11Июл

За что отвечает датчик холла: где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Содержание

где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Датчик Холла или распредвала — это такое устройство, которое отвечает за образование искры для запуска двигателя. От его рабочего состояния зависит бесперебойное функционирование двигателя авто.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

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.

Какие могут быть неисправности?

Признаки неполадок контроллера Холла:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Неисправность может проявиться в виде отсутствия искры для воспламенения горючей смеси. Из-за этого запуск мотора машины будет невозможен.
  5. 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:

  1. На корпус устройства попала грязь или другие посторонние предметы.
  2. Произошло повреждение либо обрыв сигнального кабеля, по которому подключен контроллер.
  3. В колодку для соединения датчика Холла с бортовой сетью попала влага. Решить проблему можно путем просушки разъема.
  4. Произошло замыкание сигнального проводника с кузовом или электросетью транспортного средства. Для определения неисправности необходимо прозвонить устройство.
  5. Произошло повреждение экранирующей составляющей на жгуте с проводкой. Возможен обрыв отдельных кабелей.
  6. Проблема может заключаться в повреждении проводников, предназначенных для питания контроллера Холла.
  7. При подключении устройства была спутана полярность. Из-за этого датчик функционирует некорректно или вовсе не работает.
  8. Неисправности в функционировании высоковольтной цепи системы зажигания.
  9. Неполадки в функционировании управляющего модуля автомобиля.
  10. При установке контроллера был неверно выставлен люфт между самим датчиком, а также магнитопроводящей пластиной.
  11. 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:

  1. 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.
  2. Затем производится активация системы зажигания.
  3. Разъем отключается от распределительного механизма.
  4. На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
  5. Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
  6. 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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:

  1. Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.

Устранение неисправностей

Ремонт рассмотрен на примере автомобиля Фольксваген.

Для восстановления работоспособности датчик можно отремонтировать:

  1. Для возобновления работы контроллера необходимо заменить логический компонент. Для этого заранее надо приобрести устройство S441А.
  2. 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.
  3. Используя канцелярский нож, необходимо срезать каждый проводник. Затем прокладываются канавки от сделанного отверстия с помощью надфиля к остаткам кабелей.
  4. 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.
  5. Затем делается разводка выводов по канавкам корпуса. В самом окошке необходимо оставить проводники для соединительной колодки нового контроллера. Производится пайка элементов.
  6. 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.
  7. Выполняется сборка контроллера, все действия осуществляются в обратной последовательности.

Как заменить датчик своими руками?

Чтобы поменять контроллер, надо действовать так:

  1. От аккумулятора автомобиля отключаются клеммные зажимы.
  2. Производится демонтаж распределительного механизма. От устройства отсоединяется колодка с проводниками, выкручиваются болты, фиксирующие узел.
  3. Выполняется демонтаж крышки распределителя. В зависимости от модели трамблера она может фиксироваться на болтах или специальных зажимах. Элементы крепления выкручиваются и демонтируются.
  4. 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.
  5. Элементы крепления корпуса откручиваются с помощью гаечного ключа. Производится демонтаж фиксаторов, если они установлены на механизме.
  6. Из распределительного узла извлекается вал.
  7. От контроллера Холла отсоединяются зажимы с клеммами.
  8. Выполняется демонтаж датчика из посадочного места. Для проведения задачи устройство надо потянуть на себя и аккуратно извлечь. Датчик демонтируется через появившееся отверстие.
  9. Берется новый контроллер и устанавливается вместо старого. Процедура монтажа выполняется в обратной последовательности.

Видео «Последствия неправильной установки датчика Холла»

Пользователь Дядя Саша рассказал, к чему может привести неверный монтаж устройства и дал рекомендации по устранению такой проблемы.

Датчик Холла – что это такое, как работает, признаки поломки и способ замены

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

  • одна соединяется с “массой”,
  • ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
  • с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя. Вот несколько самых распространенных симптомов:

  1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
  2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
  3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
  4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла. Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • На основании Вывода
  • На основании операции

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить на два типа:

  • Датчики Холла с аналоговым выходом
  • Датчики Холла с цифровым выходом

 Датчики Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выход такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.

Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта» по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.

Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким. Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

На основе операции

На основе операции датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • Биполярный датчик Холла
  • Униполярный датчик Холла

Биполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют как положительных, так и отрицательных магнитных полей для своей работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отпускания датчика.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отпустить датчик.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео. Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

  1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо “родного”. Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
  2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
  3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю. Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

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.

Датчик холла на ВАЗ 2109: замена своими руками, признаки поломки

Содержание:

  1. Функции и расположение
  2. Признаки поломки
  3. Замена

Автомобили постоянно развиваются, потому появление новых устройств — не неожиданность. Примером развития отечественного автопроизводства стало появление датчика Холла на карбюраторных версиях ВАЗ 2109.

Функции и расположение

На карбюраторных ВАЗ 2109 датчик Холла (ДХ) отвечает за размыкание и замыкание контактной группы. При вращении экрана с окнами, на устройство подается сигнал, трансформирующийся в электрический. Посредством коммутатора сигнал идет на катушку зажигания, а там превращается в электрозаряд — искру.

Располагается ДХ у девятки на распределителе зажигания. Искать устройство необходимо под пылезащитным экраном. Датчик закреплен на опорной пластине с помощью заклепок или пары винтов. Это уже зависит от типа используемого распределителя.

На инжекторных ВАЗ 2109 датчик Холла отсутствует. Его функции выполняет датчик положения коленвала.

Признаки поломки

Если ДХ выйдет из строя, автомобиль сам вам сообщит о наличии неисправности. Для определения неполадок с ДХ существуют определенные признаки, идущие от двигателя:

  • Вы попросту не можете завести двигатель;
  • Возникают перебои в работе силового агрегата — плавный ход становится уже не таким плавным, появляются рывки;
  • Холостой ход нарушен или отсутствует полностью;
  • Двигатель может неожиданно выключиться, заглохнуть;
  • Заметно теряется мощность мотора.

Прежде чем бежать к подкапотному пространству и менять датчик Холла, для начала нужно убедиться, что причина всех бед с двигателем заключается именно в нем. Все же признаки косвенные, и они могут быть вызваны нарушением работоспособности других элементов вашего автомобиля.

Место установки

Проверка состояния

Есть несколько основных способов, которые применяются сегодня для проверки текущего состояния датчика Холла. Познакомимся детальнее с каждым из них, а вы для себя решите, какой будете применять при очередной проверке ДХ на своем ВАЗ 2109.

Способ проверки

Ваши действия

Замена старого устройства новым

Это самый простой способ, который потребует от вас наличия под рукой запасного датчика Холла, в работоспособности которого вы уверены. Просто извлеките старый датчик, вставьте на его место новый и попробуйте завести автомобиль. Если все заработало, вы нашли причину. Если же нет, придется искать источник проблем в других система

Проверка напряжения на выходе

Для этого метода вам потребуется тестер, подключенный к выходу устройства. Если датчик Холла будет исправен, тестер покажет значения в пределах 0,4-11 Вольт. Если же данные не соответствуют установленным нормам, ДХ придется заменить

Имитация работы устройства

Популярный метод, в рамках которого вы обманываете собственный автомобиль, имитируя работу датчика Холла. Вам необходимо извлечь штекерную колодку, включить зажигание и соединить между собой 3 и 6 выходы. Если начнет проскакивать искра, будьте уверены, ваш датчик вышел из строя

Проверка без дополнительных приборов

Здесь вам тестер или вольтметр не потребуется. Сначала подключите вывод с катушки к свече зажигания, а резьбу свечи подключить на массу. Снимите каретку с датчиком и присоедините разъем. Теперь можно включать зажигание. С помощью отвертки проведите инструментом возле устройства — датчика Холла. Если на свече появится искра, это говорит об исправности ДХ. Если же нет, вывод очевиден.

Проверка устройства

Обнаружив, что ДХ неисправен, вам следует обязательно заменить устройство. Затягивать с этим мероприятием не рекомендуем.

Замена

Ничего особо сложного в замене ДХ на отечественной девятке нет. Потому за работу вполне можно браться своими руками даже начинающему водителю.

  1. Отключите минусовую клемму от аккумулятора.
  2. Отключите бронепровода от трамблера, отключите шланг от вакуум-корректора.
  3. Далее извлекайте газовый трос и пока убирайте его в сторону, дабы не мешал процессу.
  4. Открутите крепеж кронштейна, который удерживает провода. Кронштейн снимите со шпильки и отодвиньте. Иначе он будет вам мешать.
  5. На корпусе привода вспомогательных узлов и трамблере обязательно нанесите прямую линию. Эта места позволит во время обратной сборки не нарушить момент зажигания.
  6. Отключите питающую колодку с проводами.
  7. Извлеките из картера сцепления заглушки и проверните отверткой маховик таким образом, чтобы установить поршень первого цилиндра в положении верхней мертвой точки.
  8. Чтобы снять трамблер, вам необходимо открутить еще две крепежные гайки, удерживающие устройство.
  9. Снимите крышку с трамблера, снимите бегунок и потяните его вверх. Только немного.
  10. Снимите крышку пылезащиты.
  11. Откручивайте теперь болт крепления, чтобы извлечь штекер.
  12. Нужно еще открутить болты, которые держат пластину нашего искомого датчика.
  13. Демонтируйте болты крепления вакуум-корректора, снимите стопорные кольца, корректор и тягу.
  14. Чтобы достать провода, вам потребуется разжать имеющийся там зажим.
  15. Снимите крепежную пластину, открутите крепежные болты, что позволит вам наконец-то снять вышедший из строя датчик Холла.
  16. Необходимо теперь установить новый датчик и собрать узел, действуя в обратной последовательности.

Важно не сбить настройки зажигания

Не забудьте после завершения работ обязательно проверить, правильно ли работает ваш карбюраторный ВАЗ 2109, не нарушили ли вы момент зажигания.

Основная сложность процесса замены ДХ заключается в необходимости добраться до датчика, а также существующие риски нарушения правильной работы карбюратора. Но если действовать аккуратно и строго согласно инструкции, проблем удастся избежать.

 Загрузка …

проверка, ремонт и замена регулятора

Автор: Виктор

Работа автомобильного двигателя контролируется множеством различных устройств и систем, каждая из которых выполняет определенные функции. Одним из таких контроллеров является датчик Холла, именно о нем мы расскажем в этой статье. Что это за устройство, где оно расположено, какие бывают виды и как произвести диагностику контроллера? Ответы вы можете найти в этой статье.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Что такое датчик Холла?

Зачем нужен этот оптический датчик, как он выглядит, где он стоит в автомобиле, каковы симптомы поломки устройства? О том, как проверить датчик Холла, мы расскажем ниже, а для начала рассмотрим описание контроллера.

Местонахождение и функции

Итак, что такое датчик Холла? Это контрольный девайс, передающий на блок управления информацию о положении двух валов — коленчатого и распределительного. Для чего нужен датчик Холла? Устройство используется для контроля положения валов с целью определения оптимального положения ГРМ. Контроллер функционирует на основе эффекта Холла, большинство автолюбителей знают этот девайс, как датчик распределительного вала.

Где находится датчик Холла? Как правило, контроллер расположен в трамблере и отвечает за появление искры. Соответственно, он используется вместо контактов распределителя, то есть его установка возможна на бесконтактные системы зажигания.

Устройство датчика Холла достаточно простое:

  • магнит постоянного типа;
  • металлический экран, оснащенный несколькими технологическими отверстиями;
  • полупроводниковые пластины.

Виды

Датчик Холла в трамблере может относиться к одному из видов:

  1. Аналоговый вид. К такому типу относятся обычные преобразователи, который не могут изменить индукцию магнитного поля. Параметры, выдаваемые контроллером, будут зависеть от полярности, а также силы магнитного поля.
  2. Цифровые устройства, в них магнитное поле отсутствует. Принцип действия такого контроллера заключается в том, что когда параметр индукции достигает определенного значения, выдается логическая единица. В том случае, если значение не будет достигнуто нормы, выдается ноль. Основный минусом устройств цифрового типа является слишком низкая чувствительность.
  3. Оптические контроллеры. Они имеют более сложное устройство. В таких девайсах магнитное поле перемещается на прорези в металлическом экране, что способствует изменению разности потенциалов (автор видео о диагностике девайса — канал Автоэлектрика ВЧ).

Область применения

Что касается области применения, то такие преобразователи стали повсеместно использоваться с началом изготовления полупроводниковых пленок. Поначалу они имели довольно большие размеры, но с течением времени и развитием электроники преобразователи стали устанавливать в более компактные корпусы. Кроме того, сами корпуса стали оснащаться магнитными элементами, чувствительными деталями, а также микросхемами. На сегодняшний день контроллеры используются во многих отраслях промышленности — металлургии, машиностроении, авиастроении, а также в серодвигателях.

Что касается автомобилестроения, то в транспортных средствах этот контроллер используется в качестве размыкателя и замыкателя. На установленный девайс осуществляет воздействие магнит, установленный и вращающийся внутри распределителя. Преобразователь подает сигнал под воздействием этого магнита, соответственно, это способствует образованию искры для воспламенения горючей смеси в цилиндрах.

Принцип работы

Как работает датчик Холла? Девайс выдает сигналы в случае изменения разности потенциалов, появляющейся в проводнике при пересечении магнитного поля. С помощью магнита происходит образование магнитного поля, которое изменяется в том случае, если стальной зуб (репер) замыкает разъем. Сам зуб может быть расположен на зубчатом колесе распределительного вала или на задающем диске. При более быстром вращении распредвала девайс чаще отправляет сигнал (автор видео — канал Lty D).

Когда металлический зуб проходит через щель на валу, в системе происходит разность потенциалов, что способствует подаче сигнала на управляющий модуль (ЭБУ). В свою очередь, блок выявляет время впрыска и, соответственно, возгорания горючей смеси. В том случае, если силовой агрегат оснащен системой изменения фаз, контролер будет вмонтирован на клапана распределительного вала — как впускной, так и выпускной.

Что касается работающих дизельных двигателей, то в данном случае контроллер позволяет определить положение распределительного вала относительно коленчатого. Это позволяет обеспечить наиболее устойчивую работу мотора в любом режиме. Также следует отметить, что в дизельных агрегатах немного изменено устройство задающего диска — на нем имеются металлические зубчики для каждого цилиндра.

Способы проверки на работоспособность

Перед тем, как проверить датчик Холла тестером, необходимо разобраться в том, что нужный контроллер действительно неисправен. Для этого следует надо ориентироваться в основных симптомах неполадок.

Итак, каковы признаки неисправности датчика Холла:

  • во время езды мотор может просто заглохнуть без видимых причин;
  • возникают проблемы в запуске силового агрегата — мотор заводится с большим трудом или не стартует в целом;
  • при движении на повышенных оборотах автомобиль может дергаться, в частности, при нажатии на педаль газа (автор видео о диагностике девайса с помощью тестера — Дмитрий Мазницын).

Проверка датчика Холла должна осуществляться в том случае, если появились первые симптомы неполадок.

Как произвести диагностику контроллера Холла мультиметром:

  1. Сначала нужно снять крышку с трамблера.
  2. Затем отключается разъем питания от устройства.
  3. Мультиметр необходимо подключить к первому и третьему контакту, после этого следует включить зажигание. Если в цепи питания повреждений нет, то на дисплее мультиметра появится значение в 10 вольт или больше.
  4. Ниже вы можете увидеть датчик Холла фото схемы подключения, тестер нужно подсоединить к цепи так, как показано на рисунке. Подключив, вам нужно будет повернуть коленвал стартером, при этом наблюдая за показаниями на экране тестера. При рабочем контроллере на экране мультиметра произойдет скачок напряжения — значения могут быть разными, от 0 до нескольких вольт. Если это произошло, то замена датчика Холла не потребуется, поскольку девайс исправен. Если же скачков напряжения выявлено не было, это говорит о том, что нужно произвести ремонт датчика Холла или его замену.

Фотогалерея

1. Схема диагностики
2. Схема бесконтакт ной СЗ
 Загрузка …

Видео «Подробная инструкция по замене контроллера на ВАЗ 2109»

На примере автомобиля ВАЗ 2109 предлагаем ознакомиться с подробной инструкцией по замене контроллера с описанием основных нюансов и особенностей этого процесса (автор видео — канал Всё из жизни»одного человека»).

Что такое датчик Холла в смартфоне и зачем он нужен?

Для осуществления правильной работы современных мобильных телефонов применяют различные функциональные блоки и датчики информирования. На их основе системы, высшие по иерархии, принимают решения о тех или иных действиях. Сегодня речь пойдёт об измерительном элементе, определяющем наличие магнитного поля, его интенсивность и изменение.

Выдающийся физик Эдвин Холл в США в конце XIX века открыл явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, пребывающих в магнитном поле. «Эффект» Холла обладает большими возможностями. С его помощью отслеживается ориентация экрана в пространстве, измеряется магнитная полярность в ракетных двигателях. Датчики отлично работают в бесконтактных выключателях и определителях уровня жидкости.

Для измерения напряжения магнитного поля используют 2 типа устройств: аналоговые и цифровые датчики. У первого вида индукция поля преобразуется в напряжение, где величина зависит от силы и полярности. У второго – при смене полярности и снижении индукции датчик отключает сенсорный экран.

Своё главное применение миниатюрный датчик нашёл в цифровых гаджетах для улучшения их позиционирования, в обеспечении быстрого старта GPS-навигатора. Отличительной особенностью данного устройства является разносторонняя направленность действия:

  • С его помощью изменяется величина магнитного потока;
  • Реализовывается бесконтактное управление при помощи жестов;
  • Автоматически корректируется яркость экрана на изменение освещенности;
  • Сменяется ориентация изображения на дисплее при соответственном повороте гаджета, манипуляции в играх и других приложениях;
  • Определяется точное направление.

Конечно, это далеко не весь перечень положительных характеристик, присущих этому датчику.

Зачем датчик Холла нужен в смартфоне?

Сенсор, как высокочувствительная часть вещателя, располагается непосредственно под крышкой смартфона или планшета, что позволяет быстро реагировать на любые изменения в пространстве. За счёт работы датчика экономится заряд аккумулятора, улучшается взаимодействие телефона с магнитным чехлом и различными аксессуарами.

В телефонах типа «раскладушки» также используют датчики Холла. С их наличием упрощается работа по включению/выключению экрана во время открывания или закрывания защитной крышки. Аналогичное действие происходит у смартфона с магнитным чехлом, где сенсор молниеносно реагирует на изменения (приближения/удаления) магнитного поля на флипе и регистрирует его. Во время интенсивного излучения дисплей блокируется, при снижении – происходит его активация. При этом сам магнит, вмонтированный в флип чехла, нисколько не вредит смартфону.

Особенно эффект Холла характерен в чехлах с окошком в верхней части, где часть экрана остаётся открытой. В этом случае имеется возможность использовать отдельные функции (звонок, пропущенные вызовы, часы, проигрыватель), не открывая флипа. Магнитоэлектрическое устройство самостоятельно определит, оставить активным весь дисплей или частично. Аналогичным образом работает гаджет при использовании чехлов без «окошек».

При приобретении нового смартфона определить наличие или отсутствие датчика Холла можно самостоятельно. Стоит отметить, что не все производители указывают его присутствие, поэтому нужно внимательно изучить краткий перечень характеристик. Устройство находят и другим методом, проанализировав чехлы к своему мобильному устройству. Например, на обложке Smart Case к смартфону или планшету на 100% имеется установленный датчик Холла. По аналогии проводится анализ других чехлов.

Читайте также

Поделитесь в соцсетях:

  • 2

    0

    А как при покупке нового смартфона (планшета) самому определить имеет ли он датчик Холла или не имеет? И еще вопрос а в старых раскладушках 2006-2010 годов также использовался датчик Холла?

  • 1

    0

    Цифровые датчики Холла определяют есть ли магнитное поле или нет. То бишь, если индукция достигает определенного порога, то датчик сообщает о наличии магнитного поля в виде логической единицы (истина). При относительно слабой индукции датчик не определит наличие магнитного поля. Это логический ноль (ложь). Такие датчики бывают «Униполярными» и «Биполярными». Первые срабатывают только при наличии поля определённой полярности и отключаются при снижении индукции поля, а вторые срабатывают только на смену полярности поля. То бишь одна полярность включает датчик, а другая отключает. Вот так примерно это происходит на простом языке. P.S. На изображении показан принцип эффекта Холла.

  • 1

    0

    Спасибо, хорошая статья! Теперь немного лучше стал понимать принцип работы сенсорного экрана. Я-то думал, что весь контроль происходит за счет изменения общей емкости конденсаторов монитора. Только вот все же непонятно, как за счет датчика Холла контролируется управление смартфоном? Ведь из-за простого перемещения в пространстве на небольшие расстояния магнитное поле не может меняться сильно?

Морской флот —

ИнструментыШлифовальные круги для дрели по дереву

14

Когда шлифовальные работы носят разовый характер и нет особых требований к качеству и точности обработки поверхностей, для шлифовки используют насадки

ИнструментыШестиугольник описанный около окружности формулы

12

Калькулятор для вычисления стороны правильного шестиугольника по известным данным. При известном радиусе R описанной вокруг правильного шестиугольника

ИнструментыШарико винтовая передача чертеж

12

Разработка фрезерно-гравировального станка с ЧПУ. Шарико-винтовая передача оси Y. Длинна винта 400 мм. Шаг 4 мм. Диаметр 12 мм. Шаговый двигатель SM57HT56-2804А.

ИнструментыШаблон для ограничителя глубины резания

12

Технические характеристики Husqvarna 3/8 Подробное описание Шаблон для ограничителя глубины резания Husqvarna 3/8 Доставка и оплата Способы доставки: Способы

ИнструментыЧто такое эксцентрик в мебели

12

Эксцентрики, минификсы, эксцентриковая стяжка, restex – эти термины обозначают широко применяемый мебельный крепеж. Используется он для сборки комодов

ИнструментыЧто означает сечение кабеля

10

Любой специалист, который часто работает с установкой электрических кабелей, должен знать основные правила расчета их сечения. В бытовых условиях не каждый

ИнструментыЧто можно точить на токарном станке

9

Технология изготовления деталей на токарном станке. Изготовление любой детали начинают с подбора материала. Отобранный материал нарезают на заготовки.

ИнструментыЧто можно сделать при помощи сварки

11

Эксперты нашего сайта рассказывают о нюансах и особенностях ручной дуговой сварки Сварка по праву считается одной из самых распространённых технологий

ИнструментыЧто можно сделать из утюга своими руками

13

Рекомендованные сообщения Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий Создать аккаунт

ИнструментыЧто можно отлить из свинца

9

Изготовление рыболовных грузил Если вы решили сделать рыболовные грузила своими руками, то эта статья может вам помочь. Здесь я попытался изложить свой

Что такое датчик Холла, как он работает и за что отвечает

Датчик Холла – устройство, получившее название в честь физика, который открыл закономерность.

Принцип работы датчика Холла

Ученый проводил эксперимент. Он взял проводник. В его качестве выступала золотая пластина. Через эту пластину он пропустил электрический ток. После этого проводник разместили между двумя разнополярными магнитами. Это дало интересный результат: электроны отклонялись перпендикулярно магнитным волнам. На двух гранях возникало напряжение. Эффект Холла возможен при определенных условиях:

  • Во-первых, напряжение должно быть достаточно сильным;
  • Во-вторых, магниты не должны находиться далеко от проводника.

Если говорить проще, то при взаимодействии магнитного поля и проводника, через который проходит электрический ток, на проводнике возникает разность потенциалов. Именно эту разность и фиксирует прибор.

Виды датчиков

С развитием науки технология стала использоваться во многих устройствах. Этому способствовало и то, что всего существует несколько видов датчиков:

  1. Цифровые. Предназначены для обнаружения магнитного поля. При достаточно высокой индукции, устройство срабатывает. Это определенная логическая команда, которая определяется как «один» такой сигнал означает – поле присутствует. При низкой чувствительности, слабом магнитном поле, или полном его отсутствии, срабатывает сигнал «ноль».
  2. Униполярные. Особый вид, который включается и выключается одним и тем же магнитным полем. Включен прибор или же выключен, зависит от интенсивности магнитного поля.
  3. Биполярные. Сложный тип датчика Холла. Его работа основана на взаимодействии с обоими полюсами. К примеру, он включается только южной стороной магнита. Если включение произошло, то этой стороной уже нельзя повлиять. Не поможет изменение плотности магнитных волн или расстояния меду магнитом и проводником. Чтобы отключить его, нужно развернуть  магнит на противоположный полюс и эту сторону поднести к прибору.

Применение

Датчики Холла применяются во многих сферах человеческой жизни. Конечно, в большинстве случаев их применяют по назначению, для измерения магнитного поля. Однако свое место эти устройства нашли и в цифровой индустрии и в машиностроении. Это обусловлено тем, что простая система Холла стала включаться в сложные системы управления, работающие на принципах логики, когда всю информацию можно закодировать в виде последовательности нолей и единиц.

Устройство применяется во многих видах электроники. К примеру, старая «раскладушка». Этот телефон представляет собой наглядный пример использование Холла в промышленных масштабах. По такому же принципу работает и ноутбук. При закрытии крышки, как всем известно, монитор гаснет. Дело в том, что прибор вмонтирован в материнскую плату компьютера. А в крышке имеется небольшой магнит. При их сближении, то есть закрытии крышки ноутбука, срабатывает эффект Холла и свет гаснет.

С датчиком Холла знаком тот, кто разбирается в технике. Этот прибор является неотъемлемой частью системы зажигания большинства автомобилей. Датчик холла используется благодаря своей большой выносливости. Фактически у этого прибора нет срока годности, так как в нем не взаимодействуют механические элементы. Однако если говорить о приборе, который используется в системе зажигания, то можно учесть и некоторые минусы.

Недостатки датчика Холла

Главный из них основан на самой работе прибора. Ведь устройство фиксирует магнитные поля. При обилии таких полей устройство может работать неправильно. В частности, подобная ситуация возникает в том случае, если намагничивается один из близлежащих элементов зажигания. Это создает дополнительную магнитную волну, работа прибора становится нестабильной. Как следствие в автомобиле может стать прерывистой, или даже совсем пропасть искра.

Что такое адаптация персонала в организации, примеры

Как проверить, рабочий ли датчик?

Бывают случаи, особенно у автомобилистов, когда работоспособность прибора ставится под сомнение. Проверить, работает ли датчик, в такой ситуации можно. Самый простой и надежный  из них, это замена. Датчик, который находится под сомнением, меняется  на заведомо исправный прибор. Если после такой замены машина начинает работать, значит, датчик был испорчен. Но что делать, если еще одного, тем более исправного, датчика Холла под рукой нет?

В таком случае работоспособность можно проверить при помощи обычного тестера. Исправность можно проверить, опираясь на результат. Если после измерения напряжение меньше 0,4 вольт, то датчик неисправен.

Если тестера нет, а работоспособность датчика проверить все равно нужно, в ход идет самодельная установка. Сделать такой прибор можно из небольшого куска провода и колодки от распределения зажигания.

Как работают датчики Холла

Как работают датчики Холла — Объясните это Реклама

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольты, амперы и ватты (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Измерение магнетизма немного сложнее. Спросите большинство люди, как измерить силу магнитного поля (невидимого область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (веберы или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не будут иметь ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитрую часть наука открыта в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и опережала свое время на 20 лет. до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока десятилетия спустя не стали лучше понимать полупроводниковые материалы, такие как кремний. В эти дни Эдвин Холл был бы в восторге чтобы найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Давайте посмотрим поближе!

Фото: Магнитное испытательное оборудование для изучения эффекта Холла. Фото предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США (DOE).

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — это лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые работают таким образом. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку медного провода и (хотя его не видно происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки слишком.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад выкачивать звук.

Фото: Вы не можете увидеть магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла.фото любезно предоставлено Викискладом.

» Если ток электричества в неподвижном проводнике сам притягивается магнитом, ток должен проходить по одной стороне провода… »

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок провода с током в магнитное поле, и провод не можешь двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны, находящиеся внутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — промежутки там, где должны быть электроны).Вообще говоря, если вы прикрепите пластину проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут создавать магнитное поле. Если поместить плиту между полюса постоянного магнита, электроны будут отклоняться в криволинейный путь, когда они движутся через материал, потому что их собственные магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки: то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам нет нужды вдаваться здесь во все подробности.) Это означает, что на одну сторону материала будет приходиться больше электронов, чем на другую. другом, поэтому на проводе появится разность потенциалов (напряжение). материала под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и протекание тока. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов приходится отклонять. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В других словами, напряжение Холла пропорционально по величине как электрическому тока и магнитного поля. Все это имеет больше смысла в наша маленькая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

  1. Когда через материал протекает электрический ток, электроны (показанные здесь синими точками) движутся через него практически по прямой линии.
  2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже окажутся в поле. На них действует сила (сила Лоренца), которая заставляет их отклоняться от прямолинейного пути.
  3. Теперь, глядя сверху , электроны в этом примере изгибались бы, как показано: с их точки зрения, слева направо. С большим количеством электронов на правой стороне материала (внизу на этом рисунке), чем на левой (вверху на этом рисунке), между двумя сторонами будет разность потенциалов (напряжение), как показано зеленым цветом. линия со стрелкой. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как узнать, в какую сторону будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы делаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не делаете).

Работа: на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, действует сила (сила Лоренца), которая меняет их направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (моторное правило), чтобы определить направление силы, если вы помните, что это правило применимо к обычному току (поток положительных зарядов) и поле течет с севера на юг.В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток течет из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец). Если поле течет слева направо (указательный палец), большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно как датчик Холла или пробник. Эти термины иногда используются взаимозаменяемы, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

  • Датчики Холла просты, недороги, электронные чипы, которые используются во всех видах широко доступных гаджетов и продуктов.
  • Датчики на эффекте Холла являются более дорогими и сложными приборами. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.


Фото: 1) Типовой кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Фото с сайтаобъяснения.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото предоставлено Исследовательский центр Гленна НАСА (НАСА-GRC).

Обычно изготавливаются из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух своих гранях если поместить их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемами управления и могут быть подключены непосредственно к большим электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств для определения положения чего-либо. За Например, вы можете поместить датчик Холла на дверную раму и магнит. на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от присутствия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете сделать ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконы старого образца или современные датчики Холла лучше. зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты двигаясь в магнитном поле, датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (теоретически, по крайней мере) они должны быть более надежными. Одна вещь, которую вы не можете сделать с помощью геркона, — это определение степени «включенности» — силы магнетизма — потому что геркон либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик Холла таким полезным.

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики Холла?

Датчики Холла

дешевы, прочны и надежны, миниатюрны и просты в использовании. так что вы найдете их во множестве различных машин и бытовых устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы можете использовать на своем компьютере прямо сейчас. В бесщеточный двигатель постоянного тока (используемый в таких устройствах, как дисководы для жестких и гибких дисков), вы должны иметь возможность в любой момент точно определить, где находится двигатель.Датчик Холла рядом с ротором (вращающейся частью двигателя) сможет определить его ориентацию очень точно, измеряя изменения в магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, для подсчета скорости вращения колеса или двигателя автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока от старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные вокруг его края, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающийся постоянный магнит) над ними (не показано на этой фотографии).На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Потребовалось несколько десятилетий, чтобы революционное открытие Эдвина Холла прижилось, но теперь используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Не будет преувеличением сказать, что новаторская работа Холла произвела настоящий эффект!

Artwork: Как упаковывается типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень слабыми, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого.Сама микросхема Холла (зеленая, 17) установлена ​​на железной несущей пластине (серая, 16), зажатой между двумя формованными пластиковыми секциями (серые, 11, 12). Микросхема подключается проводами (19) к контактным выводам (синие), с помощью которых она может быть подключена к цепи. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевые, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем), течь по непрерывному контуру через микросхему Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение.Если магнит скользит к другой стороне датчика, он создает противоположное напряжение. Иллюстрация из патента США 3,845,445: Модульное устройство на эффекте Холла, автор Роланд Браун и др., корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Артикул

История
  • [PDF] Открытие эффекта Холла Г. С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979.Как Холл открыл свой эффект и понял, что он означает, бросив вызов некоторым ранним работам Джеймса Клерка Максвелла.
Более технический
Документы Эдвина Холла
  • О новом действии магнита на электрические токи Эдвин Х. Холл, Американский математический журнал, Vol. 2, № 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
  • Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Том. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387.Собственное описание Холла и объяснение его оригинального эксперимента.
  • Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для некоторых металлов Эдвина Х. Холла, PNAS USA, Vol. 9, № 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

  • Датчики Холла: теория и приложения Эдварда Рамсдена. Newnes, 2006. Охватывает физику датчиков Холла и способы их включения в практические схемы. Включает датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени.Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
  • Приборы на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004 г. Несколько большая и более подробная книга, но охватывающая ту же тему со смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
  • Эффект Холла и его приложения К. Чиена (ред.). Plenum Press, 1980/Springer, 2013. Переиздание материалов симпозиума 1979 г. в Университете Джона Хопкинса, 13 ноября 1979 г., посвященного 100-летию открытия Холла.
  • Эффект Холла в металлах и сплавах, Колин Херд. Спрингер 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Патенты

Еще несколько технических примеров детекторов Холла и их применения:

  • Патент США 3,845,445A: Модульное устройство на эффекте Холла Р. Браун и др., IBM, 29 октября 1974 г. Концентрирующее модульное устройство на эффекте Холла показано выше.
  • Патент США 3,845,445A: Устройство на элементе Холла с защитным барьером обедненной области Р.Popovic, Siemens, 29 мая 1990 г. Элемент Холла, который может быть включен в интегральную схему, рассчитанную на стабильную работу в течение длительного срока службы.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.HTML. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Эффект Холла

или сопротивление? — Халтех

Двумя наиболее важными датчиками в вашем двигателе являются датчики коленчатого вала и кулачка, поэтому очень важно убедиться, что они установлены, подключены и настроены правильно.

Тип датчика: эффект Холла или рефлекторный?

Датчик Холла обычно имеет 3 провода. Мощность, сигнальная земля и сигнальный выход.

Датчик на эффекте Холла вырабатывает последовательный цифровой прямоугольный сигнал каждый раз, когда магнит или черный металл проходит через кончик датчика, независимо от скорости, с которой срабатывает материал.

Это делает настройку ECU для срабатывания датчика Холла очень простой, поскольку вы ожидаете один и тот же сигнал каждый раз, когда зуб проходит мимо датчика.

При выборе датчика Холла убедитесь, что он совместим с:
• материалом мишени зуба курка
• шириной зуба
• зазором между зубьями
• высотой зуба

Ваш датчик также должен обрабатывать частоту зубцов (количество зубцов, которое он может подсчитать за определенный промежуток времени).

Обычно мы рекомендуем устанавливать датчик без каких-либо встроенных фильтров, так как они могут вызвать хаос, когда вы пытаетесь обнаружить отсутствующий зуб на пусковом колесе кривошипа.

Датчики на эффекте Холла

обычно имеют воздушный зазор (расстояние между датчиком и материалом мишени) около 1 мм или 40 тыс. Проверьте спецификацию датчика для подтверждения.

Датчики на эффекте Холла

, как правило, не выдерживают высоких температур, поэтому еще раз сверьтесь со спецификацией. Как правило, вы не должны ожидать, что датчики на эффекте Холла будут работать намного выше 90 градусов Цельсия, если не указано иное.


Датчик Reluctor обычно является 2-проводным датчиком и не имеет сложной электроники.

Reluctor состоит из постоянного магнита, ферромагнитного полюсного наконечника и катушки с проволокой. Каждый конец катушки провода называется Reluctor + ve и Reluctor -ve, которые представляют собой сигналы, которые подаются в ECU.

Из-за отсутствия электроники внутри датчики Reluctor обычно могут выдерживать температуры намного выше, чем датчики на эффекте Холла.Нет ничего необычного в том, что они работают при температуре выше 200 градусов по Цельсию.

Датчики Reluctor гораздо более чувствительны к воздушному зазору между датчиком и материалом триггера. Правильное определение этого зазора имеет решающее значение, он должен быть точно таким же между зубами, и это гораздо более узкий зазор, чем в датчиках на эффекте Холла, примерно на 10 тысяч или 0,25 мм или даже меньше в некоторых случаях.

Это предъявляет дополнительные требования к креплению триггерного датчика, так как допустимая погрешность намного меньше, чем у датчика Холла.

Вместо создания простой для интерпретации цифровой прямоугольной волны, такой как датчик Холла, выходная величина датчиков Reluctor пропорциональна скорости запуска цели. По сути, чем быстрее проходит зубец триггера, тем выше напряжение сигнала, которое будет генерировать датчик Reluctor.

Это представляет собой проблему, заключающуюся в том, что шум, создаваемый датчиком, также становится выше, и точный фронт срабатывания, который ЭБУ вычисляет при отключении зажигания, также сложнее интерпретировать.

Проводка триггерного входа

Для датчика Холла используйте:
Питание датчика 5 В, 8 В или 12 В (в зависимости от его требований)
0 В Сигнальная земля и триггер +, который подключается к сигнальному проводу от датчика.

Для датчика Reluctor используйте:
Trigger+ к положительной стороне датчика Reluctor
Trigger – к отрицательной стороне датчика Reluctor.

Обратите особое внимание на эту проводку, так как смешивание и согласование проводки датчика вызовет всевозможные кошмары.

Заключение

Датчики Холла

легко монтируются и легко настраиваются в программном обеспечении ЭБУ, однако они не любят нагреваться и в зависимости от модели могут «фильтровать» или пропускать зубья, которые вы действительно хотите обнаружить.

Датчики

Reluctor не боятся нагрева и чрезвычайно надежны, однако они требуют времени для настройки напряжения срабатывания в зависимости от оборотов двигателя и требуют очень точного крепления датчика, чтобы обеспечить очень маленький зазор между датчиком и зубцом пуска для обеспечить бесперебойную работу.

Хотите узнать больше?


Как датчики на эффекте Холла влияют на потребление энергии двигателем

Уже много лет широко известно, что промышленность является крупнейшим потребителем энергии в мире и что большая часть этого энергопотребления приходится на используемые в промышленности двигатели. Согласно отчету ABB, на долю промышленности приходится 42 процента мирового потребления энергии, при этом электродвигатели используют 2/3 этой энергии.

Чтобы решить эту проблему, большое внимание было уделено одному из наиболее распространенных двигателей, используемых в промышленности, — бесщеточному двигателю постоянного тока (BLDC).Общепризнанным методом повышения эффективности двигателей BLDC является включение датчиков Холла.

Правильный выбор биполярной фиксации Интегральная схема датчика Холла для электронной коммутации в двигателях BLDC играет большую роль в эффективности этих двигателей и, следовательно, может значительно повлиять на надежность и производительность многих приложений, включая робототехнику, портативное медицинское оборудование и Вентиляторы ОВК.

Компания Honeywell Sensing and Control выпустила информационный документ «Как выбрать датчики Холла для бесколлекторных двигателей постоянного тока», чтобы помочь разработчикам двигателей и пользователям лучше понять влияние датчиков Холла на бесщеточные двигатели постоянного тока.

Поскольку в двигателях BLDC используется электронная, а не механическая коммутация для управления распределением мощности на двигатель, в техническом документе указывается, что фиксирующие датчики Холла, установленные в двигателе, используются для измерения положения двигателя, которое передается на электронный блок управления. контроллер для вращения двигателя в нужное время и в нужном направлении.

Основные конструктивные характеристики, которые следует учитывать при биполярном датчике Холла с фиксацией, используемом для коммутации двигателя BLDC, включают чувствительность, воспроизводимость, стабильность при перегреве и время отклика.

Поскольку для активации датчика Холла требуется магнитное поле, « уровень чувствительности основан на размещении датчика на магните, воздушном зазоре и силе магнита. В технических характеристиках изделия должна быть указана напряженность магнитного поля (измеряемая в Гауссах), необходимая для того, чтобы биполярный датчик Холла изменил состояние (сработал и разблокировался)», — отмечается в официальном документе Honeywell. «Датчик с высокой чувствительностью, обычно рассчитанный на менее 60 Гаусс, позволяет использовать магниты меньшего размера или менее дорогие магнитные материалы, что становится все более важным, поскольку цены на редкоземельные магниты продолжают расти.Высокая чувствительность также позволяет использовать более широкий воздушный зазор, что означает, что датчик можно разместить дальше от магнита, и он по-прежнему будет очень надежным, обеспечивая при этом некоторую гибкость конструкции».

Повторяемость относится ко времени фиксации датчика Холла. «Это идет рука об руку с высокой чувствительностью, поскольку позволяет датчику быть более воспроизводимым», — говорится в документе. «Когда выход датчика включается, он направляет ток по обмоткам катушки в неподвижной части двигателя.Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянных магнитов на валу и заставляет вал вращаться. Когда магнит вращается вокруг датчика, датчик с высокой повторяемостью меняет свое состояние в одном и том же угловом положении каждый раз, когда магнит проходит мимо. Датчик с высокой воспроизводимостью — это датчик с постоянным временем отклика, который будет поддерживать все угловые измерения очень близкими к одному и тому же значению».

Подобно повторяемости, стабильность , согласно техническому документу Honeywell, относится к тому, насколько угловое положение изменяется в зависимости от температуры или напряжения.Например, если выходной сигнал датчика меняет состояние на пять градусов при 25 °C, где он меняет состояние при 125 °C? Уровень Гаусса, необходимый для включения детали при 125 °C, должен быть как можно ближе к уровню Гаусса, необходимому для включения детали при 25 °C. Итак, если деталь работает при 30 Гаусс при 25 °C, работает ли она при 30 Гаусс при 125 °C или рабочая точка смещается, например, до 50 Гаусс или 5 Гаусс? Это важно, поскольку для точного определения положения требуется стабильность при перегреве в сочетании с высокой чувствительностью.Магнитная стабильность также помогает улучшить характеристики джиттера для эффективности BLDC и приводит к меньшему изменению скорости.

Время отклика — это время, необходимое для изменения состояния выхода датчика. Например, если датчик имеет рабочую точку 30 Гаусс и к датчику приложено магнитное поле с уровнем 30 Гаусс, время отклика измеряется от точки, когда поле 30 Гаусс приложено, до момента изменения состояния выхода. Более быстрое время отклика на изменение магнитного поля обеспечивает большую эффективность коммутации BLDC.Если датчик переключается при другом уровне магнитного поля, чем требуется, из-за медленного отклика или задержки, это может привести к ошибкам точности.

Просмотрите полный информационный документ Honeywell «Как выбрать датчики Холла для бесщеточных двигателей постоянного тока».

Датчик Холла – как проверить его работу?

В большинстве популярных приложений датчики Холла используются в качестве бесконтактных выключателей.Для этой функции в основном используются системы в пакетах SIP3, которые содержат полные схемы формирования сигнала с двухрежимным выходом. Следовательно, это не столько датчик, сколько переключатель Холла . Работу такой системы можно легко проверить, зная ее тип. Когда мы имеем дело с неопознанным элементом, мы должны иметь хотя бы базовые знания о том, как работает датчик Холла , чтобы иметь возможность проверить работу системы. Набор необходимой информации представлен в этой статье.

Датчик Холла – основная информация

Большинство коммутаторов Холла в корпусах ТО-92 или ТО-92UA SIP3 имеют следующую схему расположения выводов: 1 – Vdd (питание), 2 – масса шасси, 3 – выход. Они пронумерованы так же, как и в транзисторе. Немного сложнее обстоят дела с датчиками SMD, потому что здесь можно встретить SOT-23, SOT-223, SO-8 или другие, специализированные корпуса.

Если корпуса SOT-23 и SOT-223 хорошо известны по транзисторам и их цоколевка соответствует указанному выше расположению выходов, то этого нельзя сказать о других типах корпусов.Без доступа к документации датчика Холла или хотя бы имени его производителя сложно определить, какие клеммы отвечают за питание или подключение интерфейса датчика.

Интеграция системы кондиционирования, триггера Шмитта и выходного усилителя в единый сенсорный блок сделала датчики Холла, которые иногда называют датчиками Холла , популярными и позволила применять эти системы в качестве детекторов магнитного поля в индустрия.Однако, когда мы имеем дело с двухрежимным (включен/выключен) выходом, следует говорить не столько о датчике Холла, сколько о выключателе Холла, хотя эти термины часто путают и смешивают не только пользователи, но и производители. каталоги.

Датчики Холла Discover доступны в TME

Выключатели Холла могут работать в следующих режимах:

Для изменения состояния выхода переключателя требуется магнитное поле соответствующего напряжения и северной или южной полярности. Если датчик поместить в такое поле, его выход изменяет свое состояние и сохраняет его до тех пор, пока не будет перемещен в поле противоположной полярности.Говорят, что эти системы имеют выход-защелку.

  • Униполярный положительный датчик Холла

Выход этого переключателя активируется должным образом сильным положительным магнитным полем (полюс «S») . Выход деактивируется, если это поле исчезает (достигает значения ниже порога включения).

  • Униполярный отрицательный датчик Холла

Выход этого переключателя активируется должным образом сильным отрицательным магнитным полем (полюс «N») .Выход деактивируется, если это поле исчезает (достигает значения ниже порога включения).

Как проверить работу датчика Холла?

Для проверки датчика достаточно знать эффект Холла и иметь блок питания или батарейку и сильный магнит. Сначала подключите напряжение положительной полярности к клемме 1, а затем подключите отрицательную полярность к клемме 2. Вы можете оценить значение напряжения питания на основе применения переключателя.Те в миниатюрных корпусах, что предназначены для портативных устройств, имеют напряжение питания 3В. Напряжение больших переключателей, используемых в промышленности, колеблется от 5 до 12 В. К сожалению, это не является правилом, и без подробной информации из технического паспорта следует учитывать, что эксперименты с напряжением питания могут привести к повреждению системы выключателя или не гарантируют его достаточной чувствительности.

После подачи напряжения питания между свободным выводом датчика Холла и массой шасси включить вольтметр.Теперь поднесите один из полюсов сильного магнита к передней части датчика, удерживая его под прямым углом. В зависимости от типа переключателя напряжение на его выходе должно быстро меняться либо при приближении датчика к полюсу «S», либо к полюсу «N». В случае биполярного переключателя этого эффекта можно добиться сближением/удалением, вращением (изменением полярности) и повторным сближением/удалением одного из магнитных полюсов. Если изменение напряжения соответствует нашим ожиданиям, предположительно переключатель работает правильно и готов к использованию.

Применение и установка датчика Холла

После проверки работы датчика Холла можно переходить к его целевому применению. Стоит соблюдать пару основных принципов.

Выходной сигнал датчика Холла изменяется в зависимости от синуса угла между поверхностью датчика и результирующего вектора напряженности магнитного поля. Максимальный и минимальный сигналы достигаются, когда силовые линии магнитного поля перпендикулярны или параллельны поверхности датчика соответственно.Производители калибруют датчики в идеальных условиях, поэтому в реальных приложениях следует учитывать возможные ошибки, возникающие из-за угла установки системы переключателей Холла по отношению к силовым линиям магнитного поля.

Также важно выбрать переключатель Холла, совместимый с магнитом или наоборот. В некоторых приложениях, например при установке положения вращающегося объекта, может случиться так, что выходной сигнал будет доступен уже тогда, когда магнит только приближается к корпусу системы, а не когда он находится точно под корпусом.

Несмотря на то, что современные датчики Холла работают в очень широком диапазоне температур, это все же может оказывать сильное влияние на их параметры. Поэтому стоит обратить внимание на температурный диапазон окружающей среды, в которой будет использоваться переключатель Холла, при выборе его для данного применения.

Также полезно обратить внимание на ограничение силы тока нагрузки. Не каждый переключатель Холла подходит для включения передатчика или сигнальной лампы. Некоторые имеют низкую выходную нагрузку, подходящую для питания системного входа CMOS или TTL.Следует помнить, что ток нагрузки напрямую влияет на температуру конструкции переключателя и, следовательно, на параметр его чувствительности.

Выбор пакетов и их типов должен зависеть от приложения. Корпус датчика Холла ТО-92 довольно хрупок и легко повреждается. Также легко отсоединить хрупкие клеммы. Поэтому при установке коммутатора в вашем приложении, особенно на длинном кабеле, следует обеспечить надлежащую безопасность его выводов, например, путем пайки коммутатора на печатной плате или крепления кабеля к крышке надлежащим образом. способ.

Трехмерный датчик положения на эффекте Холла с компенсацией поля рассеяния

Растущие требования к компенсации поля рассеяния ставят новые задачи при проектировании магнитных датчиков. В сочетании с повышенными требованиями к функциональной безопасности в соответствии со стандартом ISO 26262 для функций автономного вождения и растущей потребностью в цифровых интерфейсах (например, SENT, SPI, PSI5), режимах с низким энергопотреблением и возможностях 3D рынку явно требуется датчик, который предлагает большую функциональность и гибкость.На недавней выставке Electronica компания TDK представила семейство трехмерных датчиков положения на эффекте Холла, получившее название Micronas HAL 39xy. По словам компании, он уникален тем, что предлагает как компенсацию поля рассеяния, так и очень гибкую архитектуру.

Новые датчики HAL39xy предлагают четыре различных режима измерения в одном устройстве. Очевидным преимуществом такой функции является то, что клиентам нужно квалифицировать только одно устройство, а не разные аппаратные версии. Новые датчики хорошо подходят для широкого спектра применений, включая все виды клапанов и приводов, селекторов и переключателей передач, определение положения педали, определение положения в системах трансмиссии, определение угла поворота рулевого колеса или определение положения шасси.

Четыре различных режима измерения:

  • Определение линейного положения с компенсацией поля рассеяния
  • Обнаружение угла поворота на 360° с компенсацией поля рассеяния
  • Обнаружение угла поворота на 180° с компенсацией поля рассеяния, включая градиентные поля
  • Измерение реального трехмерного магнитного поля (BX, BY, BZ)

В каждом режиме используется разная комбинация пластин Холла для обеспечения наилучшей производительности.

Семейство HAL 39xy предлагает широкий спектр возможностей конфигурации.Каждый датчик оснащен цифровым сигнальным процессором (DSP) и встроенным микроконтроллером (см. рисунок) . DSP в основном отвечает за быструю обработку сигналов (расчет угла, компенсация и т. д.), в то время как микроконтроллер выполняет общее планирование, настройку интерфейса и контроль задач, связанных с функциональной безопасностью. Для обоих блоков может быть разработана индивидуальная прошивка.

В дополнение к запатентованной пластинчатой ​​матрице Холла семейство датчиков положения на эффекте Холла Micronas HAL 39xy оснащено DSP и встроенным микроконтроллером, оба с настраиваемой прошивкой .

Вместе с гибким интерфейсом Холла это позволяет заказчикам реализовывать новые виды приложений. Например, это может включать индивидуальную обработку сигналов или поддержку новых стандартов интерфейса. TDK отмечает, что архитектура HAL 39xy позволяет клиентам легко разрабатывать новые решения с использованием методов быстрого прототипирования. Это также облегчает адаптацию к изменениям в стандартах интерфейса, таких как SENT и PSI5.

В автомобилях требование поля рассеяния является серьезной проблемой для датчиков магнитного поля.Двигатели и линии электропередач в гибридных электромобилях (HEV) и аккумуляторных электромобилях (BEV) пропускают большие токи и могут генерировать магнитные поля, которые мешают датчикам магнитного поля.

Современный датчик на эффекте Холла теперь должен обеспечивать надежную устойчивость к полям рассеяния в соответствии с последним стандартом ISO 11452-8 и соответствующими требованиями OEM. Здесь концепция устойчивости к полям рассеяния основана на массиве вертикальных и горизонтальных пластин Холла. Сердцем датчика является запатентованная трехмерная пиксельная ячейка Холла.С помощью этой гибкой матрицы датчиков инженеры-конструкторы могут выбрать наилучшую концепцию поля рассеяния для конкретной задачи измерения.

Первые образцы будут доступны в первом квартале 2019 года. Другие варианты датчиков, такие как версия с двумя кристаллами и функцией резервирования или со встроенными конденсаторами, находятся в стадии разработки.

Эффект Холла | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите эффект Холла.
  • Рассчитайте ЭДС Холла на проводнике с током.

Мы видели влияние магнитного поля на свободно движущиеся заряды. Магнитное поле также влияет на заряды, движущиеся в проводнике. Одним из результатов является эффект Холла, который имеет важные последствия и приложения. На рис. 1 показано, что происходит с зарядами, движущимися по проводнику в магнитном поле. Поле перпендикулярно скорости дрейфа электронов и ширине проводника. Обратите внимание, что условный ток находится справа в обеих частях рисунка.В части (а) электроны переносят ток и движутся влево. В части (b) положительные заряды переносят ток и движутся вправо. Движущиеся электроны испытывают магнитную силу по направлению к одной стороне проводника, оставляя чистый положительный заряд на другой стороне. Это разделение заряда создает напряжение ε , известное как ЭДС Холла , на проводнике. Создание напряжения на проводнике с током под действием магнитного поля известно как эффект Холла в честь Эдвина Холла, американского физика, открывшего его в 1879 году.

Рис. 1. Эффект Холла. (а) В этом плоском проводнике электроны движутся влево (условный ток вправо). Магнитное поле находится прямо за пределами страницы и представлено точками в кружках; он воздействует на движущиеся заряды, вызывая напряжение ε , ЭДС Холла, на проводнике. (b) Положительные заряды, движущиеся вправо (обычный ток также вправо), смещаются в сторону, создавая ЭДС Холла противоположного знака, –ε . Таким образом, зная направление поля и тока, можно определить знак носителей заряда по эффекту Холла.

Одним из очень важных применений эффекта Холла является определение того, переносят ли положительные или отрицательные заряды ток. Обратите внимание, что на рисунке 1 (b), где положительные заряды переносят ток, ЭДС Холла имеет знак, противоположный тому, когда отрицательные заряды переносят ток. Исторически эффект Холла использовался, чтобы показать, что электроны переносят ток в металлах, а также показывает, что положительные заряды переносят ток в некоторых полупроводниках. Эффект Холла используется сегодня в качестве инструмента исследования для изучения движения зарядов, их скоростей дрейфа и плотности и т. д. в материалах.В 1980 году было обнаружено, что эффект Холла квантуется, что является примером квантового поведения в макроскопическом объекте.

Эффект Холла имеет и другие применения, от определения скорости кровотока до точного измерения напряженности магнитного поля. Чтобы исследовать их количественно, нам нужно выражение для ЭДС Холла ε на проводнике. Рассмотрим баланс сил на движущийся заряд в ситуации, когда B , v и l взаимно перпендикулярны, как показано на рисунке 2.Хотя магнитная сила перемещает отрицательные заряды в одну сторону, они не могут накапливаться без ограничений. Электрическое поле, вызванное их разделением, противодействует магнитной силе, F = qvB , а электрическая сила, F e = qE , в конце концов вырастает и становится равной ей. То есть

qE = qvB

или

Э = ВБ.

Обратите внимание, что электрическое поле E однородно поперек проводника, потому что магнитное поле B однородно, как и проводник.Для однородного электрического поля соотношение между электрическим полем и напряжением составляет E = ε / l , где l — ширина проводника, а ε — ЭДС Холла. Ввод этого в последнее выражение дает

[латекс]\frac{\epsilon}{l}=vB[/латекс].

Решение этой задачи для ЭДС Холла дает

ε = Blv (B, v и l взаимно перпендикулярны),

, где ε — напряжение эффекта Холла на проводнике шириной l , по которому движутся заряды со скоростью v .

Рис. 2. ЭДС Холла ε создает электрическую силу, которая уравновешивает магнитную силу, действующую на движущиеся заряды. Магнитная сила вызывает разделение зарядов, которое накапливается до тех пор, пока не уравновесится электрической силой, равновесие, которое достигается быстро.

Одним из наиболее распространенных применений эффекта Холла является измерение напряженности магнитного поля B . Такие устройства, называемые датчиками Холла , можно сделать очень маленькими, что позволяет точно отображать положение.Датчики Холла также можно сделать очень точными, что обычно достигается путем тщательной калибровки. Еще одним применением эффекта Холла является измерение расхода жидкости в любой жидкости, которая имеет свободные заряды (большинство из них). (См. рис. 3.) Магнитное поле, приложенное перпендикулярно направлению потока, создает ЭДС Холла ε , как показано. Заметим, что знак ε зависит не от знака зарядов, а только от направлений B и v . Величина ЭДС Холла равна , где l — диаметр трубы, так что среднюю скорость v можно определить из ε при условии, что известны другие факторы.

Рис. 3. Эффект Холла можно использовать для измерения расхода любой жидкости, имеющей свободные заряды, например крови. ЭДС Холла ε измеряется поперек трубы перпендикулярно приложенному магнитному полю и пропорциональна средней скорости v .

Пример 1. Расчет ЭДС Холла: эффект Холла для кровотока

Датчик потока на эффекте Холла помещают на артерию, приложив к ней магнитное поле 0,100 Тл, в установке, аналогичной той, что показана на рис. 3.Чему равна ЭДС Холла, если внутренний диаметр сосуда 4,00 мм, а средняя скорость кровотока 20,0 см/с?

Стратегия

Поскольку B , v и l взаимно перпендикулярны, уравнение  ε = Blv  можно использовать для нахождения ε .

Раствор

Ввод заданных значений для B , v и l дает

[латекс]\begin{array}{lll}\epsilon & =& Blv=\left(0.{-3}\text{ m}\right)\left(0.200\text{ м/с}\right)\\ & =& 80.0\text{ }\mu\text{V}\end{массив}\\ [/латекс]

Обсуждение

Это среднее выходное напряжение. Мгновенное напряжение изменяется при пульсирующем токе крови. Напряжение в этом типе измерения мало. ε особенно трудно измерить, потому что существуют напряжения, связанные с работой сердца (напряжения ЭКГ), которые имеют порядок милливольт. На практике эта трудность преодолевается приложением переменного магнитного поля, так что ЭДС Холла является переменным с той же частотой.Усилитель может быть очень избирательным, выбирая только подходящую частоту, исключая сигналы и шумы на других частотах.

Резюме раздела

  • Эффект Холла — это создание напряжения  ε , известного как ЭДС Холла, на проводнике с током магнитным полем.
  • ЭДС Холла определяется выражением

    ε = Blv (B, v и l взаимно перпендикулярны)

    для проводника шириной l , по которому движутся заряды со скоростью v .

Концептуальные вопросы

1. Обсудите, как можно использовать эффект Холла для получения информации о плотности свободного заряда в проводнике. (Подсказка: подумайте, как связаны скорость дрейфа и течение.)

Задачи и упражнения

1. Крупный водопровод диаметром 2,50 м и средней скоростью воды 6,00 м/с. Найдите напряжение Холла, возникающее, если труба проходит перпендикулярно к полю Земли 5,00 × 10 −5 -T.

2.Какое напряжение Холла создается полем 0,200 Тл, приложенным к аорте диаметром 2,60 см при скорости кровотока 60,0 см/с?

3. а) Какова скорость сверхзвукового самолета с размахом крыла 17,0 м, если он испытывает напряжение Холла 1,60 В между законцовками крыла при горизонтальном полете над северным магнитным полюсом, где напряженность поля Земли равна 8,00 × 10 5 T? б) Объясните, почему из-за этого напряжения Холла протекает очень небольшой ток.

4.Немеханический счетчик воды может использовать эффект Холла, прикладывая магнитное поле к металлической трубе и измеряя возникающее напряжение Холла. Какова средняя скорость жидкости в трубе диаметром 3,00 см, если поле 0,500 Тл поперек нее создает напряжение Холла 60,0 мВ?

5. Рассчитайте напряжение Холла, индуцируемое на сердце пациента во время сканирования на аппарате МРТ. Аппроксимируйте проводящий путь на стенке сердца проводом длиной 7,50 см, который движется со скоростью 10,0 см/с перпендикулярно оси 1.магнитное поле 50 Тл.

6. Зонд Холла, откалиброванный для считывания 1,00 мкВ при помещении в поле 2,00 Тл, помещают в поле 0,150 Тл. Какое у него выходное напряжение?

8. Покажите, что напряжение Холла на проводах из одного материала, по которым текут одинаковые токи и в одном и том же магнитном поле, обратно пропорционально их диаметру. (Подсказка: учтите, как скорость дрейфа зависит от диаметра проволоки.)

9. Пациенту с кардиостимулятором ошибочно проводят МРТ-сканирование.Участок провода кардиостимулятора длиной 10,0 см движется со скоростью 10,0 см/с перпендикулярно магнитному полю аппарата МРТ, и индуцируется напряжение Холла 20,0 мВ. Какова напряженность магнитного поля?

Глоссарий

Эффект Холла:
создание напряжения на проводнике с током магнитным полем
ЭДС Холла:
электродвижущая сила, создаваемая проводником с током магнитным полем, ε = Blv

Избранные решения задач и упражнений

1.7,50 × 10 −4 В

3. (a) 1,18 × 10 3 м/с (b) После установления ЭДС Холла толкает заряды в одном направлении, а магнитная сила действует в противоположном направлении, в результате чего результирующая сила на зарядах отсутствует. Следовательно, ток не течет в направлении ЭДС Холла. Это то же самое, что и в проводнике с током — ток течет не в направлении ЭДС Холла.

5. 11,3 мВ

7. 1,16 мкВ

9. 2,00 Т

 

MGH Центр системной биологии :: Датчик Холла

Опухоли могут выделять клетки в кровоток, которые циркулируют по всему телу.Считалось, что эти циркулирующие опухолевые клетки, или ЦОК, играют важную роль в распространении рака. Однако, поскольку эти клетки чрезвычайно редки, обнаружение ЦОК для использования в качестве диагностики рака оказалось очень сложной задачей. Обычно на миллилитр крови приходится всего 1-10 ЦОК. Учитывая, что в одном и том же объеме содержится около 5 миллиардов эритроцитов, 10 миллионов лейкоцитов и 300 миллионов тромбоцитов, вы можете понять, почему поиск ЦОК сравнивают с поиском иголки в стоге сена.Но, как и в случае с иглой, похоже, что решение для поиска этих редких клеток может быть одним и тем же: использовать магнит (или, в случае ЦОК, наномагнит). И именно это сделали исследователи из Центра системной биологии (CSB). Был разработан новый микрочип, который может быстро сканировать огромное количество клеток крови, чтобы найти эти очень редкие ЦКО, используя комбинацию микроэлектроники, микрофлюидики и нанотехнологий. Эта новая система, описанная в июльском выпуске журнала Science Translational Medicine, обладает потенциалом для точной диагностики рака на месте и мониторинга лечения.

Магнитное обнаружение

«Одна из больших проблем этой работы, — объясняет Дэвид Иссадор, научный сотрудник с докторской степенью в CSB и первый автор исследования, — заключается в том, что, поскольку ЦОК настолько редки, не существует надежного метода «золотого стандарта». для их обнаружения». Большинство форм обнаружения клеток — например, с использованием флуоресцентных меток — недостаточно эффективны для идентификации таких редких клеток, поскольку фоновый шум окружающей ткани может заглушить любой сигнал, исходящий от этих клеток.Магнитное обнаружение идеально подходит для решения этой проблемы, потому что биологическая ткань по своей природе немагнитна, и поэтому любой полученный сигнал будет исходить от клеток с магнитной меткой.

Для идентификации опухолевых клеток с помощью магнитного зондирования используются молекулярные зонды для идентификации белков на поверхности клеток, которые связаны с опухолевыми клетками. Эти клетки с молекулярной меткой впоследствии помечаются специально разработанными магнитными наночастицами, после чего можно использовать магнитный детектор для измерения присутствия этих магнитных меток в образце.

Беда в том, что, хотя магнитная детекция решает проблему фоновых помех, она все же может страдать от недостатка специфичности. «Некоторые магнитные наночастицы попадают в другие клетки, помимо опухолевых», — говорит Иссадор. «Таким образом, общий магнитный сигнал от образца может исходить в основном от этих фоновых клеток, особенно в случае ЦКО, где количество опухолевых клеток значительно превышает количество клеток крови».

Использование эффекта Холла для обнаружения клеток

Чтобы решить эту проблему, исследователи CSB разработали новую систему, которая вместо измерения всех клеток в образце вместе измеряет каждую клетку в отдельности.

Устройство основано на микроэлектронных чипах, в которых используются магнитные датчики на эффекте Холла размером с отдельную клетку для определения количества наночастиц в клетке. Как и в предыдущих формах магнитной детекции, образцы смешивают с коктейлем антител, которые связываются с опухолеспецифическими белками, экспрессированными на клетках, а затем метят их магнитными наночастицами.

Что делает устройство уникальным, так это то, что образцы вводятся в микрофлюидный канал, который расположен непосредственно над массивом миниатюрных датчиков Холла.Таким образом, когда образец проходит через канал, магнитное поле каждой проходящей ячейки может быть быстро измерено расположенными ниже датчиками. Соответственно, клетки с большим количеством опухолеспецифических белков притягивают к своей поверхности больше магнитных наночастиц, и когда эти сильно магнитные клетки проходят через миниатюрные датчики Холла, происходит заметное изменение сигнала.

Обнаружение редких клеток

На разработку системы Холла ушло почти три года. «Сочетание микрофлюидики с датчиками Холла было очень сложной задачей», — объясняет Джехун Чанг, автор статьи и научный сотрудник, отвечающий за разработку микрофлюидных компонентов для системы Холла.Однако после оптимизации было показано, что устройство способно с высокой точностью обнаруживать опухолевые маркеры как в образцах культивируемых клеток, так и в цельной крови с известным количеством опухолевых клеток. В обоих случаях он продемонстрировал аналитическую мощность на одном уровне с текущими стандартными лабораторными методами. Но смысл, по словам Иссадора, заключался в том, чтобы обнаружить клетки, которые трудно обнаружить с помощью обычных методов.

Таким образом, исследовательская группа протестировала устройство на образцах цельной крови пациенток с поздней стадией рака яичников, у которых из-за запущенного заболевания был более высокий уровень ЦОК.Затем результаты сравнивали с результатами, полученными с помощью CellSearch, единственной утвержденной в настоящее время технологии для обнаружения ЦОК.

«Это сработало очень хорошо», — подтверждает Иссадор. Результаты с помощью датчика Холла показали, что ЦОК могут быть обнаружены в 96% образцов пациентов, тогда как CellSearch смог обнаружить опухолевые клетки только в 15%. «Высокая производительность датчика Холла, вероятно, отчасти объясняется тем, что устройство может обнаруживать редкие клетки непосредственно в цельной крови», — объясняет Иссадор. «При использовании CellSearch необходимо обрабатывать образцы, что приводит к потере клеток.Другая причина, по которой датчик Холла работал лучше, вероятно, заключается в том, что он обнаруживает четыре разных опухолеспецифических белка, тогда как CellSearch обнаруживает только один белок; поскольку ЦОК не настолько просты, чтобы их можно было идентифицировать по одному маркеру, многие клетки могут остаться незамеченными.

Наконец, чтобы показать, что датчик Холла можно также использовать для мониторинга эффективности лечения, исследовательская группа провела исследование на мышах, в котором датчик использовался для обнаружения изменений маркеров рака, связанных с терапией. Результаты показали, что датчик Холла не только обнаруживал связанные с терапией изменения в уровне ракового белка, но и это снижение коррелировало с уменьшением размера опухоли.

Приложение для этого?

По словам Хакхо Ли, соавтора статьи, эта новая система теперь позволяет проводить диагностику и мониторинг рака на месте. Он говорит: «Улучшение электроники и микрофлюидики — один из наших главных приоритетов. Это повысит надежность устройства и сделает его более удобным для использования в клинике».
Действительно, их конечной целью является разработка приложения для смартфонов.

Группа также в настоящее время адаптирует устройство к другим биологическим мишеням, таким как бактерии туберкулеза, что принесло бы огромную пользу развивающимся странам.

Автор Ивонна Фишер-Джеффес, доктор философии

Issadore D, Chung J, Shao H, Liong M, Ghazani AA, Castro CM, Weissleder R, Lee H
Ультрачувствительный клинический подсчет редких клеток ex Vivo с использованием детектора Micro-Hall
Sci Transl Med.