Czym jest i do czego służy czujnik Halla?
Czujnik Halla to urządzenie, które wykorzystuje efekt fizyczny nazwany od nazwiska jego odkrywcy – Edwina Halla. Czujniki opierające swoje działanie na opisanym przez niego zjawisku reagują na zmiany w polu magnetycznym i umożliwiają pomiar natężenia pola, w którym się znajdują. Wraz z rozwojem motoryzacji okazało się, że odkrycie Halla pozwala usprawnić pracę pojazdu i czujniki Halla znalazły zastosowanie w kilku kluczowych układach i podzespołach samochodów.
Efekt Halla został odkryty w 1879 roku. Edwin Hall przeprowadzał wówczas doświadczenie polegające na pomiarach różnicy potencjałów przewodnika, przez który płynie prąd. Różnica potencjałów została nazwana napięciem Halla. Zjawisko jest widoczne w przewodniku, który znajduje się w polu magnetycznym. Po przyłożeniu do niego napięcia tak, aby przepływ prądu przez przewodnik przebiegał prostopadle do linii pola, występuje zaobserwowana przez Halla różnica potencjałów. Odpowiada za to siła Lorentza, która odpycha ładunki znajdujące się w polu magnetycznym.
Odkrycie Halla potwierdziło założenia szkockiego uczonego Jamesa Clerka Maxwella. Zakładał on, że siła odpowiedzialna za przesuwanie przewodnika w obrębie pola magnetycznego oddziałuje właśnie na przewodnik, a nie na prąd, który przez niego płynie. Inni uczeni przeprowadzali podobne eksperymenty wcześniej. Próby były jednak nieudane – jako przewodniki stosowano zbyt grube płytki, natomiast Hall wykorzystał do tego cienki fragment złotej folii.
Czujnik Halla, nazywany również hallotronem, powstaje z użyciem materiałów o właściwościach półprzewodników, jak np. tellurek rtęci czy antymonek indu. Za pomiar pola magnetycznego odpowiedzialne są elektrody poprzecznie przytwierdzone do czujnika. Sam czujnik jest natomiast ukryty w specjalnej przysłonie, na której umieszczono okna. Gdy czujnik obraca się wraz z podzespołem, przy którym go umieszczono, przysłona przecina pole magnetyczne, a przepływ elektronów wywołany w półprzewodniku powoduje zmiany napięcia odczuwalne na elektrodach.
W pierwszej kolejności czujnik Halla znalazł zastosowanie w bezstykowym układzie zapłonowym. Zastąpił wówczas przerywacz, który miał niższą wydajność i łatwiej ulegał awarii. Przysłona czujnika stosowanego w układach zapłonowych ma tyle samo okien, ile jest cylindrów w silniku. Gdy w czujniku pojawia się napięcie Halla, dochodzi do zapłonu.
Hallotrony umieszczone w jednostce napędowej odpowiadają za wykrywanie, w jakim położeniu znajdują się i jaką prędkość obrotową mają wał korbowy oraz wałek rozrządu. W efekcie jednostka sterująca pracą silnika otrzymuje informację, kiedy pierwszy cylinder znajduje się w górnym martwym położeniu. Wówczas rozpoczyna się sekwencja wtrysku paliwa. Dzięki temu niwelowane jest zjawisko spalania stukowego.
Czujnik Halla znajduje zastosowanie również w układzie ABS – służy do pomiaru prędkości obrotowej kół. Dzięki temu system może wykryć, gdy koło ulegnie zablokowaniu w trakcie hamowania. Hallotron w układzie ABS rozpoznaje, w którą stronę obraca się koło i wykrywa zablokowanie koła nawet przy bardzo niskich prędkościach obrotowych, dzięki czemu spełnia swoją funkcję bardzo skutecznie.
Dzięki temu, że hallotron rozpoznaje kierunek obrotu koła, znalazł zastosowanie również w systemach wspierających ruszanie na wzniesieniu – gdy czujnik wykryje, że samochód stacza się do tyłu, system zostaje aktywowany. Ponadto czujniki Halla są wykorzystywane do pomiaru wielu innych parametrów pojazdu jak m.in.: położenie pedału gazu, kąt położenia kierownicy, kąt otwarcia przepustnicy, kąt otwarcia szyb, czy pochylenie wzdłużne nadwozia w celu ustawienia reflektorów. Od hallotronów zależą tak ważne funkcje, jak np. określanie zmiennych faz rozrządu czy prędkości obrotowej silnika.
Uszkodzenie czujnika Halla nie jest szczególnie powszechne. Ten element jest narażony przede wszystkim na uszkodzenie mechaniczne powstałe podczas uderzenia. Może się zdarzyć, że awarii ulegnie koło hallotronu lub dojdzie do zerwania łączności ze sterownikiem. Ponadto może również dojść do zwarcia.
Awaria któregoś z czujników odpowiedzialnych za pracę silnika może skutkować nawet brakiem możliwości uruchomienia jednostki napędowej. Komputer sterujący pracą silnika nie otrzyma wówczas informacji, które są niezbędne do pracy pompy paliwa czy cewki zapłonowej. Problemy z rozruchem przy awarii hallotronu są widoczne przede wszystkim na ciepłym silniku. Ponadto objawem jest też nierówna praca jednostki na niskich obrotach. Silnik może również nierównomiernie rozwijać moc lub cierpieć na brak mocy. Oprócz tego awaria czujnika Halla wywołuje pojawienie się kontrolki Check Engine na desce rozdzielczej.
Przy awarii czujnika Halla dochodzi także do aktywacji awaryjnego trybu pracy tego układu, w którym znajduje się uszkodzony czujnik – zapłonowego, sterownika rozrządu czy ABS.
Awarie różnych systemów w samochodzie często dają podobne objawy. Dlatego, aby mieć pewność, że to właśnie czujnik Halla jest winny, najlepiej przeprowadzić diagnostykę komputerową.
Stan czujnika można też zweryfikować, podłączając go do oscyloskopu lub przyrządu do sprawdzania przepływu prądu. Po podłączeniu czujnika do któregoś z tych urządzeń wystarczy sprawdzić odczyty z woltomierza, który wskaże, czy prąd przepływa przez czujnik.
Jeżeli w trakcie diagnostyki komputerowej pojawi się w kod błędu wskazujący na awarię czujnika lub test woltomierzem pokazuje, że energia elektryczna nie płynie przez hallotron, pozostaje wymiana tego podzespołu na nowy.
Układ Hamulcowy