Принцип работы датчика Холла: проверка на смартфоне

Эффект Холла — принцип работы

Этот эффект был открыт в 1879 году американским физиком Эдвином Холлом и назван в его честь. Суть явления заключается в том, что если вы возьмете металлическую пластину и пропустите через нее электрический ток (в направлении AB на рисунке), а затем воздействуете на пластину магнитным полем, например, созданным постоянным магнитом, следовательно, в направлении, перпендикулярном прохождению тока (CD на рисунке), будет разность потенциалов.

Этот эффект возникает из-за силы Лоренца, которая действует на движущиеся заряды и перемещает их в направлении, перпендикулярном направлению движения. В результате на краях пластины создается разность потенциалов, которую можно измерить или использовать для активации исполнительных механизмов (предварительно усиленных). Эта разница зависит от:

• по силе протекающего тока;
• от силы магнитного поля;
• от концентрации свободных носителей заряда в проводнике.

Явление названо в честь его первооткрывателя: эффект Холла.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) — один из основных элементов распределителя (переключателя-распределителя). Он расположен рядом с валом распределителя, на котором закреплена магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же пазов, сколько цилиндров в двигателе. Внутри датчика также находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: при вращении вала металлические лопасти попеременно проходят через прорезь в датчике. В результате генерируется импульсное напряжение, которое через переключатель поступает на катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три вывода:

• вы подключаетесь к «массе»,
• ко второму подойдет плюс с напряжением около 6В,
• с третьего вывода преобразованный импульсный сигнал поступает на переключатель.

Типы датчиков Холла

Для удобства рассмотрим разновидности с таблицей:

Где и зачем используются аналоговые устройства:

• в АБС (антиблокировочные устройства тормозов);
• управление двигателем (охрана, индикация);
• устройства для определения мощности, вибрации, черных металлов в детекторах;
• мониторинг движения (приближение / отъезд, например, при парковке);
• измерения параметров потока веществ, конструкций;
• при регулировке напряжения;
• в измерениях используются фазовые датчики, размещенные на амперометрических зажимах (Tong Tester.

Цифровой:

• датчик Холла отвечает в автомобиле за контроль положения коленчатых валов за угол зажигания свечей зажигания, клапанов;
• в оптике проверяет положение линзы;
• определить расположение сидений в автомобиле, состояние ремней и подушек безопасности;
• беспроводная связь, мобильные компьютеры (смартфоны, планшеты, ноутбуки);
• в приборах для определения давления;
• датчики в системе «парктроник», аналогичные устройства для фиксации приближения / расстояния;
• проанализировать параметры потока.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два стабильных положения: ноль или единицу, то есть они активируются при определенном изменении магнитного поля. Эти датчики полагаются на устройство, называемое триггером Шмитта, который имеет два стабильных состояния: логический ноль и логическую единицу.

Контроллеры этого типа делятся на три типа:

1. Униполярный.
2. Биполярный.
3. Омниполярный.

Каждый из этих типов будет подробно рассмотрен ниже.

Униполярные

Контроллеры этого типа работают только при приложении к ним положительного магнитного поля южного полюса. Только в этом состоянии контроллер будет активирован и разблокирован.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под влиянием магнитных полей как Южного полюса, так и Северного полюса. Их особенность в том, что они срабатывают под действием поля, приходящего с Южного полюса, и высвобождаются под действием Северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих комнатных контроллеров в том, что они могут быть активированы и деактивированы действием поля с обоих полюсов.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговых датчиков, они способны выдавать не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное целое. Принцип их действия основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

В конструкции этих устройств присутствует элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Как функционирует

Принцип работы, использование датчика Холла:

• Когда ток течет, электроны движутся вдоль датчика по прямой линии.
• Под действием поля заряженные частицы отклоняются силой Лоренца по искривленной траектории.
• Отрицательно заряженные элементы — электроны, притягиваются к одной стороне датчика Холла, а положительные (отверстия) — к другой.
• Накопление, описанное в разных сегментах, создает разное напряжение, это разность потенциалов. Пропорциональность результирующего напряжения электрическому току и напряженности поля прямая. Эти конечные явления отслеживаются датчиком, по принципу которого определяется положение объектов, находящихся под их контролем.

Сфера применение датчика

Традиционные применения датчика Холла (HX) в автомобилях постепенно расширяются, их диапазон в основном зависит от сложности конкретного автомобиля.

Обычно сейчас принято увеличивать класс автомобиля за счет обилия электронного оборудования, которое также использует HH, поэтому вы можете просто указать на некоторые из наиболее распространенных приложений:

• датчик угла опережения зажигания в бесконтактном электронном распределителе (распределителе зажигания);
• датчик положения распредвала;
• датчик коленвала — основное устройство, синхронизирующее работу всей электроники двигателя, иногда также используется эффект Холла;
• отслеживание положения ротора в мощных электродвигателях с электронным управлением;
• приборы для контроля уровня топлива в баке;
• неотъемлемая часть некоторых других датчиков в автоматизации и приводах.

Сам эффект Холла — лишь неотъемлемая часть готового устройства. Кроме него есть довольно сложная электронная схема.

Устройство

Полупроводниковый кристалл, если через него проходит ток, может создавать разность потенциалов в направлении, перпендикулярном току, когда он входит в магнитное поле. То есть наличие поля можно зафиксировать путем усиления и обработки результирующего сигнала.

Устройство оказалось достаточно быстрым для требований автомобилестроения, что позволило с его помощью определять фазу вращения валов.

В наиболее известном использовании эффекта пластина, соединенная с валом распределителя, перемещается через прорезь в датчике. Как только появляется трещина, датчик реагирует посылкой прямоугольного импульса на свой разъем. Падение напряжения затем используется для образования искры зажигания.

Другие приложения более или менее похожи, единственная разница заключается в том, включен ли постоянный магнит, который создает фоновое поле, в датчик или прикреплен к вращающейся части.

Следовательно, в семье обычно должны присутствовать:

• полупроводниковый кристалл с отводами;
• усилитель слабого сигнала;
• пороговое устройство для формирования четкого выходного импульса (компаратор и триггер Шмитта);
• силовые цепи;
• корпус и электрический разъем.

При необходимости схему устройства можно усложнить, например, сформировав не импульсный, а частотный выход, или оснастив его интерфейсом шины данных автомобиля. В микроэлектронике такие задачи сейчас решаются достаточно просто и недорого.

Достоинства и недостатки

Профессионалы:

• универсальность (одновременно определяют местоположение, направление и так далее);
• износостойкость. Никаких движущихся частей, это прочные твердотельные устройства, обеспечивающие исключительную долговечность;
• практически полная независимость от необходимости обслуживания;
• датчик тока на эффекте Холла работает в условиях вибрации, в пыльных, влажных, агрессивных условиях, при высоких температурах.

Недостатки:

• для штатных устройств максимальное расстояние от измеряемого тока около 10 см, но все зависит от магнита: если он мощный и создает большое поле, расстояние увеличивается;
• характерной «болезнью» является точность, поскольку существует зависимость от магнитного поля и другие подобные внешние явления, которые могут вносить искажения. То же самое и с высокими температурами, так как сопротивление проводников, соответственно, и подвижность носителей заряда изменяются, но здесь страдает чувствительность. Однако это бывает редко или влияние незначительно, как правило, не влияет на работу.

Почему выходит из строя датчик Холла

Повреждение датчика может проявляться по-разному: даже профессионалу иногда бывает трудно определить точную причину. Вот признаки, указывающие на неисправность датчика:

• двигатель плохо заводится;
• как минимум с постоянными перебоями;
• на большой скорости машина трясется;
• пропадает искра на свечах;
• двигатель внезапно останавливается.

Основная причина выхода из строя этой детали банальна — скопилась грязь. Как только это происходит, DH немедленно сообщает об этом. С машиной начинают происходить «чудеса», однако винить во всех проблемах именно этот аппарат неправильно — нужна тщательная проверка.

Исчезновение искры — главный признак неисправности ДН.

Частая причина неисправности — отсутствие контакта в проводке. Всего в устройстве 3 контакта: заземляющий, с одним преимуществом, с переключателем. Один из контактов мог окислиться, из-за чего электрическая цепь была прервана.

В конце концов, нить может просто порваться или оборваться. Это связано с тем, что вакуумный корректор зажигания перемещает участок, на котором находится HX, смещая угол зажигания. Чтобы избежать такой напасти, проводку нужно закрепить так, чтобы она складывалась в кольцо.

Если высоковольтная проводка в машине изношена и проходит рядом с проводами датчика, возможен обрыв высокого напряжения. Сбои часто случаются под дождем, когда колесо выезжает в глубокую лужу.

Провода датчика необходимо отсоединить от остальной проводки. Причем менять проводку нужно как можно чаще, не реже одного раза в 2 года.

Отказ может произойти из-за перегрузки аккумуляторного генератора — когда DH испытал слишком большую нагрузку и одна из частей сгорела на входе переключателя.

Симптомы неисправностей

Симптомы этого датчика могут проявляться по-разному. Иногда даже опытные автосервисы с первого раза не понимают, почему двигатель работает с перебоями.

ДП устанавливаются на ряд транспортных средств:

• на Ниве от АвтоВАЗа;
• ВАЗ 2109 (карбюратор и инжектор);
• Volkswagen Passat B3;
• Audi 80;
• Mazda 626;
• Volkswagen Golf 3 поколения;
• Mazda 323;
• ВАЗ 21099;
• Volkswagen Bora;
• Шевроле Нива;
• Опель Кадет и др.

Перед проверкой устройства должны быть веские основания подозревать, что датчик Холла неисправен.

Автомат обычно дает понять, что прибор нужно заменить или хотя бы диагностировать.

Выделяют несколько основных симптомов неисправностей.

Обнаружить возможные проблемы с датчиком холла автомобилист может по следующим признакам:

• двигатель останавливается;
• двигатель абсолютно не хочет заводиться;
• на холостом ходу бывают перебои;
• двигатель на холостом ходу резкий;
• во время движения автомобиль трясется при увеличении оборотов;
• двигатель просто отключается при движении по дороге;
• машину немного трясет;
• его тянут вперед, затем назад, даже если педаль акселератора находится в том же положении.

Это, конечно, косвенные признаки, но на них обязательно нужно обращать внимание. Одним из главных подозреваемых в таких ситуациях будет HH.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности датчиков проявляются по-разному. Иногда их бывает сложно определить даже опытному мастеру. Вот некоторые из наиболее распространенных симптомов и проблем с эффектом Холла:

• двигатель плохо заводится или вообще не заводится;
• возникновение перебоев в работе двигателя на холостом ходу;
• «Рывок» автомобиля при движении на большой скорости;
• двигатель останавливается во время движения автомобиля.

Если на машине появляется один или несколько из этих симптомов, необходимо выполнить проверку датчика.

Проверка датчика Холла осциллографом

Этот метод также можно использовать для таких задач, как диагностика датчика Холла. В отличие от предыдущего метода, осциллограф позволяет визуально отобразить график скачков напряжения. Видео на экране осциллографа дает немного более четкое изображение и может использоваться для проверки «умирающего» датчика — это может вызвать временные перебои в работе двигателя, а при подключении осциллографа можно будет сравнить работу датчика в большем количестве циклов. Например, бывает, что датчик периодически не выдает достаточного напряжения, и осциллограф наглядно это продемонстрирует в виде разницы амплитуд.

Для проверки датчика фазы с помощью осциллографа необходимо установить автомобиль на лифт, подключить осциллограф, включить зажигание, запустить двигатель и включить первую передачу. Для более-менее четкой картины достаточно будет понаблюдать за показаниями в течение минуты.

Имитация наличия

Процедура самая быстрая, подходит, когда есть питание на электрозажигание, но нет искры.

Заказ:

• С трамблера снимается 3-х пиновый блок.
• Завести двигатель автомобиля.
• Соединить (замкнуть кусок проводки) контакты (клеммы) 3 и 2. Первый — «-», второй — «+», для сигнала.
• Переместите провода, быстро подключив / отключив их от контактов. Есть искра — сломан датчик. Провод высокого напряжения заземлен.

Проверка мультиметром

Популярна проверка датчика Холла мультиметром, она позволяет определить, правильно ли работает сама схема питания в изделии.

Как проверить датчик холла на ВАЗ тестером:

1. Преобразуйте тестер в анализатор напряжения (вольтметр) с диапазоном от 0 до 15 В.
2. Поставить четвертую передачу, домкратом слегка поддомкратить колесо (достаточно для скольжения).
3. Подключите тестер к датчику, поверните колесо и посмотрите на дисплей.
4. Измерьте выходные параметры: в полезной копии они находятся в диапазоне 0,4–11 В.

Чтобы проверить, есть ли в цепи обрыв, установите на тестере режим «выбор». Один щуп до контакта на микросхеме, второй — до соответствующей ножки датчика. Таким образом проверяются только жилы кабеля, а не внутреннее устройство самого датчика. Без прерывания — зуммер (если такая опция есть) и скачок цифр близок к нулю (0,001 и т.п.); есть пауза — 1.

Варианты тестовых таблиц мультиметра и вольтметра:

Замена рабочим экземпляром

Вы можете передать рабочий элемент, если есть запасной, или взять его взаймы. Если проблема не исчезнет, ​​значит старая копия сломана, но желательно полностью убедиться в поломке и заново вставить ее после очистки контактов.

Сложный метод

Эта процедура о том, как проверить датчик Холла, более сложна, чем предыдущие, но если у вас есть средние знания в области электротехники, ее легко применить. Итог: проверка на сопротивление.

Для реализации нужно связать простой узелок. Схема собрана со светодиодом, резистором (1 кОм), «коронной» батареей (9 В). Графической схемы достаточно, чтобы понять:

Датчик Холла станка своими руками с помощью вспомогательного устройства проверяется следующим образом:

• ножка диода снабжена резистором (резистор припаян), к нему — 2 провода, желательно длиннее. Снимаем крышку трамблера, отсоединяем трамблер, подключаем коробку. Анализируют электрическую схему: щупы тестера (подойдет и вольтметр) — на выводах 1 и 3, затем зажигание. Обслуживание: 10–12 В на дисплее;
• аналогично построенная конструкция подключается к тем же выводам. При правильной полярности свет появится, если нет — переставит жилки;
• проводку на выводе 1 не нарушаем; конец с 3 перебрасывается в свободный 2;
• провернуть распредвал (вручную, стартером): мигает — все в порядке, если нет, нужно поменять счетчик Холла.

На большинстве автомобилей датчики Холла проверяются настолько тщательно, насколько это возможно, как описано.

Как проверить работоспособность датчика Холла

Датчик Холла контролирует угол между положением коленчатого вала и распределительным валом двигателя. Как правило, это устройство используется на автомобилях, оборудованных бесконтактной системой зажигания. Ранее он использовался в конструкции трамблера. Если есть проблемы с системой зажигания, первым делом нужно проверить датчик Холла. Это можно сделать несколькими способами.
Работоспособность устройства также контролируется его сопротивлением.

Мультиметр. Самый популярный метод тестирования предполагает использование многофункционального тестера. Первым делом нужно разобрать устройство. Как только датчик снят, необходимо подключить положительный контакт тестера к сигнальному выходу, а отрицательный — к общему. Диапазон измерения напряжения должен быть установлен на 12 вольт. Если прибор в хорошем состоянии, индикатор должен быть в пределах от 0,4 до 11 вольт.

Самодельный тестер. Работоспособность устройства также контролируется его сопротивлением. Чтобы провести измерение, вам нужно создать собственное устройство, которое состоит из резистора 1 кОм и двухпроводного светодиода. Диагностика проводится по простому алгоритму. Резистор необходимо припаять к ножке светодиода и подключенным к нему проводам. После этого можно снять крышку распределителя зажигания, выключить распределитель и коробку вилок. Подключите вольтметр или тестер к первому или третьему выводу и включите зажигание автомобиля. После всех этих процедур на экране устройства должен появиться индикатор от 10 до 12 вольт — это говорит о том, что оборудование исправно работает. На этом процедура не заканчивается. Провод от третьей клеммы надо перенести на вторую и повернуть распредвал. Если датчик Холла исправен, светодиод начнет мигать
Вы также можете проверить ресурс устройства с помощью доступных инструментов. Для этого вентилятор системного блока ПК будет нести

Имитация датчика. Если на систему зажигания подано питание, но нет искры, можно прибегнуть к имитации датчика. Этот метод тестирования самый быстрый. Для проверки состояния необходимо снять с распределителя блок с 3 свечами, включить зажигание и замкнуть проводом выводы 2 и 3 на свече. При выходе из строя датчика Холла появится искра на центральном проводе.
Если устройство вышло из строя, ремонтировать его нет смысла, так как новый элемент стоит дешево

Вентилятор ПК. Вы также можете проверить ресурс устройства с помощью доступных инструментов. С этой ролью справится вентилятор системного диска ПК. Первым делом нужно отсоединить проводку, идущую к трамблеру. Бело-красный провод от вентилятора подключается к блоку датчиков, который находится на распределителе. Все процедуры необходимо выполнять при включенном зажигании. Если после подключения вентилятор крутится, датчик Холла исправен. Если устройство вышло из строя, ремонтировать его нет смысла, так как новый элемент стоит дешево. Главное — вовремя провести диагностику, чтобы не привести к серьезным сбоям связанных систем.

Нижняя линия. Датчик Холла в автомобиле имеет определенное преимущество. Если система зажигания не работает должным образом, первым делом необходимо ее проверить. Вы можете сделать это сами.

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Датчик используется для трех важных функций. Во-первых, для стабильной работы GPS и позиционирования. Это ускоряет определение вашего местоположения на навигационных картах, что позволяет системе работать с высокой точностью и без длительных задержек при активации навигационных карт.

Датчик Холла помогает в работе GPS

Самый яркий пример повседневного использования датчика Холла — это смартфоны или планшеты с магнитными корпусами, стилусом и клавиатурой. Пожалуй, это самое главное преимущество, о котором мы поговорим ниже. На этом принципе основана работа самого Smart Cover for iPad, благодаря чему чехол считается умным (и стоит дороже).

Важна и третья функция: датчик Холла позволяет работать со складными смартфонами и ноутбуками, у которых экран темнеет при закрытии. Раньше он активно использовался в раскладных телефонах и слайдерах, но теперь нашел применение в новых складных смартфонах от Samsung. Умный сенсор расположен на одной стороне телефона, а на другой есть небольшой магнит, который расположен прямо над сенсором. Когда вы закрываете телефон, активируется сенсор, позволяющий совершать какие-то действия, например, завершить звонок или закрыть приложение. В ноутбуках датчик Холла полезен аналогичным образом: когда вы закрываете крышку, операционная система оставляет компьютер в спящем или ждущем режиме.

Как работает магнитный чехол

На рынке представлено множество чехлов для смартфонов, но особенным спросом всегда пользовались магнитные книжные футляры, которые автоматически выключают или активируют экран смартфона, например Smart Case для iPad. Как это работает? Дисплей блокируется или активируется из-за реакции датчика Холла в смартфоне на приближающийся магнит, спрятанный в крышке корпуса. При открытии крышки кейса интенсивность излучения уменьшается, затем включается экран.

Семейные чехлы для Samsung Galaxy работают с датчиком Холла

Датчик Холла очень хорошо работает с откидными футлярами, в которых есть небольшой вырез для управления считывателем или ответа на звонки. Благодаря этой функции можно использовать определенные функции, не открывая крышку, например, просматривать уведомления из нашего чата Telegram или смотреть время. Как это работает? Наличие или отсутствие сильного магнитного поля позволяет смартфону поддерживать экран активным или выделять только необходимую область просмотра. Кстати, сам магнит, установленный в корпусе, смартфону не вредит.

Как проверить датчик Холла в смартфоне

Практически все современные смартфоны оснащены этим сенсором. Если вам интересно, поддерживает ли ваш телефон эту функцию, вы можете посетить веб-сайт производителя, чтобы найти документацию для модели, или проверить раздел «Датчики» с помощью утилиты AIDA64.

Умный чехол для iPad — приложение для большого датчика Холла

При покупке смартфона поинтересуйтесь, есть ли в наличии умные магнитные чехлы. Если они есть, то в вашем телефоне точно есть датчик Холла. Проверить наличие сенсора вручную можно и другим способом: взять небольшой магнит и поднести его к экрану смартфона. Экран должен погаснуть, когда вы приблизитесь, и начать светиться, когда вы оттянете магнит.

Оказывается, датчик Холла — один из самых привычных датчиков смартфонов, которые мы используем в любом месте. Иногда мы даже не думаем, что за такими простыми вещами стоят великие научные открытия.