За что отвечает датчик Холла, как он работает и как его проверить: где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Датчик Холла получил свое название от имени американского физика Эдвина Холла. Именно он обратил внимание на следующее физическое явление: при помещении прямоугольной пластины из материала-полупроводника в магнитное поле и подведении тока к ее коротким сторонам, на длинных сторонах образуется напряжение.

Произошло это открытие еще в 1879 году, однако применить его в промышленности удалось лишь во второй половине двадцатого века, после того, как было налажено массовое производство полупроводниковых пленок.

В настоящее время датчик Холла используется в разных сферах. Особенно широкое распространение он получил в автомобильной промышленности: с его помощью контролируются вращения и перемещения узлов и механизмов, обеспечивается работоспособность бесконтактной системы зажигания.

Датчики Холла применяемые в автомобиле: датчик положения коленвала, датчик фазы или датчик положения распредвала, датчик АБС, датчик скорости.

Сегодня речь пойдет о датчике Холла, который обеспечивает правильную работу системы зажигания в автомобиле.

Для чего нужен датчик Хола в автомобиле?

Прибор используется вместо контактных элементов и может применяться для слежения за величиной тока нагрузки. Благодаря этому датчику выполняется деактивация двигателя при появлении токовых перегрузок в бортовой сети. Если контроллер перегревается, производится включение температурной защиты.

Принцип работы

Скачки напряжения в электросети мотора могут иметь последствия для датчика. Поэтому современные устройства дополнительно комплектуются диодными элементами, которые препятствуют обратной активации напряжения. Принцип действия приспособления основан на эффекте Холла. Поперечная разность потенциалов образуется при перемещении одного из проводников в магнитное поле. Данный эффект достигается благодаря тому, что токи проходят через клеммные элементы пластины, которая находится в самом поле, с полупроводником.

Когда работает двигатель и вал силового агрегата вращается, стальные лопасти ходят по специальным прорезям, установленным внутри корпуса. Это способствует подаче электрического сигнала на коммутаторное устройство. В результате узел открывает транзисторный элемент и подает напряжение на катушку. Последняя выполняет процедуру преобразования низковольтного импульса в высоковольтный. Этот сигнал подается на свечи зажигания.

Подробно о принципе действия контроллера Холла рассказал канал «Радиолюбитель TV».

Где находится и как выглядит?

При необходимости замены неисправного устройства потребителю надо знать, где стоит контроллер. Он располагается в трамблере автомобиля и выполнен в корпусе в виде небольшого цилиндрического элемента. Чтобы получить доступ к устройству, необходимо разобрать распределительный узел и снять крышку, бегунок и прочие детали механизма. На наружной стороне трамблера к контроллеру Холла подключается разъем с проводкой.

Устройство

Оптический регулятор положения распределительного вала устроен так:

1 — постоянное магнитное устройство;
2 — лопасть роторного механизма;
3 — магнитопроводы;
4 — пластиковый корпус, в который заключаются все элементы устройства;
5 — плата;
6 — контактные выводы.

Схема приспособления контроллера Холла

Устройство комплектуется тремя контактами:

первый используется для подключения к массе, то есть кузову автомобиля;
второй необходим для подсоединения плюсового напряжения, рабочий параметр которого составляет примерно 6 вольт;
третий контакт предназначен для подачи с него импульса на коммутаторное устройство.

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:

Униполярные. Прибор регистрирует только изменение одной величины носителей заряда, дырочной или электронной проводимости.
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.
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.

Какие могут быть неисправности?

Признаки неполадок контроллера Холла:

Наблюдается резкий рост потребления топлива в системе. Это обусловлено тем, что впрыск горючей смеси в силовом агрегате происходит больше одного раза за цикл прокручивания коленвала.
Мотор машины стал функционировать менее стабильно. Транспортное средство во время движения дергается, мощность двигателя может резко падать. Иногда не получается увеличить скорость машины более чем на 60 км/ч. Во время движения силовой агрегат может произвольно заглохнуть.
Иногда поломка датчика Холла становится причиной фиксации рычага трансмиссии. Скорости коробки передач переключить не получается, такая особенность характерна для новых иномарок. Чтобы решить проблему, необходимо перезапустить силовой агрегат.
Неисправность может проявиться в виде отсутствия искры для воспламенения горючей смеси. Из-за этого запуск мотора машины будет невозможен.
Вероятны сбои в функционировании системы самодиагностики. К примеру, на контрольном щитке появляется индикатор проверки мотора, если агрегат работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, ошибка с приборной панели пропадает.

Канал «Авто-Мото» рассказал о признаках неисправности регулятора, а также других элементов системы зажигания в автомобиле.

Если сам контроллер Холла целый и рабочий, то неисправность может быть связана с такими причинами:

На корпус устройства попала грязь или другие посторонние предметы.
Произошло повреждение либо обрыв сигнального кабеля, по которому подключен контроллер.
В колодку для соединения датчика Холла с бортовой сетью попала влага. Решить проблему можно путем просушки разъема.
Произошло замыкание сигнального проводника с кузовом или электросетью транспортного средства. Для определения неисправности необходимо прозвонить устройство.
Произошло повреждение экранирующей составляющей на жгуте с проводкой. Возможен обрыв отдельных кабелей.
Проблема может заключаться в повреждении проводников, предназначенных для питания контроллера Холла.
При подключении устройства была спутана полярность. Из-за этого датчик функционирует некорректно или вовсе не работает.
Неисправности в функционировании высоковольтной цепи системы зажигания.
Неполадки в функционировании управляющего модуля автомобиля.
При установке контроллера был неверно выставлен люфт между самим датчиком, а также магнитопроводящей пластиной.
Проблема может заключаться в повышенной амплитуде торцевого воздействия шестеренки распредвала. Требуется детальная диагностика схемы.

Дмитрий Мазницын в ролике рассказал о причинах неисправности регулятора и дал рекомендации по их устранению.

Проверка датчика

Есть несколько способов диагностики контроллера. Самый точный вариант, который позволит получить осциллограмму — воспользоваться специальным оборудованием. Осциллограф не только определит состояние контроллера, но и даст точно понять, что устройство скоро выйдет из строя. Такое оборудование есть не у каждого электрика, поэтому ниже рассмотрены более простые, но не менее эффективные варианты.

Диагностика мультиметром

Перед выполнением тестирования устройство надо настроить в режим измерения постоянного тока, рабочий диапазон должен составить 20 вольт. Также потребуется два металлических штыря. Перед проведением диагностики с разъема устройства демонтируется резиновый чехол.

Процедура предварительной проверки, позволяющей установить, что на контроллер Холла подаются необходимые сигналы, выполняется так:

С распределительного узла отключается основной бронепровод. Его необходимо соединить с массой автомобиля для предотвращения случайного появления разряда. Поскольку это приведет к запуску силового агрегата при диагностике.
Затем производится активация системы зажигания.
Разъем отключается от распределительного механизма.
На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
Разъем, подключенный к распределительному узлу, оснащается тремя контактами — красным, зеленым и белым, но расцветка проводников может быть другой. На первом выходе величина напряжения должна составить 11,37 вольт либо около 12 В, на втором — тоже в районе этого показателя. А на последнем проводнике рабочий параметр должен составить 0 вольт.

Следующий этап диагностики:

Берутся два металлических штыря, можно использовать гвозди. Один из них устанавливается в средний контакт колодки (обычно зеленый цвет), а другой подключается к массе. Его расцветка, как правило, белая. Затем сам разъем подсоединяется обратно к распределительному устройству. Штыри используются в качестве проводников тока. На обратной стороне разъема открытых контактов нет, поэтому для проверки сами кабели придется оголить, а делать это не рекомендуется.
Затем зажигание активируется. Положительный контакт тестера надо подключить к штырю среднего выхода на разъеме, а отрицательный — к белому проводнику. Производится замер напряжения. Если контроллер Холла рабочий, то полученная величина должна составить около 11,2 вольт.
Затем надо прокрутить коленчатый вал силового агрегата и одновременно проверить показатели, которые выдает тестер. Если значения в ходе прокручивания снизятся до 0,02 вольт и затем увеличатся до 11,8 В, то это нормально. Так и должно быть в нижнем и верхнем пределе измерений. Можно отключать тестер.

Контроллер Холла считается рабочим, если при прокручивании коленчатого вала верхний предел измерений будет не ниже 9 вольт, а нижний — не выше 0,4 В.

Канал «Автоэлектрика ВЧ» подробно показал процедуру диагностики датчика с использованием тестера и рассказал об основных особенностях этого процесса.

Проверка сопротивления

Чтобы произвести диагностику этого параметра, потребуется простое устройство, состоящее из резисторного элемента на 1 кОм, диодной лампочки, а также гибких кабелей. К ножке источника освещения надо подключать резистор, для надежной фиксации используется пайка. К этой детали подсоединяются два проводника необходимой длины, важно, чтобы они были не короткими.

Принцип проверки выглядит так:

Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
Выполняется диагностика исправности электроцепи. Для этого тестер надо соединить с первой и третьей клеммами, а затем активировать зажигание. Если все проводники целые, то величина напряжения на дисплее мультиметра составит от 10 до 12 вольт.
Затем аналогичным образом выполняется подключение собранного прибора к тем же выходам. Когда полярность соблюдена, то диодная лампочка загорится, если нет — то кабели надо поменять местами.
Потом проводник, подключенный к первому выходу, остается нетронутым. А конец третьей клеммы переключается на вторую. Выполняется прокручивание распределительного вала. Это можно сделать руками либо с использованием стартерного механизма.
Если в процессе выполнения этих действия источник освещения стал моргать, то контроллер работает правильно и не нуждается в замене.

Канал Altevaa TV рассказал о способе проверки датчика с использованием обычной лампочки на примере автомобиля Фольксваген.

Создание имитации контроллера Холла

Такой вариант диагностики датчика Холла считается наиболее быстрым, но его реализация возможна при наличии питания в системе зажигания и отсутствия искры.

От распределительного механизма отключается трехконтактный разъем. Производится активация зажигания в машине и с помощью куска проводника замыкаются контакты под номерами 2 и 3, это выходы сигнала и пин. Если в результате подключения на центральном кабеле образовалась искра, это говорит о поломке контроллера Холла. При выполнении задачи высоковольтный проводник необходимо держать у массы авто.

Устройство ДХ

Мы уже отмечали, что в автомобиле датчики, работающие по принципу, изобретённому почти полтора столетия назад, могут использоваться в самых разных целях, но при этом обязательной компонентой он является только в системе зажигания.

Поэтому имеет смысл описать устройство датчика Холла именно этого типа. Он состоит из:

микросхемы, реализующей улавливание изменения напряжения на пластине;
постоянного магнита;
пластикового корпуса;
лопасти ротора;
контактной группы;
магнитопроводов.

Несмотря на относительное большое количество компонентов, такой датчик обладает целым рядом неоспоримых достоинств:

благодаря миниатюризации современных микросхем он имеет компактные размеры;
выражаясь терминами электротехников, электрический сигнал, формируемый датчиком, имеет чётко выраженную прямоугольную форму – при включении он практически мгновенно принимает определённое стабильное значение без плавных подъёмов и спусков, что чрезвычайно важно для цифровых устройств типа контроллера;
в датчике, измеряющем скорость вращения коленвала, динамика частоты срабатывания (как результат изменения оборотов мотора) не приводит к рассогласованию момента измерения.

Однако есть у ДХ и недостатки. Главный из них заключается в низкой чувствительности прибора, на который могут оказывать существенное влияние внешние электромагнитные помехи, формируемые в бортовой электросхеме автомобиля в результате работы большого количество электронных/электрических устройств и приборов.

Более высокая стоимость датчика Холла по сравнению с аналогами магнитоэлектрического типа действия нивелируется простотой крупномасштабного производства. Что касается надёжности, то уязвимость ДХ заключается в слабой защищенности от электрических наводок, но зато в нём отсутствуют или сведены к минимуму механические компоненты, подверженные быстрому износу.

Устранение неисправностей

Ремонт рассмотрен на примере автомобиля Фольксваген.

Для восстановления работоспособности датчик можно отремонтировать:

Для возобновления работы контроллера необходимо заменить логический компонент. Для этого заранее надо приобрести устройство S441А.
В центральной части корпуса датчика, как показано на фото, с помощью дрели просверливается небольшое отверстие. Для этого потребуется качественное сверло, поскольку внутри контроллера, за пластиковой частью, имеется металлический каркас.
Используя канцелярский нож, необходимо срезать каждый проводник. Затем прокладываются канавки от сделанного отверстия с помощью надфиля к остаткам кабелей.
Само измерительное устройство монтируется в окошко корпуса. Для диагностики используется магнит. Если приложить этот элемент к контактам, на которые заранее подключен прибор, состоящий из диодной лампочки и резистора. Такое устройство использовалось для диагностики. В результате проверки лампа должна загореться. Если этого не произошло, то надо проверить полярность.
Затем делается разводка выводов по канавкам корпуса. В самом окошке необходимо оставить проводники для соединительной колодки нового контроллера. Производится пайка элементов.
На завершающем этапе производится проверка выполненных действий. Для этого используется тестер. Визуально необходимо убедиться в целостности всех контактов. Если устройство рабочее, то механизм герметизируется с помощью клея или другого состава, но не пластика. Этот материал может деформироваться при работе в условиях повышенных температур.
Выполняется сборка контроллера, все действия осуществляются в обратной последовательности.

Подключение контактов к элементу S441A

Место для сверления корпуса приспособления

Установка устройства в распределительный узел

Устройство системы бесконтактного зажигания и его принцип работы

Устройство бесконтактного зажигания по своей сути не особо отличается от контактного зажигания. Единственным кардинальным отличием электронной системы является отсутствие трамблера, а также наличие в нем блока транзисторного коммутатора и датчика импульсов.

При работе мотора распределительный датчик формирует импульсы, которые поступают к транзисторному коммутатору. Затем при помощи этого коммутатора создаются импульсы, но уже в первичной обмотке имеющейся катушки зажигания. При прерывании тока появляется индуктивный ток высокого напряжения непосредственно во вторичной обмотке нашей катушки зажигания. После этого ток с электроконтакта распределителя поступает в нужной последовательности к проводам высокого напряжения и далее к свечам.

Как заменить датчик своими руками?

Чтобы поменять контроллер, надо действовать так:

От аккумулятора автомобиля отключаются клеммные зажимы.
Производится демонтаж распределительного механизма. От устройства отсоединяется колодка с проводниками, выкручиваются болты, фиксирующие узел.
Выполняется демонтаж крышки распределителя. В зависимости от модели трамблера она может фиксироваться на болтах или специальных зажимах. Элементы крепления выкручиваются и демонтируются.
После снятия важно совместить риску газораспределительного устройства с отметкой на коленвале силового агрегата. Также необходимо запомнить положение распределительного узла. Перед снятием рекомендуется сделать соответствующую метку.
Элементы крепления корпуса откручиваются с помощью гаечного ключа. Производится демонтаж фиксаторов, если они установлены на механизме.
Из распределительного узла извлекается вал.
От контроллера Холла отсоединяются зажимы с клеммами.
Выполняется демонтаж датчика из посадочного места. Для проведения задачи устройство надо потянуть на себя и аккуратно извлечь. Датчик демонтируется через появившееся отверстие.
Берется новый контроллер и устанавливается вместо старого. Процедура монтажа выполняется в обратной последовательности.