МЕТА ЗАНЯТТЯ

1.1 Вивчити конструкцію та принцип дії датчика Холла.

1.2 Застосування датчика Холла для використання у автомобілі.

1.3 Перевірка працездатності датчика Холла.

 

2 ЗАСТАСОВАНІ ПРИЛАДИ ТА ОБЛАДНАННЯ

2.1 Лабораторний діагностичний стенд.

2.2 Датчик Холла.

2.3 Датчик-розподільник запалювання.

2.4 Блок живлення.

2.5 Вольтметр.

2.6 Світлодіод.

 

3 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

В автомобілях широко застосовують датчики, принцип дії яких грунтується на ефекті Холла (рисунок 3.1). Ефект Холла виникає в пластині, через яку протікає струм І, коли під прямим кутом на неї діє магнітне поле В. ЕРС Холла визначають за формулою:

E_x = (К_Н IB)/h (3.1)

де К_Н - стала Холла; I – сила струму; B – індукція магнітного поля; h – товщина пластини.

Рисунок 3.1 – Ефект Холла

Максимально виявляється цей ефект у пластинах із напівпровідникового матеріалу (германію, кремнію, індію та ін.).

Якщо прямокутний токопровідний брусок К, по якому протікає постійний електричний струм І_В , помістити в поперечне постійне магнітне поле В, то в третьому декартовому напрямі на бічних гранях бруска виникає електрорушійна сила E_x , яка на ім’я її вікривача названа ЕРС-Холла. Напрям цієї ЕРС визначається за правилом лівої руки. На рисунку 3.2 показана модель елементу Холла.

Рисунок 3.2 – Датчик Холла для системи запалювання

 

У реальному датчику Холла мікроплата 1 і постійний магніт 2, 3 встановлені нерухомо і розділені атенюатором 4, що обертається, який виконаний у вигляді порожнистого циліндра з магнітопрозорими вікнами 5 (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Конструктивний макет датчика Холла

 

Вихідний сигнал такого датчика, який є дискретним перетворювачем параметрів обертання магнітного атенюатора, є послідовність прямокутних імпульсів із стабільною амплітудою і формою, які не залежать від швидкості перемикання датчика.

Число імпульсів в одиницю часу і їх тривалість визначаються частотою обертання магнітного атенюатора і числом вікон на ньому. Число вікон на атенюаторі рівне числу циліндрів ДВС.

Тривалість кожного імпульсу при конкретній частоті проходження визначається розміром вікна атенюатора по периметру його кола. Вікно для першого циліндра ширше від інших, завдяки чому може бути зафіксована точка початку відліку.

Таким чином за допомогою датчика Холла і електронної схеми обробки його вихідного сигналу можуть бути визначені три головні вхідні параметри для системи запалення: частота обертання коленвалу ДВС (застосовується електронне множення частоти імпульсів датчика), його положення щодо верхньої мертвої точки для будь якого циліндра у будь-який момент часу і положення точки початку відліку.

Безінерційність датчика і стабільність параметрів сигналу дозволяють реалізувати управління кутом випередження запалення в кожному такті, тобто для кожного циліндра окремо.

У сучасних автомобілях датчик Холла застосовується для визначення частоти обертання і положення колінчатого і розподільних валів, датчика положення керма, датчика положення педалі акселератора та інші.

Для стійкої роботи та стабілізації вихідного сигналу датчика елемент Холла збирається на напівпровідниковій мікроплаті разом з електронною схемою (рисунок 3.4).

Величина ЕРС Холла дуже мала i тому має бути пiдсилена поблизу пластин для того, щоб усунути вплив раіоелектричних перешкод. Тому конструктивно i технологiчно елемент Холла i підсилювальна схема містять підсилювач 4, тригер Шмiтта 5, вихiдний транзистор 6 та стабiлiзатор напруги 7, якi виготовлені у виглядi iнтегральної мiкросхеми.

Рисунок 3.4 – Схема безконтактного мікроперимакача,

що працює на ефекті Холла

 

Якщо обертається вал розподiльника, а з ним i ротор 2, то магнітне поле, створене постiйним магнітом 1, закривається екраном чи відкривається при проходженнi прорiзу. Якщо магнiтне поле потрапляє на поверхню чутливого елемента датчика 3, створюється ЕРС Холла, яка пiдсилюється пiдсилювачем 4 i надходить до бази вихiдного транзистора 6, який відкривається. При закриванні екраном магнітного потоку в чутливому елементі не виникає ЕРС Холла i вихiдний транзистор закривається.

Отже, на виходi мiкросхеми знiмаються сигнали прямокутної форми (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Зразкова схема форми сигнала датчика Холла

 

Прикладом реалізацій датчика, що працює на ефектi Холла, служить датчик-розподiльник 40.3706 (рисунок 3.6), який має чутливий елемент iз мiкросхемою, описаною вище.

Цей датчик горизонтального типу i має корпус 5, вилитий з алюмінієвого сплаву. Датчик-розподільник приводиться в рух через муфту 1 i вал 2, на протилежному кiнцi якого розмiщено бiгунець 11. Висока напруга мiж свiчками запалювання розподіляється за допомогою виводiв, розмiщених на кришцi 10, прікрiплений до корпуса 5 трьома гвинтами 12. Високовольтну частину пристрою вiдокремлено вiд решти конструкції перегородкою 9. Вал 2 обертається у втулках 3 та 6. Сальник 4 перешкоджає потраплянню масла у внутрішню частину корпуса. До рухомої пластини 7, на якiй закрiплено напівпровідниковий датчик 13 iз магнітом, приєднано тягу вiд вакуумного регулятора 18.

Три виводи датчика проводами з’єднано з виводами штекера 17. У прорiзi датчика 13 обертається ротор (шторка) 14, який втулкою 15 з’єднаний з повідковою пластиною вiдцентрового регулятора 16.

Отже, пiд час роботи відцентрового регулятора повiдкова пластина повертає замикач вiдносно датчика, а пiд час роботи вакуумного регулятора датчик разом з рухомою пластиною повертається вiдносно замикача.

Котушки запалювання в безконтактних системах запалювання мають таку саму конструкцію, що й у контактно-транзисторних. Обмотки з’єднано за автотрансформаторною схемою. Особливiстю конструкцій є вiдносно низький опiр первинної обмотки (0,5 Ом), що дає змогу здобувати ста6iльнi вихiднi характеристики зi зменшенням напруги живлення до 6 В.

Уci високовольтнi деталi системи виготовлено зi спеціальної пластмаси типу склонаповненого нaпiвбутилентерефталату, дугостійкої, яка з великим запасом витримує утворювану системою високу напругу.

Рисунок 3.6 – Датчик розподільник 40.3706

 

Датчики Холла мають такі беззаперечні переваги в порівнянні з іншими датчиками:

- малі розміри;

- зміна частоти спрацювання не викликає зміщення моменту утворення іскри;

- електричний сигнал від датчика має прямокутну форму: при включенні він відразу набирає певну та постійну величину, а не носить характеру сплесків.

До недоліків відноситься:

- чутливість до електромагнітних перешкод, які виникають в колі живлення;

- датчик Холла дорожчий відносно інших та теоретично менш надійний, оскільки має електронну схему.

 

4 ЛІТЕРАТУРА

4.1 Соснин Д.А. Электрическое, электронное оборудование легковых автомобилей (Автотроника - 3): Учебник для вузов. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2010. – 384 с.

4.2 Дентон Т. Автомобильная электроника/Том Дентон; пер. с англ. Александрова В.М. – М.: НТ Пресс, 2008. – 576.: ил.

4.3 Сажко В.А. Електрообладнання автомобілів і тракторів: Підручник. – К.: Каравела, 2008. – 400 с.

5 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

5.1 Назвіть принцип дії датчиків Холла?

5.2 Де знайшли застосування датчики Холла?

5.3 З яких елементів складається датчик Холла?

5.4 Як здійснюється перевірка роботи датчика Холла за допомогою індикатора (світлодіода)?

5.5 Як здійснюється перевірка роботи датчика Холла за допомогою мультіметра?

5.6 Яке призначення, принцип дії та робота лабораторного діагностичного стенда RILK DAC?

5.7 Які органи управління розташовуються на верхній панелі діагностичного стенду RILK DAC?

5.8 Які органи управління розташовуються на правій та лівій панелі діагностичного стенду RILK DAC?

5.9 Як здійснюється перевірка роботи датчика Холла за допомогою стенда RILK DAC?