Czujnik Halla – jak to działa?

Artykuł eksperta dla: kierowcy
EKSPERTEKSPERT TEAM TOTAL
0
2015-10-30 11:46
To jeden z tych elementów pojazdu, który często bywa deprecjonowany. Choć sam jest bardzo mikrych rozmiarów, stosowany jest w różnych celach, a jego działanie opiera się na wyjątkowo prostych założeniach, które każdy poznał... jeszcze za czasów szkolnych!

Mechanika nieustannie czerpie z nauki

Często kierowcy nie zdają sobie sprawy z tego, jak wiele urządzeń w ich własnych autach opiera swoje działanie o najprostsze prawa fizyki, które poznają dzieci i młodzież już na poziomie gimnazjum lub szkoły średniej. Oczywiście, nie każdy właściciel samochodu musi znać każdy najmniejszy drobiazg znajdujący się pod maską oraz specyfikę jego działania, lecz wiele drobnych usterek można rozwiązać jedynie dzięki prostemu i logicznemu myśleniu oraz znajomości kilku faktów.

Rzecz jasna, część elementów posiada nadzwyczaj skomplikowaną budowę, niemniej znajomość ogólnej zasady działania może nakreślić nie tylko ogólny schemat funkcjonowania pojazdu, lecz także zobrazować wiele elementarnych wytycznych odnoszących się do codziennej eksploatacji auta. 

Czujnik Halla – co to jest?

Jak sama nazwa wskazuje, to bardzo proste i niewielkie urządzenie pomiarowe, którego zadaniem jest nic innego jak pomiar natężenia pola magnetycznego. Istotną informacją jest to, iż nazwa pochodzi od znanego właśnie z lekcji fizyki efektu Halla, który to wykorzystuje ów czujnik. Zjawisko odkrył już w 1879 roku amerykański fizyk Edwin H. Hall. Polega ono na występowaniu różnic potencjałów w przewodniku, przez który w danym momencie przepływa prąd elektryczny.

Aby do tego doszło, przewodnik ten musi znajdować się jednocześnie w polu magnetycznym o przepływie poprzecznym w stosunku do położenia elementu. Wytwarza się wówczas specyficzne napięcie między płaszczyznami, które ograniczają przewodnik, będące jednocześnie prostopadłe wobec płaszczyzny wyznaczonej przez kierunek przepływu prądu. Wszystko to zachodzi również w wyniku działania sił Lorentza powodujących ruch ładunków w polu magnetycznym.

Sam czujnik Halla najczęściej wykonany jest z materiału o właściwościach półprzewodnikowych. Umieszczony zostaje on w polu magnetycznym, przykłada się do niego napięcie wymuszające przepływ elektronów w sposób prostopadły do linii pola. Dzięki zmierzeniu napięcia powstałego na elektrodach ustawionych prostopadle, możliwe jest określenie natężenia pola magnetycznego. Ujmując zatem nieco prościej, pole magnetyczne i wywołany przepływ elektronów przez półprzewodnik wywołują ściśle określone zmiany napięcia możliwe do zaobserwowania na elektrodach.

Czujnik Halla i twoje auto

Początkowo czujniki Halla były wykorzystywane w motoryzacji jako jeden z elementów biorących udział w wyzwoleniu impulsu zapłonowego w układzie zapłonowym określanym jako bezstykowy. Zrezygnowano z montowania przerywacza i zamiast tego zaczęto stosować odpowiednio wykonaną przesłonę z oknami, która to podczas wirowania oddziaływała na czujnik Halla przecinając linie pola magnetycznego.

Napięcie powstawało w chwili, kiedy to między magnesami znajdowało się owe okno.  Co ważne, ich liczba ściśle odpowiadała liczbie cylindrów silnika znajdującego się pod maską. Oczywiste zatem, że zapłon wyzwalany był jedynie wtedy, gdy pojawiło się napięcie Halla. Szerokość przesłony odpowiadała dokładnie określonemu kątowi zwarcia, który jest stały przez cały okres użytkowania.

W dzisiejszych czasach czujniki hallotronowe, gdyż tak właśnie nazywa się tego typu urządzenia, stosowane są w zupełnie innym celu. Pełnią rolę urządzenia pomiarowego określającego położenie i prędkość obrotową wału rozrządu i wału korbowego. W układach ABS wykorzystuje się je również do pomiaru obrotowej prędkości kół. Posiadają też ważną zaletę w stosunku do analogicznych czujników indukcyjnych, gdyż pozwalają na określenie owej prędkości w zasadzie od zera.

Na uzyskany rezultat minimalny wpływ ma wielkość powstałej szczeliny powietrza pomiędzy wirnikiem, a samym czujnikiem. Cenną informacją badaną przez hallotrony jest kierunek prędkości obrotowej. Jako przykład może posłużyć układ wspomagający ruszanie auta pod górę, powszechnie znany pod nazwą Hill Holder.

Wśród innych zastosowań czujników Halla warto jeszcze wymienić pomiar kąta pochylenia wzdłużnego auta w układzie odpowiadającym za ustawienie i położenie reflektorów, pomiar kąta otwarcia przepustnicy oraz kąta obrotu kierownicy, natężenia prądu, przyspieszenia pojazdu, poziomu otwarcia szyb sterowanych elektrycznie czy wreszcie położenia pedału gazu.

Jak widać zatem, to proste zdawałoby się urządzenie odgrywa naprawdę ważną rolę w rozmaitych systemach pojazdu, które często nie są ze sobą (przynajmniej pozornie) związane. Tym bardziej zadziwia wszechstronność zastosowania czujnika Halla, warto zatem okresowo kontrolować poprawność jego działania oraz aktualny stan.
Komentarze: 0