Датчики Холла: принцип работы, применение, проверка мультиметром

Датчики, иное название сенсоры, служат для регистрирования изменения различных физических величин и передачи полученной информации обрабатывающим устройствам. Если к проводнику подвести постоянный заряд и поместить его в магнитное поле, то возникнет разность потенциалов. Этот эффект был обнаружен в 2019 году учёным Эдвином Холлом. Основываясь, на этом эффекте был создан датчик, названный в честь изобретателя датчиком Холла.

Принцип работы прибора

Это устройство, регистрирующее напряжённость магнитного потока. Фактически это сенсор наличия магнитного поля. Датчики выпускаются как цифрового, так и аналогового типа. Первый тип основан на измерении индукции поля и формирования соответствующего напряжения, а второй тип реагирует на изменение полярности магнитного потока.

Принцип действия датчика Холла построен на гальваномагнитном явлении. Это явление представляет собой результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником, который подключён к электрической энергии, и при этом изменяются его электрические свойства. Эффект Холла проявляется, если в полупроводнике, расположенном в магнитном потоке, при протекании по нему тока образуется поперечное напряжение. При этом направление заряда перпендикулярно вектору направления поля. Возникающее явление объясняется тем, что на подвижные электроны или дырки в магнитном потоке воздействует сила Лоренца, приводящая к их отклонению.

В простом примере эффект Холла представляется в следующем виде. В полупроводнике под влиянием силы Лоренца носители заряда перемещаются в разные стороны, соответствующие своему знаку. На одной стороне полупроводника скапливаются электроны, отрицательный заряд, а на другой откуда переместились электроны — положительный заряд. Между этими сторонами из-за разности зарядов образуется электрический поток, который препятствует перемещению зарядов под влиянием силы Лоренца. Когда наступает момент равенства сил Лоренца и магнитного поля, полупроводник переходит в состояние равновесия.

По своему виду датчики могут выпускаться с разным числом контактных выводов и бывают:

  • двухконтактные;
  • трёхконтактные.

Так как уровень сигнала на выходах сенсора низкий, к его выходам подключается операционный усилитель. При добавлении триггера получается простое устройство, срабатывающее при определённом значении магнитного поля и вида проводимости. В цифровой электронике датчики, дополняющиеся логическими элементами, разделяются на три группы:

  1. Униполярные. Прибор регистрирует только изменение одной величины носителей заряда, дырочной или электронной проводимости.
  2. Биполярные. Сенсор реагирует на оба вида носителей заряда, но выполняет по отношению к ним противоположные действия. Например, при регистрации электронной проводимости подключённый к нему прибор начинает работать, а при регистрации дырочной проводимости отключается.
  3. Однополярные. Регистрируют просто появление проводимости и не зависят от её типа.

Датчик, использующий три вывода, в своём корпусе содержит транзистор с открытым коллектором, так как ток прибора малый с ним применяется в паре усилитель сигнала.

Применение эффекта Холла

Существует линейная зависимость между возникающей разностью потенциалов и магнитной индукцией, приводящей к её появлению. На этом и построены устройства с датчиком Холла, измеряющие магнитную индукцию.

Приборы, использующие в работе преобразователи Холла, применяются для проведения всевозможных измерений. Используя явление, при котором магнитное поле появляется под воздействием электрического тока, индукция магнитной силы соотносится с ним, и создаются бесконтактные измерители силы тока. Такой прибор выгоден при вычислении величин больших постоянных токов в проводах, которые при измерении обычным амперметром пришлось бы разрывать. Кроме этого, широкое применение получили приборы с сенсорами Холла для измерения электрической мощности, фиксирования линейных и угловых перемещений, плотности носителей заряда в полупроводнике.

Главным параметром прибора, построенным на эффекте Холла, является магнитная чувствительность. Она характеризуется соотношением появляющегося напряжения к значению магнитной индукции, то есть напряжением, при индукции равным единице.

Особое применение сенсоры получили в электродвигателях. В них датчики располагают таким образом, что устанавливаясь на статоре, отслеживают положение ротора. Установив магнит постоянного поля, получается счётчик оборотов. Величина магнитного поля, обеспечивающая срабатывание датчика, находится в пределах 150 Гауссов.

Использование в автомобилях

В машине датчик применяется в системе зажигания. Без его участия правильная работа мотора в автомобиле невозможна. Располагается он на трамблере и определяет момент появления искры, заменяя собой контактор. Здесь может использоваться как биполярный, так и униполярный вид сенсора.

Проводя измерения количества возникающих импульсов, сенсор сообщает блоку электроники информацию о необходимости создания искры. В состав прибора входят: постоянный магнит, металлический экран с отверстиями, полупроводниковая пластина. Схема работы основывается на том, что через устроенные отверстия в полупроводник проникает магнитный поток, в результате чего появляется разность потенциалов. Когда прорези закрыты экраном, поток не проходит, и напряжение не возникает. Таки образом, открывая и закрывая прорези экраном, создаётся импульсный сигнал на выходе устройства.

Датчик содержит три вывода, согласно его распиновке слева направо:

  • первый подключается к корпусу автомобиля;
  • на второй подводится напряжение равное шести вольтам;
  • третий используется как информационный.

Кроме этого, датчик используется для контроля токовой перегрузки. При появлении перегрузки происходит нагрев сенсора и срабатывание температурной защиты.

Из-за нарушений, возникающих в работе сенсора, возникают различные неисправности, что сказывается на запуске двигателя, появления рывков при работе, или просто его остановки. Проверить работоспособность датчика в автомобиле проще всего вращением коленчатого и распределительного вала. При нормальной работе светодиод, расположенный на контрольной панели, должен мигать.

При отсутствии бортового светодиода возможно выполнить приспособление самостоятельно. Для этого понадобится резистор на один килоом, светодиод и провода. Резистор последовательно соединяется со светодиодом, и от конструкции делаются отводы на проводах. Трамблер отключается и проводится подключение проводов от светодиода и резистора, после чего проворачивается распределительный вал. В результате светодиод должен мигнуть.

Для получения точных результатов лучше провести проверку датчика холла мультиметром. Потребуется любой тестер с возможностью измерения напряжения. При рабочем датчике напряжение на его выводах составит до 11 вольт. Сначала измеряется присутствие необходимых напряжений на контактной колодке трамблера. Обычно присутствуют три напряжения, равные 12 вольтам, и на одном контакте напряжение должно отсутствовать.

Включается зажигание. Положительный щуп устанавливается на выход клеммы датчика, а минусовой на провод с нулевым значением напряжения. Величина напряжения составляет около 11 вольт. При провороте коленвала напряжение должно изменяться, при этом наибольшее значение не должно опускаться ниже девяти вольт, а наименьшее быть не более 0,5 В.

Преобразователь Холла в смартфоне

Имея небольшие размеры, сенсоры Холла нашли своё применение и в электронных гаджетах. Используя его свойства в смартфонах, улучшается позиционирование, быстрее происходит запуск GPS поиска, увеличивается срок службы в автономном режиме. Применяя способность сенсора реагировать на магнитное поле, преобразователь используется также в телефонах вида «раскладушка» и ноутбуках. Месторасположение датчик занимает на лицевой стороне устройства, что увеличивает его реакцию на изменение магнитного поля.

Из-за присутствия датчика происходит автоматическое включение экрана ноутбука при его открытии или выключение при закрытии. Также и с телефоном — «раскладушкой». В смартфонах такая функция реализуется с применением чехла книжки. Датчик регистрирует величину магнитного поля, исходящего от миниатюрного магнита, вмонтированного в середину чехла. При открытии чехла, сила действия магнитного потока ослабевает, и устройство включает подсветку экрана.

Важно отметить, что использование магнита не оказывает никакого негативного влияния на гаджет, а сам датчик Холла в принципе работы применяет регистрацию магнитного потока. Он регистрирует силу магнитного поля, а не сравнивает его напряжённость. Преобразователь Холла в мобильных устройствах также имеет следующий функции:

  • помогает в ориентирование по горизонту земли;
  • обеспечивает работу компаса устройства;
  • включает и отключает экран при совместном использовании с магнитом.

Ориентирование экрана — это функция, используемая в любом современном телефоне. При разном положении гаджета в пространстве изображение на экране всегда будет правильным, а не перевёрнутым. Такую функцию можно и отключить, для этого в настройках смартфона выбирается последовательно: настройки, экран блокировки, расширенные возможности, режим смарта. Если в настройках пункта нет, придётся выпаять преобразователь из схемы.

Кроме этого, специальная микросхема, получая сигнал от преобразователя Холла, приводит к коррекции изображения. Это проявляется при фотографировании или при смене времени суток. Участвуя в работе GPS навигации, устройство помогает увеличить точность позиционирования.

Чтобы знать, как проверить датчик Холла в телефоне, особых умений не понадобится. Для этого нужно поднести любой магнит к корпусу или экрану устройства. При его работоспособности экран погаснет, если магнит убрать — загорится.

Устройство в бытовой технике

Очень часто в бытовой технике, использующей мотор (например, стиральная машинка) для подсчёта количества оборотов стоит сенсор Холла. Он имеет вид кольца с двумя проводами и крепится к ротору электродвигателя. Его работа устроена следующим образом: за счёт вращения вала на сенсор поступает напряжение, сила которого зависит от скорости вращения ротора. Чем обороты больше, тем больше и разность потенциалов. Электронный узел анализирует величину напряжения и выставляет требуемую скорость вращения.

Чтобы проверить преобразователь, потребуется взять мультиметр и прозвонить сопротивление сенсора. Нормальная величина рабочего прибора составляет около 60 Ом. Если мультиметра нет, можно взять простой вольтметр и измерить напряжение на том месте, где подключается сам датчик.

Схема для практического повторения

Несложная схема с применением датчика Холла, применяемая для регистрации открытия двери, не представляет сложности для самостоятельной сборки. Достоинство использования сенсора в том, что его работе не требуется механический контакт, как, например, геркону. Датчик размещается на дверной коробке, а магнит на двери. В основе схемы используется датчик MH 183 и микросхема CD 4093. За питание отвечает источник напряжения на девять вольт.

При воздействии магнитного потока транзисторный ключ находится в активном состоянии. Сигнал с сенсора поступает на вход микросхемы и запрещает работу её генератора. Светодиод LED1 горит. Если дверь открывается, магнитная сила, воздействующая на датчик, ослабевает или пропадает, а в микросхеме запускается генератор и светодиод гаснет. Резистор R1 предназначен для защиты преобразователя Холла от обратного пробоя напряжения. Датчик Холла нашел свое применение во многих областях и является незаменимым помощником для человека в быту. Именно благодаря ему существуют так называемые «умные» устройства.

Проверка датчика холла

Немало автомобилистов сегодня интересуется вопросом качественной проверки датчика холла – мини регулятора распределителя зажигания современных автомобилей. Научившись делать это самостоятельно, можно спокойно отправляться в длительные поездки, не боясь оказаться беспомощным перед машиной один на один. Классическая проверка датчика холла с помощью прибора измерения постоянного тока представлена в статье.

Роль датчика в системе СЗ

ВНИМАНИЕ! Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год! Читать дальше»

При неисправности датчика или ДХ возникают проблемы, связанные с непосредственным функционированием двигателя. Автомобиль может совсем не заводиться или вести себя крайне плохо на дороге. Неужели такой маленький элемент, как ДХ способен оказывать столь мощное влияние на мотор авто? Да, еще как.

Датчик холла схема

Что такое ДХ? Это контролер, способный чутко реагировать на любые изменения в магнитном поле. Если ДХ бывает неисправен, перестает функционировать инжектор.

Взаимодействие ДХ с системой зажигания в понимании электрики осуществляется через коммутатор или проводник. В результате этого возникает магнитное поле.

Проверка датчика мультиметром

Проверить ДХ можно разными способами. Одним из популярных вариантов диагностирования является мультиметр или вольтметр. Этот метод проверки имеет два варианта проведения. Рассмотрим, как проверить датчик холла авто в обоих случаях.

1-й способ

Для проведения диагностики необходимо найти рабочий вольтметр или мультиметр, который устанавливается в режим измерения напряжения ПТ (постоянного тока) в диапазоне 20 Вольт. Кроме того, нужно будет запастись 2-я железными штырями, посредством которых будет осуществляться проверка ДХ.

Мультиметр для проверки датчика холла

Перед тем, как проверить датчик холла, потребуется вынуть резиновый чехол с колодки, которая подключена к трамблеру и непосредственно – к ДХ.

Продолжаем:

  • снимаем главный бронепровод с распределителя;
  • подключаем его на разрядник или к массе.

Делается это ввиду того, чтобы исключить случайное возникновение разряда, ведь это может способствовать запуску двигателя во время проверки.

Далее:

  • включаем зажигание;
  • вынимаем колодку с распределителя;
  • устанавливаем режим на мультиметре в ПТ 20 В;
  • минусовой зажим прибора соединяем с массой (любой частью кузова авто);
  • плюсовой щуп прибора будет выполнять функцию измерителя напряжения.

Колодка, идущая на трамблер, имеет три провода: красный, зеленый и белый (цвета могут быть и другими). На красном проводе напряжение прибора должно показывать 11,37 или близкое к 12 В. На зеленом или среднем проводе значение, тоже близкое к 12 В. И наконец, на последнем – белом проводе, значение – 0.

Функции современного мультиметра

Кстати, если поставить прибор в режим звуковой прозвонки, то ставя щуп на контакт, будет слышен постоянный звон, что будет свидетельствовать о соединении белого провода с массой. Так и должно быть.

Что дала предварительная проверка? Мы убедились, что на ДХ поступают все необходимые импульсы.

Продолжаем (мультиметр в режиме измерения ПТ):

  • берем подготовленные штырьки (гвоздики) и вдеваем их так: один в зеленый (средний провод), другой в белый (провод массы);
  • колодку подключаем на свое место, в трамблер авто.

Зачем нужны штырьки? Они играют роль проводника тока. С обратной стороны колодки нет контактов, и проверить значения можно будет только, если оголить провода. Делать это не рекомендуется, поэтому и вдеваются штырьки.

Идем дальше:

  • берем зажимы мультиметра (зажигание включено);
  • плюсовой зажим мультиметра соединяем со штырьком среднего провода колодки, а минусовой – с другим (белым проводом).

Показатель нерабочего датчика

В таком положении значение мультиметра должно быть в пределах 11,2 В.

Далее:

  • проворачиваем коленвал, наблюдая одновременно за показаниями прибора;
  • если показания прибора упадут до 0,02 В (нижний предел измерений) и повысятся до 11,8 В (верхний предел измерений) при проворачивании коленвала, то это считается нормой.

Внимание. ДХ считается исправным, если при проворачивании коленвала верхний предел измерений бывает не меньше 9 В, а нижний – не более 0,4 В.

Благодаря этим измерениям мы проверили работоспособность ДХ, установленного в трамблере авто.

2-й способ

Второй способ проверки отличается от первого тем, что ДХ на этот раз диагностируется автономно. Другими словами, он не будет подключен к системе зажигания – к коммутатору.

Имитатор датчика холла

Итак, для проведения этого способа понадобится самодельная сборочка из 3-х контактов, вдеваемых в колодку трамблера, выводов на плюс/минус и 2-х контрольных точек для измерений. Схема самодельной сборочки будет выглядеть вот так

Сборка проводов схема

Вот, что нужно сделать:

  • три контакта самодельной сборки подсоединить к разъемам, куда вдевается родная колодка распределителя (если датчик снят – то к его выводам);
  • подать питание плюс/минус на самодельную сборку;
  • плюс мультиметра соединить с одной контрольной точкой для измерения, минус – с другой;
  • проворачиваем коленвал.

Опять же, верхний предел измерений на работающем датчике не должен быть ниже 9 В, а нижний предел – выше 0,4 В.

Если ДХ снят с машины, то проверка его будет проводиться так:

  • к самодельной сборке подключаются выводы датчика (остальные подключения те же, что и в вышеописанном случае);
  • берем нож или шторку, и лезвием проводим по прорези в ДХ.

При закрытой шторке показания ДХ – выше 9 В, при открытой – ниже 0,4 В.

Таким образом, при помощи мультиметра удастся проверить ДХ на исправность 2-я несложными способами. Конечно же, существует масса других вариантов проверки датчика, но они более сложны для проведения, хотя и дают моментальный доступ к ДХ.

Схема зажигания датчик холла

Общее знакомство с принципом функционирования ДХ, несмотря на постепенное вытеснение бесконтактных систем зажигания мультипроцессорными, даст много пользы в дальнейшем. Так, это может помочь автовладельцу при эксплуатации других датчиков авто, работающих по принципу Холла: датчика скорости, положения распредвала и т. д.

Устал платить за штрафы? Выход есть!

Забудьте о штрафах с камер! Абсолютно легальная новинка — Глушилка камер ГИБДД, скрывает ваши номера от камер, которые стоят по всем городам. Подробнее по ссылке.

  • Абсолютно легально (статья 12.2);
  • Скрывает от фото-видеофиксации;
  • Подходит для всех автомобилей;
  • Работает через разъем прикуривателя;
  • Не вызывает помех в радиоприемнике и сотовых телефонах.