Sensor Hall: principi de funcionament, tipus, aplicació, com comprovar

Per al funcionament eficient de tots els sistemes d’un cotxe modern, els fabricants equipen el vehicle amb una varietat de dispositius electrònics que tenen més avantatges respecte als elements mecànics.

Cada sensor té una gran importància per a l'estabilitat del funcionament de diversos components de la màquina. Penseu en les característiques del sensor de sala: quins tipus hi ha, els principals mal funcionaments, el principi de funcionament i on s’aplica.

Què és un sensor Hall d’un cotxe?

Un sensor de sala és un petit dispositiu que té un principi de funcionament electromagnètic. Fins i tot en automòbils antics de la indústria automobilística soviètica, aquests sensors estan disponibles: controlen el funcionament del motor de gasolina. Si un dispositiu funciona malament, el motor perdrà l’estabilitat en el millor dels casos.

S'utilitzen per al funcionament del sistema d'encesa, la distribució de fases en el mecanisme de distribució de gas i altres. Per entendre quins mal funcionaments estan relacionats amb l'avaria del sensor, heu d'entendre la seva estructura i el principi de funcionament.

Per a què serveix un sensor Hall d’un cotxe?

Cal un sensor de passadís en un cotxe per enregistrar i mesurar els camps magnètics en diferents parts del cotxe. L'aplicació principal de HH es troba en el sistema d'encesa.

El dispositiu permet determinar paràmetres específics de manera sense contacte. El sensor crea un impuls elèctric que va al commutador o ECU. Aquests dispositius envien un senyal per generar un corrent per crear una espurna a les espelmes.

Breument sobre el principi de treball

El principi de funcionament d’aquest dispositiu va ser descobert el 1879 pel físic nord-americà E.G. Saló. Quan una hòstia semiconductora entra a la zona del camp magnètic d’un imant permanent, s’hi genera un petit corrent.

Després de la finalització del camp magnètic, no es genera cap corrent. La interrupció de la influència de l'imant es produeix a través de les ranures de la pantalla d'acer, que es col·loca entre l'imant i l'hòstia de semiconductor.

On es troba i com té aspecte?

L’efecte Hall ha trobat aplicacions en molts sistemes de vehicles com:

• Determina la posició del cigonyal (quan el pistó del primer cilindre es troba al centre mort superior de la carrera de compressió);
• Determina la posició de l'arbre de lleves (per sincronitzar l'obertura de vàlvules en el mecanisme de distribució de gas en alguns models de motors de combustió interna moderns);
• Al disjuntor del sistema d’encesa (al distribuïdor);
• Al tacòmetre.

Durant la rotació de l’eix del motor, el sensor reacciona a la mida de les ranures de les dents, a partir de les quals es genera un corrent de baixa tensió, que s’alimenta al dispositiu de commutació. Un cop a la bobina d’encesa, el senyal es converteix en alta tensió, que es necessita per crear una espurna al cilindre. Si el sensor de posició de l’eix del cigonyal és defectuós, no es pot engegar el motor.

Un sensor similar es troba a l’interruptor del sistema d’encesa sense contacte. Quan s’activa, els bobinatges de la bobina d’encesa es commuten, cosa que li permet produir una càrrega al bobinatge primari i descarregar-se del secundari.

La foto següent mostra l’aspecte del sensor i el lloc on s’instal·la en alguns vehicles.

Al distribuïdor

Sensor de cigonyal

Sensor d'arbre de lleves

Sensor del tacòmetre

Sensor Hall al motor elèctric

Dispositiu

Un senzill dispositiu de sensor de sala consisteix en:

• Imant permanent. Crea un camp magnètic que actua sobre el semiconductor, en el qual es crea un corrent de baixa tensió;
• Circuit magnètic. Aquest element percep l’acció d’un camp magnètic i genera un corrent;
• Rotor rotatiu. És una placa corba metàl·lica que té ranures. Quan l’eix del dispositiu principal gira, les pales del rotor bloquegen alternativament l’efecte de l’imant sobre la vareta, que crea impulsos al seu interior;
• Tancaments de plàstic.

Tipus i abast

Tots els sensors Hall es divideixen en dues categories. La primera categoria és digital i la segona és analògica. Aquests dispositius s’utilitzen amb èxit en diverses indústries, inclosa la indústria de l’automòbil. L’exemple més senzill d’aquest sensor és DPKV (mesura la posició de l’eix del cigonyal a mesura que gira).

Element del sensor de sala analògica

En altres indústries, s’utilitzen dispositius similars, per exemple, a les rentadores (la roba es pesa segons la velocitat de rotació d’un tambor ple). Una altra aplicació habitual d’aquests dispositius es troba en un teclat d’ordinador (els petits imants es troben a la part posterior de les tecles i el sensor s’instal·la sota un material de polímer elàstic).

Els electricistes professionals, quan mesuren la intensitat del cable sense contacte, utilitzen un dispositiu especial en què també s’instal·la un sensor Hall, que reacciona a la força del camp magnètic creat pels cables i dóna un valor corresponent a la força de el vòrtex magnètic.

A la indústria de l’automoció, els sensors Hall s’integren en diversos sistemes. Per exemple, en vehicles elèctrics, aquests dispositius controlen la càrrega de la bateria. Posició de l’eix del cigonyal, vàlvula d’accelerador, velocitat de la roda, etc. - Tot això i molts altres paràmetres estan determinats pels sensors Hall.

Sensors Hall lineals (analògics).

En aquests sensors, la tensió depèn directament de la força del camp magnètic. En altres paraules, com més a prop estigui el sensor del camp magnètic, més gran serà la tensió de sortida. Aquest tipus de dispositius no tenen un disparador Schmidt ni un transistor de sortida de commutació. El voltatge en ells es pren directament de l'amplificador operacional.

La tensió de sortida dels sensors analògics d'efecte Hall es pot generar mitjançant un imant permanent o un imant elèctric. També depèn del gruix de les plaques i de la força del corrent que circula per aquesta placa.

La lògica dicta que la tensió de sortida del sensor es pot augmentar indefinidament amb l'augment del camp magnètic. En realitat no ho és. La tensió de sortida del sensor estarà limitada per la tensió d'alimentació. La tensió de sortida màxima a través del sensor s'anomena tensió de saturació. Quan s'assoleix aquest pic, no té sentit continuar augmentant la densitat de flux magnètic.

Per exemple, les pinces de corrent funcionen amb aquest principi, amb l'ajuda del qual es mesura la tensió del conductor sense contacte amb el propi cable. Els sensors Hall lineals també s'utilitzen en dispositius que mesuren la densitat del camp magnètic. Aquests dispositius són segurs d'utilitzar, ja que no requereixen contacte directe amb un element conductor.

Un exemple d’utilitzar un element analògic

La figura següent mostra un circuit senzill d'un sensor que mesura la intensitat del corrent i funciona segons el principi de l'efecte Hall.

A - conductor; B - anell magnètic obert; С – sensor Hall analògic; D - amplificador de senyal

Aquest sensor de corrent funciona de manera molt senzilla. Quan s'aplica corrent a un conductor, es crea un camp magnètic al seu voltant. El sensor captura la polaritat d'aquest camp i la seva densitat. A més, es forma una tensió corresponent a aquest valor al sensor, que es subministra a l'amplificador i després a l'indicador.

Sensors digitals de sala

Els dispositius analògics s’activen en funció de la intensitat del camp magnètic. Com més alt sigui, més tensió hi haurà al sensor. Des de la introducció de l’electrònica en diversos dispositius de control, el sensor de sala ha adquirit elements lògics.

Element del sensor digital Hall

El dispositiu detecta la presència d’un camp magnètic o no el detecta. En el primer cas, serà una unitat lògica i s’enviarà un senyal a l’actuador o a la unitat de control. En el segon cas (fins i tot amb un camp magnètic gran, però no assolit, el llindar límit), el dispositiu no registra res, el que s’anomena zero lògic.

Al seu torn, els dispositius digitals són del tipus unipolar i bipolar. Considerem breument quines són les seves diferències.

Unipolar

Pel que fa a les variants unipolars, s’activen quan apareix un camp magnètic d’una sola polaritat. Si porteu un imant amb la polaritat contrària al sensor, el dispositiu no reaccionarà en absolut. La desactivació del dispositiu es produeix quan la força del camp magnètic disminueix o desapareix del tot.

El dispositiu emet la unitat de mesura necessària en el moment en què la força del camp magnètic és màxima. Fins que no s’assoleixi aquest llindar, el dispositiu mostrarà un valor de 0. Si la inducció del camp magnètic és petita, el dispositiu no el pot arreglar, per tant, mostra un valor zero. Un altre factor que afecta la precisió de les mesures del dispositiu és la seva distància al camp magnètic.

Bipolar

En el cas de la modificació bipolar, el dispositiu s’activa quan l’electroimant crea un pol específic i es desactiva quan s’aplica el pol oposat. Si es retira l’imant mentre el sensor està engegat, el dispositiu no s’apagarà.

Nomenament de HH al sistema d'encesa del cotxe

Els sensors Hall s'utilitzen en sistemes d'encesa sense contacte. En ells, aquest element s'instal·la en lloc del control lliscant del interruptor, que apaga el bobinatge primari de la bobina d'encesa. La figura següent mostra un exemple d'un sensor Hall, que s'utilitza en cotxes de la família VAZ.

A - Sensor Hall; B - imant permanent; Amb una placa que cobreix l'efecte lliure de l'imant

En els sistemes d'encesa més moderns, el sensor Hall només s'utilitza per determinar la posició del cigonyal. Aquest sensor s'anomena sensor de posició del cigonyal. El principi del seu funcionament és idèntic al clàssic sensor Hall.

Només per a la interrupció del bobinatge primari i la distribució del pols d'alta tensió ja és responsabilitat de la unitat de control electrònic, que està programada per a les característiques del motor. L'ECU és capaç d'adaptar-se als diferents modes de funcionament de la unitat de potència canviant el temps d'encesa (en els sistemes de contacte i sense contacte del model antic, aquesta funció està assignada al regulador de buit).

Encesa amb sensor Hall

En els sistemes d'encesa sense contacte del model antic (el sistema a bord d'aquest cotxe no està equipat amb una unitat de control electrònica), el sensor funciona en la següent seqüència:

1. L'eix distribuïdor gira (connectat a l'arbre de lleves).
2. Una placa fixada a l'eix es troba entre el sensor Hall i l'imant.
3. La placa té ranures.
4. Quan la placa gira i es forma un espai lliure entre l'imant, es genera una tensió al sensor a causa de la influència del camp magnètic.
5. La tensió de sortida es subministra a l'interruptor, que proporciona la commutació entre els enrotllaments de la bobina d'encesa.
6. Després d'apagar el bobinatge primari, es genera un pols d'alta tensió al bobinatge secundari, que entra al distribuïdor (distribuïdor) i va a una bugia específica.

Malgrat el simple esquema de funcionament, un sistema d'encesa sense contacte ha d'estar perfectament ajustat perquè aparegui una espurna a cada espelma en el moment adequat. En cas contrari, el motor funcionarà inestable o no arrencarà gens.

Avantatges del sensor Hall d'automoció

Amb la introducció d'elements electrònics, especialment en sistemes que requereixen un ajustament fi, els enginyers han pogut fer sistemes més estables en comparació amb els seus homòlegs controlats per mecànics. Un exemple d'això és el sistema d'encesa sense contacte.

El sensor d'efecte Hall té diversos avantatges importants:

1. És compacte;
2. Es pot instal·lar absolutament en qualsevol part del cotxe i, en alguns casos, fins i tot directament en el propi mecanisme (per exemple, en un distribuïdor);
3. No hi ha elements mecànics, de manera que els seus contactes no es cremin, com, per exemple, en un interruptor del sistema d'encesa de contacte;
4. Els polsos electrònics responen molt més eficaçment als canvis en el camp magnètic, independentment de la velocitat de rotació de l'eix;
5. A més de la fiabilitat, el dispositiu proporciona un senyal elèctric estable en diferents modes de funcionament del motor.

Però aquest dispositiu també té inconvenients importants:

• El major enemic de qualsevol dispositiu electromagnètic és la interferència. N'hi ha molts en qualsevol motor;
• En comparació amb un sensor electromagnètic convencional, aquest dispositiu serà molt més car;
• El seu rendiment es veu afectat pel tipus de circuit elèctric.

Aplicacions de sensor Hall

Com dèiem, els dispositius bàsics de Hall s’utilitzen no només als cotxes. A continuació, es detallen algunes de les indústries en què és possible o necessari un sensor d’efecte Hall.

Aplicacions de sensors lineals

Els sensors de tipus lineal es troben a:

• Dispositius que determinen la intensitat actual de manera sense contacte;
• Taquímetres;
• Sensors de nivell de vibració;
• Sensors ferromagnètics;
• Sensors que determinen l'angle de rotació;
• Potenciòmetres sense contacte;
• Motors sense escombretes de corrent continu;
• Sensors de flux de substàncies de treball;
• Detectors que determinen la posició dels mecanismes de treball.

Aplicació de sensors digitals

Pel que fa als models digitals, s’utilitzen en:

• Sensors que determinen la freqüència de rotació;
• Dispositius de sincronització;
• Sensors del sistema d’encesa al cotxe;
• Sensors de posició dels elements dels mecanismes de treball;
• Comptadors de polsos;
• Sensors que determinen la posició de les vàlvules;
• Dispositius de tancament de portes;
• Mesuradors de consum de substàncies de treball;
• Sensors de proximitat;
• Relés sense contacte;
• En alguns models d'impressores, com a sensors que detecten la presència o la posició del paper.

Quins mal funcionaments hi pot haver?

A continuació, es mostra una taula dels mal funcionaments del sensor de sala principal i les seves manifestacions visuals:

Funcionament defectuós:	Com es manifesta:
El sensor s’activa més sovint que el cigonyal passa per un cicle complet	Augmenta el consum de combustible (mentre que altres sistemes, com ara el combustible, funcionen correctament)
El dispositiu s'activa una vegada o periòdicament s'apaga completament	Mentre el cotxe es mou, el motor pot aturar-se, el cotxe sacseja, baixa la potència del motor i és impossible accelerar el cotxe a més de 60 km / h.
Mal funcionament del sensor Hall	En alguns vehicles estrangers d’última generació, la palanca de canvis està bloquejada
El sensor de posició del cigonyal està trencat	El motor no es pot engegar
Errors en un sistema elèctric en què el sensor de sala és l'element principal	Al quadre de comandament, el llum d’error del sistema d’autodiagnòstic d’una unitat específica, per exemple, el motor al ralentí, s’encén, però desapareix quan el motor augmenta la velocitat.

Sovint passa que el sensor en si està en bon estat, però sembla que està fora de servei. A continuació, es detallen els motius:

• Brut al sensor;
• Filferro trencat (un o més);
• La humitat ha afectat els contactes;
• Curtcircuit (a causa de la humitat o danys a l’aïllament, el cable de senyal és curt a terra);
• Violació de l'aïllament del cable o de la pantalla;
• El sensor no està connectat correctament (la polaritat s’inverteix);
• Problemes amb cables d'alta tensió;
• Infracció de la unitat de control automàtic;
• La distància entre els elements del sensor i la part controlada està incorrectament configurada.

Comprovació del sensor

Per assegurar-vos que el sensor és defectuós, cal fer una comprovació abans de substituir-lo. La manera més senzilla de diagnosticar un problema (hi ha realment un problema amb el sensor) és executar diagnòstics a l’oscil·loscopi. El dispositiu no només detecta mal funcionaments, sinó que també indica una avaria imminent del dispositiu.

Com que no tots els automobilistes tenen l'oportunitat de dur a terme aquest procediment, hi ha maneres més assequibles de diagnosticar el sensor.

Diagnòstic amb multímetre

En primer lloc, el multímetre està configurat en mode de mesura de corrent continu (commutador de 20 V). El procediment es realitza en la següent seqüència:

• El cable blindat es desconnecta del distribuïdor. Està connectat a la massa de manera que, com a resultat del diagnòstic, no engegueu accidentalment el cotxe;
• El contacte està activat (la clau es gira completament, però no engegueu el motor);
• El connector s’elimina del distribuïdor;
• El contacte negatiu del multímetre està connectat a la massa del cotxe (carrosseria);
• El connector del sensor té tres pins. El contacte positiu del multímetre està connectat a cadascun d’ells per separat. El primer contacte hauria de mostrar un valor d’11,37 V (o fins a 12 V), el segon també hauria d’estar al voltant de 12 V i el tercer hauria de ser 0.

A continuació, es comprova el sensor en funcionament. Per fer-ho, heu de fer el següent:

• Des del lateral de l'entrada de filferro, s'insereixen passadors metàl·lics (per exemple, claus petits) al connector de manera que no es toquin. Un s’insereix al contacte central i l’altre: al fil negatiu (generalment blanc);
• El connector es llisca sobre el sensor;
• El contacte s'encén (però no engegem el motor);
• Fixem el contacte negatiu del provador al menys (fil blanc) i el contacte positiu al passador central. El sensor de treball donarà una lectura d'aproximadament 11,2 V;
• Ara l’assistent hauria de girar el cigonyal amb l’arrencador diverses vegades. La lectura del comptador fluctuarà. Tingueu en compte els valors mínim i màxim. La barra inferior no ha de superar els 0,4 V i la superior no ha de baixar de 9 V. En aquest cas, el sensor es pot considerar útil.

Prova de resistència

Per mesurar la resistència, necessiteu una resistència (1 kΩ), un llum de díode i cables. Una resistència es solda a la pota de la bombeta i s’hi connecta un cable. El segon cable es fixa a la segona pota de la bombeta.

La comprovació es realitza en la següent seqüència:

• Traieu la tapa del distribuïdor, desconnecteu el bloc i els contactes del propi distribuïdor;
• El provador està connectat als terminals 1 i 3. Després d’activar l’encesa, la pantalla ha de mostrar un valor entre 10 i 12 volts;
• De la mateixa manera, es connecta una bombeta amb una resistència al distribuïdor. Si la polaritat és correcta, el control s’encendrà;
• Després d'això, el cable del tercer terminal es connecta al segon. Aleshores l’assistent fa girar el motor amb l’ajut de l’arrencador;
• Una llum parpellejant indica que el sensor funciona. En cas contrari, s’ha de substituir.

Creació d’un controlador de sala simulat

Aquest mètode permet diagnosticar el sensor de sala en absència d’una espurna. La tira amb contactes es desconnecta del distribuïdor. S'activa l'encesa. Un petit cable connecta els contactes de sortida del sensor entre si. Es tracta d’una mena de simulador de sensor de sala que va crear l’impuls. Si al mateix temps es forma una espurna al cable central, el sensor no funciona i cal substituir-lo.

Resolució de problemes

Si voleu reparar el sensor de sala amb les vostres pròpies mans, primer heu de comprar l’anomenat component lògic. Podeu seleccionar-lo segons el model i el tipus de sensor.

La reparació en si es realitza de la següent manera:

• Es fa un forat al centre del cos amb un trepant;
• Amb un ganivet clerical, es tallen els cables de l’antic component, després es col·loquen ranures per obtenir nous cables que es connectaran al circuit;
• El nou component s’insereix a la carcassa i es connecta als passadors antics. Podeu comprovar la correcció de la connexió mitjançant un llum de díode de control amb una resistència en un contacte. Sense la influència de l’imant, la llum s’hauria d’apagar. Si això no passa, haureu de canviar la polaritat;
• Els contactes nous s’han de soldar al bloc del dispositiu;
• Per assegurar-vos que el treball es realitza correctament, hauríeu de diagnosticar el sensor nou utilitzant els mètodes anteriors;
• Finalment, l’habitatge s’ha de precintar. Per fer-ho, és millor utilitzar cola resistent a la calor, ja que el dispositiu sol estar exposat a altes temperatures;
• El controlador es munta en ordre invers.

Com substituir el sensor per les seves pròpies mans?

No tots els aficionats al cotxe tenen temps per reparar manualment els sensors. Els és més fàcil comprar-ne un de nou i instal·lar-lo en lloc de l’antic. Aquest procediment es realitza de la següent manera:

• Primer de tot, heu de treure els terminals de la bateria;
• Es treu el distribuïdor, es desconnecta el bloc amb cables;
• Es treu la tapa del distribuïdor;
• Abans de desmuntar completament el dispositiu, és important recordar com estava situada la vàlvula. Cal combinar les marques de cronometratge i el cigonyal;
• Es retira l’eix del distribuïdor;
• El sensor de sala està desconnectat;
• S'instal·la un de nou en lloc del sensor antic;
• La unitat es munta en ordre invers.

Els sensors d’última generació tenen una llarga vida útil, de manera que no cal substituir-los amb freqüència. Quan feu servir el sistema d’encesa, també heu de prestar atenció a aquest dispositiu de seguiment.

Vídeo sobre el tema

En conclusió, una visió general detallada del dispositiu i el principi de funcionament del sensor Hall en un cotxe:

Què és un HALL SENSOR. Com funciona i com s'organitza

Preguntes i respostes:

Què és un sensor Hall? Es tracta d’un dispositiu que reacciona a l’aparició o absència d’un camp magnètic. Els sensors òptics tenen un principi de funcionament similar, que reacciona a l’impacte d’un feix de llum sobre una fotocèl·lula.

On s’utilitza el sensor de sala? Als vehicles, aquest sensor s’utilitza per detectar la velocitat d’una roda o d’un eix específic. A més, aquest sensor s’instal·la en aquells sistemes en els quals és important determinar la posició d’un eix concret per a la sincronització de diferents sistemes. Un exemple d'això és el cigonyal i el sensor d'arbre de lleves.

Com es comprova un sensor Hall? Hi ha diverses maneres de comprovar el sensor. Per exemple, quan hi ha alimentació en el sistema d’encesa i les bugies no emeten cap espurna, a les màquines amb un distribuïdor sense contacte, es treu la tapa del distribuïdor i es treu el bloc d’endolls. A continuació, s'encén el cotxe i es tanquen els contactes 2 i 3. El cable d'alta tensió s'ha de mantenir a prop del terra. En aquest moment, hauria d’aparèixer una espurna. Si hi ha una espurna, però no hi ha cap espurna quan el sensor està connectat, s’ha de substituir. La segona forma és mesurar la tensió de sortida del sensor. En bon estat, aquest indicador hauria d’estar situat entre 0.4 i 11V. El tercer mètode consisteix a posar un analògic de treball conegut en lloc del sensor antic. Si el sistema funciona, el problema es troba al sensor.