Датчик холла для спидометра

Принцип действия датчика скорости ЭСУД автомобиля

Принцип действия датчика скорости автомобиля с электронной системой управления двигателем (ЭСУД) основан на эффекте Холла (если через проводник или полупроводник пропустить электрический ток и воздействовать на него магнитным полем, то в нем возникает определенное выходное напряжение). В случае с датчиком скорости если изменять магнитное поле пропорционально скорости движения автомобиля, то ее можно вычислить.

Порядок работы и принцип действия датчика скорости

На примере датчика скорости автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 с инжекторным двигателем и системой управления (ЭСУД).

Датчик скорости автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 с электронным спидометром состоит из вала (привода) от шестерни в коробке передач и собственно датчика (элемент Холла, экран с прорезями и магнит). Экран вращается вместе с валом датчика. За экраном расположен магнит, создающий магнитное поле. Снаружи экрана расположен элемент Холла, состоящий из полупроводника и повышающих напряжение элементов.

На датчик скорости с блока управления (ЭБУ) ЭСУД подается напряжение равное (или чуть ниже) напряжению бортовой сети автомобиля. При движении автомобиля вал датчика вращается со скоростью пропорциональной скорости движения автомобиля. При этом экран вращается вокруг неподвижного магнита, своими зубцами прерывая создаваемое им магнитное поле. Всего зубцов шесть и прорезей шесть. При прохождении зубца между магнитом и элементом Холла на ЭБУ с датчика подается минимальное напряжение, равное 1v.

Датчик скорости не работает

При прохождении прорези — равное 5v. Создаются так называемые прямоугольные импульсы. Всего 6000 импульсов на 1 км пути (6 импульсов – 1 метр или один оборот колеса, или один оборот вала датчика). Исходя из количества импульсов в единицу времени, ЭБУ рассчитывает скорость автомобиля, а электронный спидометр в щитке приборов показывает ее водителю.

Блок управления (ЭБУ) на основе данных полученных с датчика скорости определяет — стоит автомобиль или движется. Так же параметр скорости движения учитывается им при расчете угла опережения зажигания, величины и продолжительности впрыска, силы искрового разряда на свечах зажигания.

Электронный спидометр в щитке приборов автомобиля на основе частоты импульсов с датчика скорости отклоняет стрелку в ту или иную сторону. Чем больше импульсов в единицу времени, тем выше напряжение, тем большее значение скорости показывает спидометр.

Примечания и дополнения

— На автомобилях с карбюраторными двигателями устанавливается механический датчик скорости имеющий иной принцип действия и порядок работы. Подробнее: «Датчик скорости автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 с карбюраторным двигателем».

Источник

Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U_холла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.

Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

А – проводник.
В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
С – аналоговый датчик Холла.
D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение U_ДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

А – датчик.
B – магнит.
С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
произошел обрыв сигнального провода;
в разъем ДП попала вода;
сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
повреждение проводов, подающих питание к ДП;
перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
проблемы с блоком управления;
неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:

отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.

Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Источник

Датчики Холла: где применяется и как проверяется

Для отслеживания положения различных деталей автомобиля в каждый момент времени, что важно при обеспечении синхронности и точности работы его узлов, используются датчики, они же сенсоры. Особое место занимают бесконтактные устройства, работа которых подобна техническому зрению.

Некоторые из них используют изменения магнитного поля, создаваемого метками на деталях или генерируемого самим сенсором, если в его зоне действия имеется движущийся ферромагнитный фрагмент детали. Остаётся лишь преобразовать переменное магнитное поле в электрический сигнал.

Сфера применение датчика

Традиционные области применения датчика Холла (ДХ) в автомобилях постепенно расширяются, их номенклатура зависит в основном от сложности конкретной машины.

Обычно класс автомобиля сейчас принято повышать обилием электронного оборудования, использующего в том числе и ДХ, поэтому можно лишь указать несколько применений из числа наиболее распространённых:

датчик момента зажигания в бесконтактном электронном трамблёре (прерывателе-распределителе зажигания);
датчик положения распределительного вала;
датчик коленвала – основной прибор, синхронизирующий работу всей электроники двигателя, там тоже иногда применяется эффект Холла;
слежение за положением ротора в мощных электродвигателях с электронным управлением;
устройства контроля за уровнем топлива в баке;
составная часть некоторых других сенсоров в составе автоматики и приводов.

Сам по себе эффект Холла является лишь составной частью законченного прибора. Кроме него, там имеется достаточно сложная электронная схема.

Устройство

Полупроводниковый кристалл, если через него пропускать ток, способен создавать разность потенциалов в перпендикулярном к току направлении при попадании в магнитное поле. То есть наличие поля можно зафиксировать, усилив и обработав получившийся сигнал.

Устройство получается достаточно быстродействующим по автомобильным требованиям, что позволило с его помощью определять фазу вращения валов.

В самом известном варианте использования эффекта через щель в датчике перемещается пластина, связанная с валом трамблёра. Как только в ней появляется прорезь, датчик реагирует на это выдачей на свой разъём прямоугольного импульса. Далее перепад напряжения используется для формирования искры зажигания.

Прочие применения примерно такие же, разница лишь в том, входит постоянный магнит, создающий фоновое поле, в состав сенсора или прикреплён к вращающейся детали.

Соответственно, ДХ в общем случае должен содержать:

полупроводниковый кристалл с отводами;
усилитель слабого сигнала;
пороговое устройство для формирования чёткого выходного импульса (компаратор и триггер Шмитта);
схемы питания;
корпус и электрический разъём.

При необходимости схему прибора можно усложнить, например. сформировав не импульсный, а частотный выход, или снабдив её интерфейсом информационной шины автомобиля. В микроэлектронике подобные вопросы сейчас решаются достаточно просто и недорого.

Неисправности

Конструкция ДХ неразборная и неремонтопригодная, поэтому разбираться, что конкретно в нём произошло, необходимости нет. Отказы встречаются редко, в основном по причине заводского брака или механических повреждений.

Проявляют они себя различными способами, в зависимости от назначения датчика.

Например, в трамблёре это приведёт к полной остановке двигателя, а в схеме контроля распредвала только к росту расхода и высвечиванию кода ошибки.

Способы проверки датчика Холла

ДХ относится к приборам, проверка которых не представляет сложности для автоэлектрика или диагноста.

Имитация наличия датчика

Выход ДХ представляет собой схему с открытым коллектором, поэтому нет разницы, замыкает сигнальный провод на массу выходной транзистор прибора или любое иное устройство.

То есть проверять искру можно просто замыкая средний контакт разъёма на массу, а для получения импульсной последовательности использовать любой простейший генератор на 5 Вольт.

Мультиметр

Для проверки мультиметр переключается в режим замера напряжения, а двигатель или иное устройство проворачивается, изменяя магнитное поле на входе ДХ.

Напряжение на сигнальном выходе, подвязанное к питанию +12 Вольт, должно скачком изменяться от нуля до максимума. Если этого не происходит, а наличие питающего напряжения между контактами остается неизменным, то изделие бракуется.

Подмена датчика на исправный

Учитывая дешевизну и простоту замены ДХ в большинстве случаев – это самый простой и эффективный способ проверки. Нет необходимости производить замеры, а все сигналы сенсоров в сложных электросхемах можно наблюдать на экране диагностического сканера.

Следует только помнить, что когда после замены подозрительной детали система нормально заработала, то это может быть связано не только с неисправностью, но и с нарушением правильного позиционирования ДХ в узле.

Небольшой сдвиг на изношенном крепеже может полностью исказить всю картину магнитного поля, и датчик не сработает. Тот же эффект возможен и при переключении разъёма с окисленными контактами, работа которого временно восстановится.

Источник