Αισθητήρες στροφών τύπου hall

         Σκοπός του αισθητήρα στροφών, είναι να πληροφορεί την κεντρική μονάδα (εγκέφαλος) για τον ακριβή αριθμό στροφών του στροφαλοφόρου άξονα (CKP) καθώς και για τη θέση του στροφαλοφόρου (το άνω νεκρό σημείο του 1^ου κυλίνδρου).

      Έτσι  ο εγκέφαλος, θα μπορεί να προσδιορίζει το χρονισμό της ανάφλεξης (Avans) και τη διάρκεια ψεκασμού.

      Επίσης οι αισθητήρες στροφών  ή αλλιώς «δότες», μπορούν να πληροφορούν τον εγκέφαλο και για την ακριβή θέση, του ή των εκκεντροφόρων (CMP) ή και για τον στροφών του εκκεντροφόρου, για το χρονισμό της ανάφλεξης.

Τι είναι το φαινόμενο Ηall:

       Όταν ένα στοιχείο ημιαγωγού ή στοιχείο ΗalΙ τροφοδοτείται   από σταθερό ρεύμα έντασης I και βρίσκεται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο Β, παράγει τάση V που εξαρτάται από τη θέση του ημιαγωγού μέσα στο πεδίο .

 Αν το μαγνητικό πεδίο (Β) είναι κάθετο στο ρεύμα (I), τότε η παραγόμενη τάση είναι: V=5 Volt.

Αν το μαγνητικό πεδίο (Β) είναι παράλληλο στο ρεύμα (Ι), τότε η V=0 Volt.

Ο αισθητήρας τύπου Hall εντός του διανομέα (παλαιού τύπου), είναι μη επαφής, ενεργός και έχει ψηφιακή έξοδο τάσης .

Αρχή λειτουργίας: Κάθε φορά που περνάει κάθε ένα, από τα τέσσερα πτερύγια ανάμεσα από το μαγνήτη και τον ημιαγωγό Hall, μεταβάλλεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου. Έτσι παράγεται τάση  U=5 Volt.

 Όταν δεν παρεμβάλλεται πτερύγιο (δεν παράγεται τάση άρα: U=0 Volt.

Ο αισθητήρας τύπου Hall εντός του διανομέα (παλαιού τύπου), είναι μη επαφής, ενεργός και έχει ψηφιακή έξοδο τάσης .

Αρχή λειτουργίας: Κάθε φορά που περνάει κάθε ένα, από τα τέσσερα πτερύγια ανάμεσα από το μαγνήτη και τον ημιαγωγό Hall, μεταβάλλεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου. Έτσι παράγεται τάση  U=5 Volt.

 Όταν δεν παρεμβάλλεται πτερύγιο (δεν παράγεται τάση άρα: U=0 Volt.

      Η γεννήτρια παλμών τύπου Hall, τοποθετείται στον άξονα του διανομέα, στον εκκεντροφόρο

      Γεννήτριες παλμών με αισθητήριο Hall, παλαιού τύπου

O αισθητήρας στροφών τύπου Hall διαθέτει πάντα τρεις ακροδέκτες. Οι δυο χρησιμοποιούνται για τροφοδοσία συνήθως (+5 v, - γείωση)  ή (+12 V, - γείωση) και ο τρίτος για τη μετάδοση του σήματος στο μικροϋπολογιστή, μέσω ενός βύσματος.

      Γενικά, η τάση λειτουργίας τους είναι από 5V έως 12V

    Έχει αξιόπιστη λειτουργία σε θερμοκρασίες από - 40 μέχρι +150 °C

     

 Ηλεκτρονική ανάφλεξη, με γεννήτρια παλμών τύπου Hall.

       Ουσιαστικά η γεννήτρια παλμών τύπου Hall, είναι ένας αισθητήρας στροφών και τοποθετούταν παλαιότερα, εντός του διανομέα της ανάφλεξης, κομπλαρισμένη στον εκκεντροφόρο.

        O παρακάτω αισθητήρας φαινόμενου Hall, χρησιμοποιούνταν έως και το 1999 στους διανομείς για να ενεργοποιήσει το πρωτεύον κύκλωμα (έναυση σπινθήρα) δηλαδή το χρονισμό της ανάφλεξης και για να μετρήσουν την ταχύτητα περιστροφής (στροφές) του εκκεντροφόρου.

 

Εφαρμογές του αισθητήρα στροφών τύπου Hall

•         Μέτρηση της ταχύτητας των στροφών του στροφαλοφόρου άξονα ή αλλιώς των στροφών του κινητήρα (CKP)

•       Μέτρηση των στροφών του εκκεντροφόρου άξονα (CPS)

•       Mέτρηση των στροφών της ταχύτητας των στροφών των τροχών (WSS)

 

 

Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν σε μοντέλα (έως  και το 1999), εντός του διανομέα ( με την ονομασία: γεννήτριες παλμών τύπου Hall ). 

  Εισαγωγή των αισθητήρων τύπου Ηall στα σύγχρονα αυτοκίνητα.

        

          Στα  σύγχρονα αυτοκίνητα υπάρχουν αισθητήρες και στο στροφαλοφόρο άξονα και στον εκκεντροφόρο άξονα. Μάλιστα σε μερικές περιπτώσεις και στους δύο αυτούς άξονες, οι αισθητήρες στροφών είναι τύπου Hall. Αυτό, διότι παράγουν ψηφιακό σήμα, έτσι ώστε η κεντρική μονάδα ελέγχου του αυτοκινήτου (εγκέφαλος), να μπορεί να το επεξεργαστεί πιο γρήγορα,

      σε σχέση με τους προηγούμενους επαγωγικούς αισθητήρες, που χρειαζόταν δύσκολες

      ηλεκτρονικές διατάξεις, για τη μετατροπή του σήματός τους, από αναλογικό σε ψηφιακό.

Αισθητήρας Hall, "νέου τύπου"

        

  Η άμεση λήψη των στροφών απευθείας από το στροφαλοφόρο άξονα εξασφαλίζει μεγαλύτερη ακρίβεια αναγνώρισης σήματος από αυτή που μας προσφέρει ο διανομέας ανάφλεξης παλαιού τύπου.

1. Περίβλημα αισθητήρα

2. Αγωγοί τροφοδοσίας και σήματος εξόδου
3. Ηλεκτρονική
4. Μαγνήτης
5. Ημιαγωγός Hall
6. Γρανάζι άξονα 

G. Διάκενο

1. Αισθητήρας στροφών κινητήρα, τύπου Hall (CKP)

     1.1 Aρχή λειτουργίας του αισθητήρα

                Ο αισθητήρας του στροφαλοφόρου καταγράφει τις στροφές κινητήρα και τη θέση του στροφαλοφόρου ή και τη θέση του στροφαλοφόρου.

       Από αυτές τις τιμές η μονάδα Ελέγχου (ΕCM) το χρονικό σημείο ψεκασμού και της ανάφλεξης (αβάνς). Ένας δίσκος με 60 «δόντια» είναι τοποθετημένος στον άξονα του στροφάλου. Όταν ο δίσκος από φερομαγνητικό υλικό, περνά μπροστά από τον αισθητήρα (Hall) θέσης στροφαλοφόρου άξονα, δημιουργείται μεταβολή της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ρεύματος στον ημιαγωγό. Η διάρκεια της τάσης αντιστοιχεί στο μήκος του αντίστοιχου δοντιού. Αυτή η τάση αξιολογείται από την E.C.M (ηλεκτρονική μονάδα / εγκέφαλος)

Σήμα κανονικό

Σφάλμα σήματος

      1.2  Χαρακτηριστικά

    Όλοι οι αισθητήρες τύπου Hall, είναι ενεργητικοί (απαιτούν τροφοδοσία), μη επαφής, με ψηφιακή έξοδο τάσης.
    Ο εγκέφαλος «γνωρίζοντας» τον αριθμό των δοντιών του γραναζιού, υπολογίζει την ταχύτητα των στροφών του άξονα, από τη συχνότητα  του παραγόμενου ψηφιακού σήματος.

Η τάση του αισθητήρα παραμένη σταθερή ανεξάρτητα από τις στροφές του κινητήρα.
   Αυτό φαίνεται και στα παρακάτω παλμογραφήματα

1.3  Ο παλμός του αισθητήρα

 

     Πραγματικές κυματομορφές αισθητήρα στροφών και θέσης τύπου Hall στροφαλοφόρου άξονα (CKP)

    Πραγματικές κυματομορφές αισθητήρα στροφών τύπου Hall, στροφαλοφόρου άξονα (CKP)

Με το συγκεκριμένο γρανάζι ,δεν μπορεί να προσδιοριστεί η θέση στου στροφαλοφόρου αλλά μόνο οι στροφές του.

1.4  Θέση αισθητήρα στροφών (CKP)

   Η θέση του αισθητήρα στροφών στροφαλοφόρου τύπου Hall, είναι είτε στη βάση του κιβωτίου ταχυτήτων κοντά στο βολάν του κινητήρα.

κοντά στο βολάν

ή στη βάση του καθρέφτη και κοντά στη τροχαλία του στροφαλοφόρου άξονα,

 

στον καθρέφτη

 

2. Αισθητήρας θέσης εκκεντροφόρου άξονα, τύπου Hall (CPS)

          

    2.1 Aρχή λειτουργίας του αισθητήρα

       

          Όταν ένα δόντι ή οδοντωτός τροχός, περνά μπροστά από τον αισθητήρα θέσης εκκεντροφόρου άξονα, μεταβάλλεται το μαγνητικό πεδίο και δημιουργείται ένα σήμα υπό μορφή τάσης. Η διάρκεια της τάσης αντιστοιχεί στο μήκος του αντίστοιχου δοντιού. Αυτή η τάση αξιολογείται από την E.C.M (ηλεκτρονική μονάδα / εγκέφαλος)

2.2  Χαρακτηριστικά

     

     Όλοι οι αισθητήρες εκκεντροφόρου τύπου Hall, είναι ενεργητικοί (απαιτούν τροφοδοσία), μη επαφής, με ψηφιακή έξοδο τάσης.
     Ο εγκέφαλος «γνωρίζοντας» τον αριθμό των δοντιών του γραναζιού, υπολογίζει τη θέση του εκκεντροφόρου άξονα, από τη συχνότητα  του παραγόμενου ψηφιακού σήματος.
Η τάση του αισθητήρα παραμένη σταθερή ανεξάρτητα από τις στροφές του κινητήρα.

2.4   Η Θέση του αισθητήρα  εκκεντροφόρου, τύπου Hall (CKP)

3. Αισθητήρας της ταχύτητας των τροχών, τύπου Hall, (WSS)

   

    3.1 Aρχή λειτουργίας του αισθητήρα

        Οι αισθητήρες Hall αναφέρονται μερικές φορές και ως "διακόπτες" λόγω του on-off "ψηφιακού" σήματος τάσης που παράγουν. Παράγουν ένα σταθερό σήμα τάσης που μπορεί να αλλάξει απότομα από τη μέγιστη τάση,  σε σχεδόν μηδέν, και πάλι πίσω, ανεξάρτητα από τις στροφές του κινητήρα.

        Αυτός παράγει σήμα, τετραγωνικής μορφής, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα από την ECM.

3.2  Χαρακτηριστικά

Oι ενεργοί αισθητήρες τύπου Hall για το ABS, προσφέρουν ένα πλεονέκτημα, είναι σε θέση να διαβάζουν πολύ αργή ταχύτητα σε αντίθεση με τους παθητικούς αισθητήρες, που δεν παράγουν σήμα για ταχύτητες έως και 11 Km/h.

         Η συχνότητα του ψηφιακού τετραγωνικού σήματος εξόδου, αυξάνει με την ταχύτητα των τροχών, αλλά δεν αυξάνεται σε πλάτος (U σε  Volt). Η μονάδα χρησιμοποιεί τη συχνότητα για να ερμηνεύσει την ταχύτητα του τροχού για τη λειτουργία του ABS.
   Το πλεονέκτημα ενός ψηφιακού ενεργού αισθητήρα τροχού ταχύτητας (WSS) είναι ότι το σήμα εισόδου, είναι πολύ πιο ακριβή. Λόγω της αυξημένης ακρίβειας σημάτων, το σύστημα ABS μπορεί να αντιδράσει γρηγορότερα την ολίσθηση των τροχών. Επίσης, η ταχύτητα με την οποία μπορεί να ενεργοποιηθεί το ABS μπορεί να συμβεί σε μικρότερες ταχύτητες του οχήματος.

4. Αισθητήρες αισθητήρων ταχύτητας οχήματος (V.S.S) τύπου Hall.

 

Αισθητήρας V.S.S. επαφής

Αισθητήρας V.S.S. μη επαφής

        4.1  H θέση του αισθητήρα V.S.S. τύπου Hall 

Eίναι στην έξοδο του κιβωτίου (το παράδειγμα αναφέρεται για πίσω κίνηση)  

 5.  Εργαστηριακές δοκιμές του αισθητήρα Hall.

   1. Δοκιμή καλής λειτουργίας με Led

     Με μία Led μπορούμε να δούμε εάν ο αισθητήρας λειτουργεί.

   Τοποθετούμε  τη Led,  όπως φαίνεται σε ένα από τα παρακάτω σχήματα.

2. Μέτρηση τάσης τροφοδοσίας με πολύμετρο

Συνήθως η τάση τροφοδοσίας είναι 5 Volt  και σε μερικούς αισθητήρες είναι 12 Volt. Συμβουλευτείτε το εγχειρίδιο του κατασκευαστή/



3. Μέτρηση τάσης εξόδου του αισθητήρα με παλμογράφο στο ρελαντί.

         Παρακάτω φαίνεται η κυματομορφή, ενός αισθητήρα στροφών τύπου Hall, στις750 στροφές

Κυματομορφή του αισθητήρα Hall, στις 1500 στροφές

Bιβλιογραφία-Πηγές από το Internet

1. Τεχνολογία ελέγχων και διαγνώσεων,  (Τ.Ε.Δ. ) Δουλγέρης Γ., Ζαραγκούλιας Ν., Κουτσούκος Β. ,ΙΤΥΕ 2014.
2. Τ.Ε.Δ. Εργαστηριακός οδηγός, ΙΤΥΕ 2014.
3. Νέα τεχνολογία αυτοκινήτου, Γιαννακόπουλος Γ., Ρέχας Α., Δότσιος Ν. , 2000.
4. VW, Πρόγραμμα αυτοδιδασκαλίας 250, σύστημα διαχείρισης κινητήρα, W12-Phaeton, κατασκευή και λειτουργία.
5. VW, Πρόγραμμα αυτοδιδασκαλίας 290, Audi A3, 2004.
6. https://www.autorepairhelp.us/inductive-and-hall-effect-rpm-sensors-explained/
7. http://www.audi-portal.com/en/diagnostic/sensors_17125.html
8. http://www.ebooks4greeks.gr/dowloads/Mixanikon/Mhxanologias/MEK-LEITOYRGIA_KINHTHRWN_MESW_DIAGNWSHS_BLABWN__Downloaded_eBooks4Greeks.gr.pdf
9. http://www.agcoauto.com/content/news/p2_articleid/267
10. http://usbautoscope.eu/en/sig-atlas/hall-effect-and-mr-magneto-resistive-sensors/
11. http://www.vemssupport.com/forum/index.php?topic=97.0