Датчик холла в телефоне, что это, как работает, взаимодействие с магнитным чехлом

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.

Цифровой датчик Холла в конструкции автомобиля

Теперь, когда принципы работы, устройство датчика Холла и то, для чего он вообще нужен, стали более-менее понятны, можно углубиться в рассмотрение его функционирования именно в конструкции машины

Для начала обратим внимание на его физическое состояние. Большинство современных датчиков Холла, устанавливаемых на мотор, представляют собой составляющую трамблёра

Она устанавливается неподалёку от распредвала и имеет в своей конструкции магнитопроводящую пластину, с виду напоминающую корону. Последняя имеет n-ое количество прорезей (их число всегда равняется числу цилиндров двигателя), а также дополняется основой датчика тока на эффекте Холла – магнитом.

В процессе вращения распредвала его лопасти поочерёдно проходят прорези ранее отмеченной пластины датчика, что вызывает появления напряжения. Последнее формирует электрический импульс, передающийся сначала на коммутатор, а затем на катушку зажигания и другие электронные узлы автомобиля. В итоге, в системе зажигания с датчиком Холла он выполняет две основные функции:

Запускает искрообразование на концах свечей зажигания посредством преобразования напряжения Холла в высокую напряжённость магнитного поля;
Оповещает другие узлы автомобиля, которым требуется знать положение распредвала и коленвала, о таковом в данный момент времени.

Подобные характеристики узла делают из него довольно-таки важную составляющую системы зажигания, без правильной работы которой, функционирование мотора зачастую невозможно. Теперь, наверное, уже всем полностью понятно – зачем нужен этот пресловутый «холловский» идентификатор. Отметим, что данная деталь успешно применяется как на одноконтактных, так и двухконтурных системах зажигания. Более того, двухконтурное зажигание с одним датчиком Холла довольно-таки популярно.

Подключение датчика Холла предусматривает использование трёх клемм:

первая идёт на «массу»;
вторая — на плюс с входным напряжением порядка 6 Вольт;
третья является «выходной» и отправляет преобразованное напряжение на коммутатор.

Распиновка у датчика простейшая и, как правило, не отличается от представленной ниже (то есть, провода датчика Холла зачастую подключаются по следующей схеме):

Вопросы по типу:

Как проверить датчик Холла?
Где находится датчик Холла?
Как заменить датчик Холла?
Как подключить датчик Холла?
Как поменять его на новый?

Требуют от автомобилиста знаний того, как выглядит этот элемент системы зажигания, отвечающий за правильное искрообразование. К счастью, нужная деталь до безобразия проста как в ремонте, так и во внешнем виде. В типовом варианте датчик Холла, поставленный на абсолютно любой автомобиль, выглядит следующим образом:

Это интересно: Технические характеристики мотора 2106

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 по типу выхода:

аналоговый;
цифровой.

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 измерительные элементы имеют непрерывный линейный выход. Благодаря такому 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», отличаясь этим от датчиков 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;
униполярный.

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 — для его отключения.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы быть активированными. Эта же полярность задействуется для выключения датчика.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

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

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Принципы работы и устройство датчика Холла

Датчик любого вида устанавливается на автомобиль с одной целью: получение информации об одном из многочисленных параметров его работы. Какой-то идентификатор отвечает за определение температуры в двигателе, другой отслеживает количество расходуемого воздуха, а третий всегда готов ответить за положение того или иного узла мотора. Именно для достижения последней цели нужен датчик Холла, который беспрерывно следит за положением коленчатого или распределительного вала.

Принцип работы датчика Холла основан на применении гальваномагнитного явления, открытого в 1879 году Эдвином Холлом. Суть последнего заключается в том, что посредством интеграции некоторого полупроводника (датчика Холла) в электросистему с магнитным полем на его выводах возникает напряжение

При помощи измерения напряжённости магнитного поля в системе зажигания и получается определять углы расположения коленвала и распредвала машины, что крайне важно для грамотного формирования знаний о моменте искрообразования на данный момент времени. Благодаря своей специфике, магнитный датчик Холла применяется исключительно в бесконтактных системах с протекающим в них током (в случае с автосферой – в бесконтактных системах зажигания или, в сокращении, БСЗ)

Обобщая отмеченную выше информацию, стоит поэтапно рассмотреть то, как работает датчик Холла

Если обращать внимание на этот процесс максимально просто, то его сущность заключается в следующем:

Аналоговый датчик Холла монтируется в систему зажигания автомобиля, что с точки зрения физики означает включение в электросеть (магнитное поле) дополнительного проводника

Уточняя этот момент, важно отметить, что устройство идентификатора предполагает использование высокотехнологичных проводников, которые позволяют не нарушать сопротивление и напряжение в цепи;
В процессе работы мотора, а именно в моменты искрообразования в датчике Холла формируется некоторое напряжение, которое и необходимо для определения точного угла коленвала и распредвала в конкретный момент времени;
После этого, выявленное изменение в магнитном поле системы зажигания автомобиля, передаётся на коммутатор, а затем отходит на иные узлы машины. Последние, к слову, основываясь на данном изменении в магнитном поле и расположении валов, могут принимать наиболее оптимальные решения в плане организации своей работы.

Возникновение и точная передача напряжения Холла через соответствующий датчик возможна благодаря уникальной схеме подключения последнего. Уникальность заключается в расположении датчика, который просто вмонтирован в электроцепь системы зажигания автомобиля и не нарушает работу таковой. Именно подобные характеристики идентификатора Холла позволяют ему оставаться наилучшим способом определения положения коленвала и распредвала мотора вот уже долгие годы.

Что это за датчик?

Датчик Холла — датчик определения положения который основан на эффекте Эдвина Холла. Используется в смартфоне в роли магнитометра, как основа для работы электронного компаса и не только. Его задача — фиксировать наличие магнитного поля и определять его изменение.

Эффект Холла был открыт еще 1879 году в тонких пластинках золота, но использовать его в технике смогли только через 75 лет, когда наладили производство полупроводниковых пленок с нужными для него свойствами. Ему нашли применение в автомобилях — он помогал делать измерения угла положения распредвала/коленвала.

В смартфоне используется упрощенный аналог устройства, определяющий только наличие магнитного поля без определения напряженности по осям. Реализация довольно проста: помещенный в магнитное поле проводник, по которому проходит электрических ток, способствует тому, что электроны отклоняются к одной из граней пластины. Электроны в этой части накапливают отрицательный заряд, на противоположной грани — положительный. Процесс продолжается до момента, пока образовавшееся электрическое поле не компенсирует магнитную составляющую силы Лоренца. Образованная разность потенциалов (которую именуют холловским напряжением) на краях пластины фиксируется датчиком Холла. В телефоне он реализован микросхемой, на выходе которой создается сигнал в двух состояниях:

единица (1 — есть сигнал);
ноль (0 — сигнала нет).

В зависимости от считанной информации с датчика смартфон выполняет запрограммированное действие.

Сейчас этот эффект применяется в разных технических реализациях. Кроме современных телефонов, повседневное применение нашлось:

в системах электронного зажигания ДВС;
в приводах дисководов;
двигателях кулеров компьютерной техники;
в электроизмерительных приборах для реализации бесконтактного измерения силы тока;
в ионных реактивных двигателях.

Принцип работы прибора

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

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

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

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

двухконтактные;
трёхконтактные.

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

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

Для чего он нужен в телефоне?

Несколько лет назад, магнитометр с дюжиной возможностей можно было встретить только во флагманских смартфонах. Сейчас же, он установлен практически в каждый телефон. Смартфон, укомплектованный магнитометром (работающим по принципу датчика Холла) позволял измерять величину электромагнитной индукции различных приборов, управлять бесконтактно некоторыми функциями телефона (например листание фотографий с помощью жестов, без физического контакта) и т.д.

Хотя магнитометр и установлен во множество мобильных устройств, не в каждом его функции реализованы на полную.

Делается это по техническим (например, не хватает места в конструкции телефона или для уменьшения энергопотребления) и финансовым (в бюджетных моделях) причинам. Если убрать все дополнительные функции, задача упомянутого сенсора сводится к двум основным функциям:

Цифровой компас. Используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения. При помощи датчика, GPS поиск происходит быстрее.
Взаимодействие с аксессуарами. Приобретя магнитный чехол для смартфона, датчик позволит смартфону включать и отключать дисплей в зависимости от удаления/приближения магнита на аксессуаре.

Эффект «выключения дисплея» можно заметить при закрытой крышке в раскладных телефонах.

Достоинства и недостатки

Плюсы:

универсальность (одновременно определяют положение, направление и так далее);
износостойкость. Нет движущихся узлов, это твердотельные прочные устройства, что обеспечивает чрезвычайную долговечность;
почти полная независимость от необходимости обслуживания;
датчик тока на эффекте Холла работает при вибрациях, в пыльных, влажных, агрессивных условиях, при высоких температурах.

Минусы:

у стандартных приборов максимум расстояния до замеряемого тока около 10 см. Но все зависит от магнита: если он мощный и создает широкое поле, то дистанция увеличивается;
характерная «болезнь» — точность, поскольку есть зависимость от магнитного поля, и другие внешние подобные явления могут вносить искажения. Это же касается высоких температур, так как они меняют сопротивление проводников, соответственно, и подвижность носителей заряда, но тут страдает чувствительность. Впрочем, такое встречается редко или влияние ничтожное, в целом не особо влияет на работу.

Проверка исправности ДХ акселератора

От контроллера, на орган управления скоростью идёт 3 проводка:

чёрный — «ноль»;
красный — питание 5 V;
зелёный — управляющий сигнал, идущий от ручки скорости к контроллеру (напряжение изменяется в диапазоне 0-4,2 V, на этот показатель влияет угол поворота рукояти акселератора).

Чтобы проверить работоспособность ДХ находящихся в ручке управления скоростью, нужно с помощью вольтметра сделать замеры напряжения проводка красного цвета. Подключаем к нему положительную клемму вольтметра, а отрицательную — к чёрному проводу. Если в диагностируемой цепи не наблюдается напряжение 5 Вольт, значит причина сбоев скрывается не в акселераторе. Может быть сломался контроллер, может до него не доходит ток, а может оборвалась проводка, соединяющая контроллер и рукоять газа.

Если же измерительный прибор демонстрирует подачу тока на рукоятку управления скоростью, но при её прокручивании, напряжения на зелёном проводке нет, то причиной сбоев является, как минимум один сломанный ДХ либо подведённые к нему провода. Отработавшие своё компоненты меняем на новые изделия.

Неисправности ДХ или почему умирает датчик

Итак, почему же выходит из строя ДХ? Одной из распространенных причин выхода из строя до смешного банальна. Происходит это из-за пыли и грязи, скапливаемой на детали.

Что касается контактов датчика распредвала, то их 3. Один из проводов соединяется обязательно с минусом (масса), другой – с плюсом (клеммой + АКБ), и третий – непосредственно с коммутатором.

ДХ, если он неисправен, дает об этом знать мгновенно. Сигнализирует об неисправностях датчика в первую очередь сам мотор. Он запускается гораздо дольше обычного, резко меняется количество оборотов, ДВС работает рывками даже на режиме ХХ (холостое вращение вала).

Кстати, мотор также может самопроизвольно заглохнуть в самый неподходящий момент.

Однако взять и сразу поставить под сомнение ДХ, занявшись его заменой, тоже неправильно. Придется все проверить окончательно. Для этого есть масса испытанных способов.

Одним из железных симптомов неисправности ДХ принято считать исчезновение искры на всех свечах зажигания. В таких случаях даже самый неопытный работник сервиса указывает на ДХ. И это в 99 процентах оправдывается.

Однако есть и более конкретный способ проверки, основанный на применении имитатора. Это приспособление, копирующее работу датчика. Другими словами – такой же кусок провода с колодкой под провода и окончанием для входа свечи.

Еще несколько вариантов проверки:

берется исправный ДХ и устанавливается (мотор работает лучше – значит, дело было в датчике);
ДХ снимается с трамблера, к нему подключается мультиметр (диапазон измерений должен быть в пределах, равных аккумуляторному значению).

Существует немало способов, позволяющих проверять ДХ, и не снимая его.

Интересную версию проверки ДХ предлагают отечественные водители. Хотя, это возможно сделать только на моделях Ваз.

Снимается одна из СЗ, кладется на мотор.
Включается зажигание, проверяется ток на бабину (катушка).
Отсоединяется главный бронепровод трамблера и подводится к основному тормозному цилиндру ГТЦ (он расположен между патрубками тормозов).

Далее выполняется следующее:

центральный контакт распределителя соединяется с минусовой клеммой АКБ отрезком какого-нибудь провода;
провод от трамблера подводится к ГТЦ.

Если проскакивает искра, значит, ДХ умирает или уже окончательно вышел из строя.

ДХ – это один из самый дешевых компонентов СЗ современного автомобиля. Стоит он примерно в районе 4-5 долларов. По этой причине есть смысл купить новый датчик и возить его всегда с собой, на всякий случай. Если в дороге умрет старый ДХ, замена его на новый не вызовет каких-либо сложностей, все под рукой.

Проверку, как и было написано выше, можно осуществить разными способами. Допустим, вы едете, и на дороге мотор стал вести себя странно. Обороты не набираются, автомобиль движется с рывками и т. д. Что делаем?

Все просто, при наличии второго, рабочего датчика:

снимается главный бронепровод;
в него вдевается рабочая свеча;
провод ставится в такое место, чтобы была заметна искра;

с трамблера снимается колодка с проводами;
в колодку вдевается новый ДХ;
включается зажигание;
берется острый нож, лезвие вдевается в прорезь ДХ и проводится по контакту.

Если искра бьет нормально, не исчезает, не появляется тоже рывками, как сама работа мотора, то никаких других проблем в системе зажигания нет. Остается только снять трамблер, и заменить умерший старый ДХ.

Замена ДХ своими руками – операция не слишком сложная, если разобраться в нюансах. Надо понимать, что алгоритм выполнения действий может отличаться, ведь трамблеры бывают разные.

Например, если умер датчик на автомобиле «восьмерка», на всех ему аналогичных моделях замена проводится следующим образом:

скидывается клемма с АКБ;
скидываются бронепровода с крышки трамблера;
шланг, идущий на ВК (вакуумный регулятор) снимается;
трамблер снимается со шплинтов (держат его на шплинтах гайки);
относительно положения коленвала выставляется указатель ГРСМ;
трамблер разбирается, снимается вал;
демонтируется сам ДХ.

Проводя все вышеописанные мероприятия, надо всегда помнить главное правило автоэлектрика – поиск неисправности проводится по цепочке от АКБ до бабины зажигания

Важно четко представлять последовательность своих действий, их последствия. Опытный автомобилист берет с собой в дорогу мультиметр всегда

Этим прибором легко проверить предохранители коммутатора, сам датчик холла, соединения, разъемы и многое другое.