
- В прерывателе системы зажигания (на трамблере);
- В тахометре.
В процессе вращения вала двигателя датчик реагирует на величину прорезей зубцов, от чего образуется ток низкого напряжения, который поступает на коммутирующее устройство. Попадая в катушку зажигания, сигнал преобразуется в высокое напряжение, которое нужно для создания искры в цилиндре. Если датчик положения коленчатого вала неисправен, запуск мотора невозможен.
Подобный датчик стоит в прерывателе бесконтактной системы зажигания. Когда он срабатывает, происходит переключение обмоток катушки зажигания, что позволяет ей производить заряд на первичной обмотке и совершать разряд со вторичной.
На фото ниже показано, как выглядит датчик и где его устанавливают в некоторых автомобилях.
В трамблере
Датчик коленвала
Датчик распредвала
Датчик тахометра
Датчик холла в электродвигателе
Ремонт и замена своими руками
При повреждении элементов конструкции ремонт датчика невозможен. Владельцу автомобиля необходимо поменять деталь на оригинальный сенсор или найти по справочникам либо каталогам аналог. Алгоритм установки нового датчика зависит от конструктивных особенностей автомобиля. Для выполнения работ нужен набор слесарного инструмента (гаечные ключи и отвертки). Процедура занимает 10–20 минут.
Чтобы заменить неисправный датчик положения распределительного вала, необходимо (на примере Lada Priora с 16-клапанным мотором):
- Найти точку установки сенсора по электрической схеме или жгуту проводки, подведенному к передней крышке двигателя рядом со шкивом коленчатого вала.
- Снять колодку проводки и отвернуть 2 болта, а затем аккуратно вынуть датчик из посадочного гнезда.
- Осмотреть изделие. Если на корпусе имеются следы механического воздействия, снять пластиковый кожух и проверить состояние газораспределительного механизма. В противном случае установить новый сенсор, завернуть крепежные болты и подключить сигнальный кабель. При монтаже убедиться в наличии резинового уплотнителя.
Ряд производителей автомобилей рекомендует проводить замену датчика Холла через 100–150 тыс. км пробега.
Подобные требования обусловлены жесткими условиями эксплуатации (узлы работают в условиях перепадов температуры и подвергаются вибрационным нагрузкам). Циклы нагрева и охлаждения негативно влияют на полупроводники и способны разрушить пластиковый корпус. Вода или конденсат проникает в трещины и ускоряет выход датчика из строя.
Чтобы заменить датчик, нужно найти точку установки сенсора.
Для замены датчика в трамблере следует:
- Отстегнуть защелки и снять крышку.
- Установить метки на шкиве коленчатого вала и газораспределительного механизма.
- Отвернуть болты крепления и снять распределитель зажигания для дальнейшей разборки.
- Демонтировать неисправный датчик и произвести осмотр и обслуживание элементов конструкции.
- Установить новый сенсор и произвести сборку в обратной последовательности.
- Проверить работоспособность двигателя и произвести регулировку зажигания (при необходимости).
Устройство
Устройство простого датчика холла состоит из:
- Постоянного магнита. Он создает магнитное поле, которое воздействует на полупроводник, в котором создается ток малого напряжения;
- Магнитопровода. Этот элемент воспринимает действие магнитного поля и вырабатывает ток;
- Вращающегося ротора. Это металлическая изогнутая пластина, которая имеет прорези. Когда вал основного устройства вращается, лопасти ротора поочередно перекрывают воздействие магнита на стержень, что создает внутри него импульсы;
- Корпуса из пластика.
В чём проявляется эффект Холла, и как это можно использовать в технике
Магнитное поле широко используется в автомобильной технике, несмотря на свою невидимость и неосязаемость. Даже свет, состоящий из электрических и магнитных полей, воспринимается благодаря своей электрической составляющей. Тем не менее, с помощью специальных магниточувствительных датчиков поле можно зафиксировать и даже измерить.
В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток. Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.
Собственно, всего этого недостаточно для использования кристалла в качестве датчика. Магнитное поле присутствует везде, надо определить его превышение над естественным фоном и помехами. Для этого к пластине подключается усилитель слабого сигнала и регулируемый пороговый элемент (компаратор). Вся схема выдаёт на выходе логический «0» по электрическому уровню, если поле есть, и логическую единицу во всех прочих случаях. Такая негативная логика обычно принята в цифровой технике. А чтобы в момент смены сигнала не наблюдалась «болтанка» выхода из-за неопределённости, устройство снабжается триггером Шмитта. Это такая схема, которая обеспечивает амплитудное запаздывание срабатывания (гистерезис), защищая от цифрового дребезга и помех в момент переключения, гарантируя одиночный крутой фронт сигнала и однозначность привязки во времени.
Типы и сфера применения
Все датчики Холла делятся на две категории. Первая категория – цифровая, а вторая – аналоговая. Эти приборы успешно применяются в разных отраслях, в том числе и в автомобилестроении. Самый простой пример этого датчика – ДПКВ (измеряет положение коленчатого вала в процессе его вращения).
Элемент аналогового датчика Холла
В других отраслях подобные устройства используются, например, в стиральных машинах (взвешивается белье на основании скорости вращения полного барабана). Еще одно распространенное применение подобных устройств – в компьютерной клавиатуре (мелкие магниты находятся на тыльной стороне клавиш, а сам датчик установлен под эластичным полимерным материалом).
Профессиональные электрики при бесконтактном замере силы тока в кабеле пользуются специальным прибором, в котором тоже устанавливается датчик Холла, который реагирует на силу магнитного поля, создаваемого проводами, и выдает значение, соответствующее силе магнитного вихря.
