Hall-Sensor prüfen mit Multimeter und Magnet
Ein Hall-Sensor erfasst ein Magnetfeld und gibt daraufhin ein elektrisches Signal aus. Ob die Ausgangsspannung steigt, fällt oder zwischen zwei Zuständen wechselt, hängt vom Sensortyp und seiner Beschaltung ab. Eine einzelne Messung, die für alle Hall-Sensoren gilt, gibt es deshalb nicht.
Mit einem Multimeter und einem geeigneten Magneten lässt sich aber häufig feststellen, ob ein Sensor überhaupt auf ein Magnetfeld reagiert. Dafür müssen Sie zuerst die Anschlussbelegung und die zulässige Versorgungsspannung kennen. Beides steht im Datenblatt oder in den Unterlagen des Geräts, in dem der Sensor sitzt. Ohne diese Angaben kann eine falsche Beschaltung den Sensor beschädigen. Worauf es beim Lesen eines alten Datenblatts ankommt, erklärt Datenblätter richtig lesen.
Hall-Sensoren sind meist als integrierte Schaltungen ausgeführt. Welche Funktion ein Anschluss hat, ist nicht an seiner Position zu erkennen, und auch Bauform und Anschlusszahl verraten nicht zuverlässig, wie der Ausgang aufgebaut ist. Verlassen Sie sich daher nicht auf eine vermutete Pinbelegung.
Dieser Beitrag beschreibt die Prüfung des Bauteils auf dem Arbeitstisch oder in einem einfachen Prüfaufbau. Sensoren in sicherheitsrelevanten Fahrzeugsystemen wie Zündung oder Antiblockiersystem gehören in die Fachwerkstatt.
Welche Sensorart liegt vor?
Digitale Hall-Sensoren schalten ihren Ausgang zwischen zwei Zuständen um, sobald das Magnetfeld einen bestimmten Bereich erreicht. Ein analoger Hall-Sensor verändert seine Ausgangsspannung dagegen mit der Stärke des Feldes. Manche digitalen Sensoren reagieren auf den einen Magnetpol, andere auf den entgegengesetzten. Rastende Ausführungen behalten den zuletzt eingenommenen Zustand, auch wenn der Magnet wieder entfernt wird.
Hinzu kommt die Art des Ausgangs. Ein Open-Collector- oder Open-Drain-Ausgang braucht oft einen externen Pull-up-Widerstand, damit am Ausgang ein klarer High-Pegel entsteht. Bei einem Push-Pull-Ausgang schaltet der Sensor den Pegel selbst aktiv. Welche Ausführung vorliegt, entscheidet darüber, wie Sie die Messung deuten müssen. Die Beschreibung im Datenblatt hat dabei Vorrang vor allgemeinen Erwartungen.
Eine Sonderform sind Zweidraht-Schalter mit Stromausgang wie HAL556 und HAL566. Sie haben keinen eigenen Signalanschluss, sondern legen ihr Signal in den Versorgungsstrom. Der Schaltzustand ist hier an der Stromaufnahme abzulesen, etwa über einen Messwiderstand in der Versorgungsleitung, wie ihn das Datenblatt vorsieht. Eine Spannungsmessung an einem vermeintlichen Ausgang führt bei diesen Typen in die Irre.
Vorbereitung: Anschlüsse, Versorgung und Messgerät
Schalten Sie das Gerät aus, bevor Sie den Sensor abklemmen oder an seinen Anschlüssen etwas verändern. Messen Sie am eingebauten Sensor, achten Sie darauf, dass die Messspitzen keine benachbarten Kontakte überbrücken. Bei dicht liegenden Anschlüssen kann ein versehentlicher Kurzschluss weitere Bauteile beschädigen.
Bestimmen Sie zunächst die Anschlüsse für Versorgung, Masse und Ausgang. Prüfen Sie außerdem, ob der Sensor eine zusätzliche Beschaltung braucht, etwa einen Pull-up-Widerstand oder weitere Bauteile auf der Leiterplatte. Trennen Sie den Sensor nicht vorschnell von dieser Schaltung, sonst verhält sich das Ausgangssignal möglicherweise nicht mehr wie im Betrieb.
Stellen Sie das Multimeter auf Gleichspannung. Wählen Sie einen Messbereich, der zur erwarteten Spannung passt, sofern das Gerät den Bereich nicht automatisch wählt. Die schwarze Messleitung kommt an Masse, die rote an den Anschluss, den Sie messen wollen. Versorgen Sie den Sensor ausschließlich mit der Spannung, die im Datenblatt oder in der Geräteunterlage angegeben ist; ein beliebiges Netzteil ist kein Ersatz dafür.
Ein Multimeter misst nur die Spannung zwischen zwei Punkten, es versorgt den Sensor nicht. Für die Funktionsprüfung muss der Sensor deshalb in einer passenden Schaltung arbeiten, also im Gerät oder in einem Aufbau mit korrekter Versorgung und Masseverbindung.
Schritt für Schritt mit Multimeter und Magnet
1. Versorgungsspannung kontrollieren
Versorgen Sie den Sensor gemäß seiner Spezifikation und messen Sie zwischen Versorgung und Masse. Der angezeigte Wert sollte in dem Bereich liegen, den das Datenblatt für den Sensor vorsieht. Fehlt die Versorgung oder liegt sie deutlich daneben, prüfen Sie zuerst Stromversorgung und Leitungsverbindungen.
Eine falsche Versorgung kann zu einem unplausiblen Ausgangssignal führen und den Sensor gefährden. Verändern Sie die Spannung nicht auf gut Glück, um eine Reaktion hervorzurufen, sondern halten Sie sich an die technischen Angaben des konkreten Bauteils.
2. Ausgangssignal ohne Magnet beobachten
Legen Sie die Messspitzen an Masse und Signalausgang und notieren Sie den angezeigten Wert, bevor Sie den Magneten annähern. Bei einem digitalen Sensor liegt die Spannung je nach Ausgangsschaltung nahe am Low- oder am High-Pegel, bei einem analogen Sensor ist ein Wert dazwischen möglich.
Ein einzelner Spannungswert beweist weder, dass der Sensor funktioniert, noch dass er defekt ist, denn die umgebende Schaltung beeinflusst den Ausgang. Ein fehlender High-Pegel kann zum Beispiel bei einem Open-Collector-Ausgang schlicht daran liegen, dass der nötige Pull-up fehlt. Lesen Sie deshalb die Beschreibung des Ausgangs und berücksichtigen Sie die Schaltung, in der Sie messen.
3. Magnetfeld langsam verändern
Führen Sie den Magneten langsam an die empfindliche Seite des Sensors heran. Wo die aktive Fläche liegt, ist von Bauteil zu Bauteil verschieden und geht aus dem Datenblatt oder der Gehäusezeichnung hervor. Bewegen Sie den Magneten anschließend wieder weg und beobachten Sie die Anzeige.
Bei einem digitalen Sensor sollte der Ausgang beim Annähern in den anderen Zustand wechseln. Ein analoger Sensor verändert seine Spannung allmählich, sofern Magnet und Anordnung eine deutliche Feldänderung erzeugen. Zeigt sich keine Reaktion, drehen Sie den Magneten um und wiederholen Sie die Bewegung, denn manche Sensoren reagieren nur auf eine bestimmte Polung.
Halten Sie den Magneten nicht an eine beliebige Stelle des Gehäuses, um dann auf einen Defekt zu schließen. Entscheidend sind die aktive Fläche sowie Richtung und Stärke des Feldes. Ein zu schwacher Magnet oder eine ungünstige Ausrichtung kann jede sichtbare Änderung verhindern.
4. Verhalten beim Entfernen prüfen
Entfernen Sie den Magneten und beobachten Sie, ob der Ausgang in den vorherigen Zustand zurückkehrt. Ein nicht rastender digitaler Sensor schaltet üblicherweise zurück, sobald das Feld unter seine Schaltschwelle fällt. Ein rastender Sensor bleibt dagegen im neuen Zustand, bis ein Feld mit der Gegenpolung anliegt.
Bei einem analogen Bauteil muss die Spannung nicht exakt auf den Ausgangswert zurückgehen. Kleine Abweichungen können von der Messschaltung, der Position des Magneten oder den Eigenschaften des Sensors herrühren. Wichtig ist vor allem, ob sich das Signal unter passenden Bedingungen nachvollziehbar verändert.
Messwerte richtig einordnen
Verändert sich das Signal erkennbar mit dem Magnetfeld, spricht das dafür, dass der Sensor auf das Feld reagiert. Ob alle Eigenschaften des Bauteils innerhalb der Spezifikation liegen, ist damit noch nicht gesagt; dafür bräuchte es genauere Angaben und definierte Messbedingungen.
Bleibt die Anzeige unverändert, gehen Sie die möglichen Ursachen der Reihe nach durch:
- Stimmt die Anschlussbelegung, und liegt die Versorgung an?
- Haben Sensor und Messgerät eine gemeinsame Masse?
- Wird der Ausgang durch eine fehlende oder fehlerhafte externe Beschaltung beeinflusst?
- Liegt der Magnet an der aktiven Fläche, und haben Sie auch die andere Polung ausprobiert?
- Kann das Multimeter die Signaländerung in dieser Schaltung überhaupt erfassen?
Achten Sie außerdem darauf, dass die Messspitze wirklich den Signalausgang berührt und nicht einen benachbarten Anschluss. Prüfen Sie den Sensor nach Möglichkeit zuerst unter den Bedingungen, die die technische Dokumentation vorsieht. Sitzt er in einer unbekannten Schaltung, lässt er sich nicht immer allein anhand einer Spannungsanzeige beurteilen.
Bei schnellen Signalwechseln zeigt ein gewöhnliches Multimeter oft einen schwankenden oder gemittelten Wert an, statt einzelne Schaltvorgänge sichtbar zu machen. Das ist dann kein sicherer Hinweis auf einen Fehler. Für dynamische Signale braucht es andere Messtechnik. Hängt die Funktion eines sicherheitsrelevanten Geräts von dem Sensor ab, überlassen Sie die Prüfung einer qualifizierten Fachkraft.
Häufige Fehler beim Messen
Versorgung raten. Eine vermutete Spannung kann außerhalb der zulässigen Werte liegen. Ermitteln Sie die passende Versorgung aus den technischen Unterlagen, bevor Sie den Sensor anschließen.
Widerstand am eingeschalteten Sensor messen. Widerstands- und Durchgangsmessungen haben an einem versorgten Sensor nichts zu suchen. Schalten Sie das Gerät aus, bevor Sie den Messmodus wechseln oder Widerstände prüfen.
Jeden Ausgang gleich behandeln. Analoge Ausgänge, Open-Collector-, Push-Pull- und Stromausgänge verhalten sich unterschiedlich. Ein fehlender Pegel kann an der Beschaltung liegen und bedeutet nicht automatisch, dass der Sensor defekt ist.
Nur eine Magnetrichtung ausprobieren. Je nach Sensortyp und Einbaulage hängt die Reaktion von der Polung ab. Drehen Sie den Magneten um und prüfen Sie beide Richtungen, ohne dabei die zulässigen Bedingungen des Sensors zu überschreiten.
Wie sich Hall-Sensoren von Reedkontakten unterscheiden, die auf den ersten Blick dieselbe Aufgabe erfüllen, steht unter Hall-Sensor oder Reedkontakt. Wofür Hall-Sensoren in Fahrzeugen eingesetzt werden, erklärt Hall-Sensoren im Fahrzeug.
Häufige Fragen
Kann ein Hall-Sensor mit dem Durchgangsprüfer geprüft werden?
Nein, ein Durchgangsprüfer zeigt nicht zuverlässig, ob ein Hall-Sensor auf ein Magnetfeld reagiert. Dafür muss der Sensor korrekt versorgt und sein Ausgang als Spannung beobachtet werden. Widerstands- oder Durchgangsmessungen an einem eingeschalteten Bauteil sollten Sie vermeiden.
Warum zeigt das Multimeter trotz funktionierendem Sensor einen wechselnden Wert?
Bei rasch wechselnden Signalen zeigt ein Multimeter oft einen schwankenden oder gemittelten Wert und bildet nicht jeden einzelnen Schaltvorgang ab. Prüfen Sie, ob der Sensor bei langsam veränderter Magnetposition ein nachvollziehbares Verhalten zeigt.
Kann ein Hall-Sensor auch ohne Datenblatt geprüft werden?
Ohne verlässliche Angaben zu Anschlussbelegung und Versorgung ist eine sichere Prüfung kaum möglich. Suchen Sie nach Unterlagen zum Bauteil oder zum Gerät, in dem es sitzt. Fehlen die Daten, sollte eine Fachkraft die Anschlüsse identifizieren, bevor Spannung angelegt wird.
Was ist der Unterschied zwischen einem Hall-Element und einem Hall-IC?
Ein Hall-Element erfasst das Magnetfeld, braucht für ein nutzbares Signal aber meist zusätzliche Elektronik. Ein Hall-IC vereint das Sensorelement mit weiteren Schaltungsteilen, etwa zur Signalaufbereitung oder zum Schalten eines Ausgangs. Was ein konkretes Bauteil kann, steht in seinem Datenblatt.
Fazit
Mit Multimeter und Magnet lässt sich feststellen, ob ein korrekt versorgter Hall-Sensor sein Ausgangssignal ändert, wenn sich das Magnetfeld ändert. Voraussetzung sind die richtige Anschlussbelegung, die vorgesehene Versorgung, das Wissen um die Ausgangsart und die passende Magnetpolung. Bleibt das Ergebnis unklar, sollten die technischen Unterlagen oder eine Fachkraft die nächsten Schritte bestimmen. Weitere Beiträge zur Sensorik finden Sie im Bereich Hall-Sensoren.