Применение датчиков Холла

Датчик температуры охлаждающей жидкости инжекторных автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) – входит в систему управления двигателем (ЭСУД) инжекторных автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099. По его показаниям блок управления (ЭБУ) определяет тепловое состояние двигателя и рассчитывает необходимое количество топливной смеси для впрыска и обеспечения нормальной работы. Расположение датчика температуры

На автомобилях ВАЗ 2108, 2109, 21099 с инжекторными двигателями датчик устанавливается в выпускной патрубок охлаждающей жидкости между термостатом и головкой блока.

Он представляет собой термистор – резистор с отрицательным температурным коэффициентом, сопротивление которого изменяется при увеличении, либо уменьшении температуры. При нагреве сопротивление уменьшается, при охлаждении увеличивается. Например, при плюс 100 гр. – сопротивление 180 Ом, при минус 40 – сопротивление 100700 Ом. С одной стороны датчика находятся два контакта с другой (находящейся в потоке охлаждающей жидкости) чувствительный элемент.

Принцип действия ДТОЖ ВАЗ 2108i, 2109i, 21099i

После поворота ключа в замке зажигания блок управления подает напряжение на ДТОЖ через резистор с постоянным сопротивлением, находящийся внутри блока. Так как датчик температуры является термистором, то подаваемое с ЭБУ напряжение им будет сразу же изменено в зависимости температуры охлаждающей жидкости. По падению напряжения блок управления рассчитывает температуру двигателя и соответственно объем топлива для впрыска. Падение напряжения будет высоким на холодном двигателе (топлива больше) и небольшим на прогретом (топлива меньше). По мере прогрева двигателя, объем топлива, поступающего в цилиндры двигателя, уменьшается.

Помимо пуска по показаниям датчика температуры блок управления корректирует работу двигателя на холостом ходу, принимает решение об обогащении топливной смеси на режимах средних и больших нагрузок, изменяет в ту или иную сторону угол опережения зажигания, включает и выключает вентилятор системы охлаждения.

Выход из стоя датчика температуры не дает ЭБУ правильно рассчитать дозу топлива необходимого двигателю в данный момент, а это в свою очередь приводит к невозможности запуска двигателя, особенно в холодную погоду, перебоям в его работе на ХХ и в движении, повышенному расходу топлива. Помимо этого неисправность ДТОЖ может являться одной из причин перегрева двигателя (несвоевременного включения вентилятора системы охлаждения) или наоборот его длительного прогрева.

В ряде случаев при возникновении неисправности датчика температуры система управления двигателем переходит на резервный режим работы. В этом случае, при запуске, ЭБУ считает температуру двигателя равной нулю, расчет зависимости объема впрыскиваемого топлива от прогрева двигателя будет проводиться по времени его работы, а не по показаниям датчика температуры, вентилятор системы охлаждения будет постоянно включен. Загорается лампочка на панели приборов и система самодиагностики запишет код ошибки в память блока управления.

Менять датчик на новый сразу не стоит, необходимо в первую очередь проверить разъем подключения датчика и ведущие к нему провода. При возникновении неисправности в пути можно снять разъем с датчика и доехать до места ремонта на резервном режиме работы ЭСУД.

ВАЗ 2108, 2109, 21099 – ДТОЖ 2112-3851010 (23.3828).

Примечания и дополнения

— Резистор – элемент электрической цепи, обладающий сопротивлением. Они позволяют контролировать и регулировать напряжение и силу проходящего через них электрического тока. Единица измерения сопротивления – Ом.

— Помимо датчика температуры охлаждающей жидкости на инжекторных двигателях автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 имеется датчик указателя температуры охлаждающей жидкости, который предназначен для вывода информации на щиток приборов о температуре двигателя. Это два совершенно разных датчика с разными функциями.

Замена датчика Холла

Замена датчика Холла – операция достаточно простая, которую может самостоятельно выполнить даже начинающий автолюбитель. Все действия осуществляются в следующем порядке:

Демонтаж трамблера.
Снять крышку трамблера и совместить метки газораспределительного механизма с меткой коленчатого вала.
Зафиксировать положение трамблера, после чего при помощи гаечного ключа открутить крепеж.
Извлечь стопоры и фиксаторы.
Извлечь вал из трамблера.
Отсоединить на датчике клеммы и открутить его.
Осторожно вытащить неисправный прибор через щель, образовавшуюся при оттягивании регулятора.
Установка нового датчика Холла осуществляется в обратной последовательности.

Источник

Как работает датчик Холла

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.

• Когда электрический ток проходит через датчик, электроны движутся по нему по прямой линии.
• Когда на датчик воздействует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда, следуя изогнутой траектории.
• Из-за этого отрицательные зарядовые электроны будут отклоняться к одной стороне датчика, а положительные зарядные отверстия — к другой.
• Из-за этого накопления электронов и дырок на разных сторонах пластины, напряжение (разность потенциалов) может наблюдаться между сторонами пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально электрическому току и напряженности магнитного поля.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик.

Простейший датчик состоит из:

• постоянного магнита;
• лопасти ротора;
• магнитопроводов;
• пластикового корпуса;
• электронной микросхемы;
• контактов;

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Читать далее: ПРОТИВОУГОННЫЕ механические устройства для автомобилей как сделать СВОИМИ РУКАМИ автомобильную противоугонку и ТОП 10 систем для авто на руль КПП и капот

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание.

Измерение линейного или углового перемещения

В большинстве применений для измерения перемещения объектов ЛДХ используют совместно с постоянными магнитами. Это обусловлено тем, что для поддержания максимальной линейности необходимо обеспечить большую величину изменения магнитного поля при изменении расстояния между ЛДХ и опорной точкой на перемещающемся объекте. Постоянный магнит необходимо выбирать с возможно большей напряженностью поля, например SaCo или AlNiCo.

Существует несколько вариантов взаимного расположения постоянного магнита и ЛДХ в системах измерений перемещений объектов. Наиболее простой способ — линейное расположение ЛДХ и магнита на одной оси так, чтобы силовые линии магнитного поля пересекали датчик под углом 90°. При таком расположении существует сильно нелинейная зависимость между выходным напряжением ЛДХ и расстоянием между ним и магнитом (рис. 8). При относительно небольших перемещениях отклонение от линейности невелико и можно не прибегать к дополнительной линеаризации. В противном случае необходимо использовать дополнительную схему линеаризации характеристики расстояние — напряжение.

Рис. 8

Второй вариант — расположение ЛДХ и магнита в параллельных плоскостях. При такой ориентации система имеет точку нулевого поля, что позволяет получать дополнительную информацию о направлении перемещения по знаку выходного напряжения (например, вправо — увеличение напряжения, влево — уменьшение (рис. 9)). Как видно из рис. 9, центральная область относительно точки нулевого перемещения имеет высокую линейность, что с успехом может быть использовано в таких применениях, как потенциометры, воздушные корректоры (пневматические клапаны), датчики положения дроссельных заслонок и т. п. Кстати, в данном варианте, благодаря большой амплитуде изменения напряженности магнитного поля около нулевой точки, выходное напряжение ЛДХ тоже имеет большой размах, что упрощает последующую обработку сигнала.

Рис. 9

Третий вариант — расположение ЛДХ между двумя комплементарно установленными магнитами (рис. 10). Комплементарные поля системы двух магнитов обеспечивают хорошую линейность с высокой крутизной характеристики. Эта система также располагает точкой нулевого перемещения, что позволяет иметь информацию о направлении перемещения. Недостатком описанного варианта является достаточно небольшой диапазон перемещений в такой системе, что ограничивает область ее применения.

Рис. 10

Большинство рассмотренных вариантов в той или иной степени требуют линеаризации зависимости выходного сигнала от расстояния. Это можно реализовать с помощью АЦП и микроконтроллера, если в разрабатываемом устройстве предусмотрено последующее цифровое управление. Если же в результате требуется получить аналоговый сигнал, линейно зависящий от расстояния, процесс линеаризации может быть легко реализован с помощью программируемой аналоговой интегральной схемы (ПАИС) Anadigm . При этом достаточно один раз снять экспериментальную зависимость функции преобразования и занести ее в виде таблицы коэффициентов в среду разработки. Кроме линеаризации, в ПАИС можно при необходимости реализовать и дополнительную обработку сигнала (усиление, фильтрацию, детектирование нуля и т. п.).

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.

Основные сведения

Начнем с базовой информации: где находится датчик Холла, что это такое, для чего он нужен.  «Голый» датчик — это небольшой измеритель (сенсор, обнаружитель), почти всегда черный (цвет зависит от предпочтений производителя), размером в несколько миллиметров. Автомобильные изделия имеют сравнительно большой пластиковый защитный короб, «фишку» с кабелем с разъемом подключения.

Сенсор фаз осуществляет мониторинг магнитных полей, их параметров (напряженности), при этом выдает заданные алгоритмы работы (смыкание контактов и пр.).

Рассматриваемым сенсорам присвоили наименование от фамилии ученого Холла, открывшего, что разность потенциалов (холловского напряжения) возникает, если в поле помещают объекты с постоянными токами.

Автомобильный сенсор тока находится в трамблере — узле для подключения свечей, он скрыт пластиковой фишкой с тремя проводами и разъемом под них. На иных приборах он может размещаться где угодно. Обычно на печатных платах — это крошечная черная коробочка стандартно на 3, реже — на 4 ножках. Линейные Hall sensor напоминают микросхему. Изделие также определяют по маркировке, обозначения есть в справочниках радиодеталей, (распространенные S41, 41F, U18, 3144, 44E, 49E).

При токовом течении в одном направлении электроны отклоняются в проводниках, размещенных перпендикулярно к полю. Участки их имеют неравномерную плотность частиц, это и есть разность потенциалов, фиксируемая датчиком Холла. Становится возможным анализ напряжения под прямым углом к току.

Есть также Hall effect sensor упрощенный как, например, в смартфонах: только с функцией подтверждения наличия магнитных явлений, напряженность не анализируется. На базе узла, включающего датчик  и магнитомер, телефон снабжается опцией компаса.

Как функционирует

Принцип работы, использования датчика Холла:

• Электроны при прохождении тока движутся по сенсору прямолинейно.
• При воздействии поля частицы с зарядом отклоняются силой Лоренца по изогнутой траектории.
• Отрицательно заряженные элементы, они же электроны, притягиваются на 1 сторону Hall sensor, а плюсовые (дырки) — к иной.
• Описанное накопление по разным сегментам создает разное напряжение, это и есть разность потенциалов. Пропорциональность возникшего напряжения к электротоку и напряженности поля прямая. Эти окончательные явления и отслеживаются сенсором, принцип используется для определения положения подконтрольных им обслуживаемых объектов.

Где применяются

Датчики фаз начали устанавливаться в конструкции около 75 лет после их изобретения, когда появились доступные технологии создания полупроводниковых пленочных материалов.

Характерные области применение датчиков Холла:

• первая область, где началось использование — машиностроение, для замеров углов распредвалов, коленвалов, фиксации искрения на узлах зажигания;
• переключатели (бесконтактного типа), анализаторы уровня веществ, скорости вращения лопастей, приспособления дистанционного обнаружения токов;
• сканирование магнитных обозначений;
• как замена герконам (автоматические выключатели, смыкающие контакты посредством магнита). В этой сфере описываемые устройства наиболее распространенные из-за многочисленности приборов: микроэлектроника, техника от наушников до манипуляторов, клавиатур, в лифтах, охранном оснащении (двери, запорные элементы).

В смартфоне

Датчик холла в смартфоне применяются для таких целей:

• как часть компаса, магнитомера;
• для мониторинга закрытия/открытия чехла с магнитной защелкой отслеживанием ослабления/повышения поля;

Опишем, для чего нужен датчик холла в смартфоне на обложке. При отдалении магнита с обнаружителя идет импульс на активацию табло, когда ближе — на отключение. Разновидность таких чехлов — отдельный вид изделия, именуемый обычно Smart Case. Есть и дополнительные функции, принцип действия их такой: если применяется обложка без окошек около дисплея, то посредством обнаружителя отключается экран, когда он закрыт, при открытии — автоматическая активация. При наличии окошек инициируется переключение содержимого на табло. На видимой области — часы и пр., на всем дисплее — вся информация.

Не все смартфоны имею описанное усовершенствование, а также не всегда производители указывают его в перечне опций, поэтому нужно уточнять этот параметр. Но если в рекомендуемых аксессуарах есть отметка о таковых подходящих из категории Smart Case, то данная опция присутствует.

Устранение неисправностей

В принципе датчик Холла редко ломается, но если это происходит, автопроизводители советуют просто заменить его на новый. Но поскольку стоимость прибора немаленькая, особенно если речь идёт об иномарке (а здесь работает следующее правило: чем престижнее автомобиль, тем дороже запчасти к нему), то многие автовладельцы отдают предпочтение самостоятельному ремонту. В принципе конструкция датчика относительно проста, поэтому особых сложностей при его реставрации возникнуть не должно.

В качестве примера рассмотрим алгоритм проведения ремонта ДХ, устанавливаемого на некоторые модели Volkswagen. Обычно наиболее подверженной поломкам является логический элемент микросхемы, маркируемый последовательностью символов S441А. Собственно говоря, он и является сердцем датчика, регистрирующим отклонения в напряжении на рабочих пластинах. Наша задача – заменить его, для чего предстоит выполнить следующие действия:

само собой, без приобретения нового логического элемента не обойтись – при этом вполне может подойти и его аналог;
купленную деталь предварительно следует проверить на работоспособность. Делается это следующим образом: нужно соединить в цепочку обычный светодиод и сопротивление номиналом 1-2 кОМ, после чего подключить данную конструкцию к выводам «выход» и «+» микросхемы. Величина напряжения, которым следует запитывать логический элемент, должна варьироваться в пределах 3-30 В – этого достаточно, чтобы при воздействии на микросхему достаточно мощным магнитом светодиод засветился;
посередине датчика сверлом диаметром 8-10 мм следует проделать отверстие, обрезают провода «заподлицо», чтобы они не выглядывали наружу, после чего с помощью тонкого надфиля в корпусе пропиливаем канавки, в которые будут уложена новая проводка;
вышедший из строя логический элемент прикрепляем в проделанном окошке и устанавливаем ДХ на место для проверки его работоспособности. В момент прохождения шторки вала через прорези «короны» светодиод должен гореть, когда прорезь «уходит» – светодиод гаснет;
если ничего не получилось – дело в полярности плюсового и минусового выводов. Их нужно просто поменять местами;
если наша схема со светодиодами работает, остается выполнить разводку выводов микросхемы через проделанные канавки. Для этого в окошке припаивают провода, концы которых следует соединить с разъемом

Здесь важно снова не перепутать полярность выводов (на разъёме трамблёра они маркируются как «+», «-» и «0»);
после пайки внимательно осматриваем проводки на отсутствие повреждений, тестируем датчик мультиметром на предмет отсутствия коротких замыканий. Если всё нормально – герметизируем проделанное нами технологическое отверстие (желательно и канавки тоже) термостойким клеем;
осталось установить ДХ на штатное место и протестировать все провода на предмет отсутствия КЗ (они не должны «прозваниваться» на корпус).

В принципе точно таким же образом можно восстановить работоспособность датчика Холла на других марках авто, поскольку принципиально они все схожи мех собой – различия могут заключаться только в геометрии компонентов прибора.

В некоторых случаях (например, механическая поломка) ДХ ремонту не подлежит, и тогда придётся приобретать новую запчасть и производить замену датчика целиком. Это несложная операция, которая под силу даже начинающим автомобилистам. Приводим алгоритм процедуры:

• демонтируем сам трамблёр, не отсоединяя его провода;
• снимаем крышку, совмещаем метки ГРМ с меткой, расположенной на коленвалу;
• фиксируем положение трамблёра;
• извлекаем крепёж, фиксаторы и стопоры;
• вынимаем вал;
• отвёрткой откручиваем клеммы ДХ и сам датчик;
• аккуратно вынимаем прибор, оттянув для этого регулятор;
• устанавливаем исправный датчик и проделываем все операции в обратном порядке.

Опять же, описанный алгоритм пригоден для большинства марок/моделей авто, за редким исключением.

Почему выходит из строя датчик Холла

Повреждение сенсора может проявляться разными симптомами — даже профессионалу порой бывает непросто определить точную причину. Вот какие признаки говорят о поломке датчика:

• мотор плохо заводится;
• холостой ход с постоянными перебоями;
• на высоких оборотах автомобиль дергается;
• искра на свечах пропадает;
• двигатель внезапно глохнет.

Главная причина выхода этой детали из строя банальна — накопилась грязь. Как только это происходит, ДХ сигнализирует моментально. С машиной начинают происходить «чудеса». Однако винить этот прибор во всех бедах неправильно — нужна доскональная проверка.

Распространенная причина неисправности — отсутствие контакта в проводке. Всего в приборе 3 контакта — соединяющий его с массой, с плюсом, с коммутатором. Один из контактов мог окислиться, из-за чего и разорвалась электрическая цепь.

Наконец, провод может просто оборваться или переломиться. Это происходит из-за того, что вакуумный корректор зажигания смещает площадку, на которой размещен ДХ, сдвигая угол зажигания. Во избежание такой напасти проводку нужно закрепить так, чтобы она изгибалась петлей.

Если высоковольтная проводка в машине изношена и пролегает рядом с проводами сенсора, возможен пробой высокого напряжения. Часто пробои возникают при влажной погоде, при заезде колесом в глубокую лужу.

Поломка может возникнуть из-за перезарядки генератора аккумуляторной батареи — когда ДХ испытал слишком сильную нагрузку и на входе коммутатора сгорела одна из деталей.