Датчик холла это


Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения

Применение цифровых датчиков

  • датчики частоты вращения
  • устройства синхронизации
  • датчики систем зажигания автомобилей
  • датчики положения
  • счетчики импульсов
  • датчики положения клапанов
  • блокировка дверей
  • измерители расхода
  • бесконтактные реле
  • детекторы приближения
  • датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

принцип работы, как проверить своими руками, применение

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ
  1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.

Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры. 

Содержание статьи

Как работает датчик Холла

Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.

Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.

Простейший датчик состоит из:

  • постоянного магнита;
  • лопасти ротора;
  • магнитопроводов;
  • пластикового корпуса;
  • электронной микросхемы;
  • контактов;

Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание. 

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции. 

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

  1. Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
  2. Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
  3. Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

Читайте также

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики стали незаменимой частью жизни людей. Они делают ее проще. Датчики света, звука, движения управляют разными техническими системами. Ту же функцию – управление системами выполняют датчики на основе эффекта Холла (далее ДХ – датчик Холла). Далее будет рассмотрено устройство и особенности датчика Холла, разновидности контроллера, его применение, а также принцип работы.

Описание и применение

Контроллер, в основе которого лежит действие эффекта Холла, относится к датчикам магнитного типа. Они выдают электрический сигнал в зависимости от изменения магнитного поля вокруг них.

Эффект Холла состоит в появлении напряжения в проводнике при прохождении через него электрического тока. Электрический ток меняет магнитное поле, за ним меняется индукция этого поля, в итоге создается разность потенциалов.

Регистр Холла работает следующим образом:

  • вокруг него создается магнитное поле, активирующее контроллер;
  • при внесении в поле какого-либо объекта, оно выходит за первоначальные границы; датчик этот процесс фиксирует и генерирует напряжение, пропорциональное изменению.

Напряжение называется напряжением Холла.

На основе датчика Холла собирают контроллеры приближения, движения, переключатели и другие полезные в быту и промышленности устройства.

Виды, устройство и принцип действия

Всего выделяют два вида датчиков на основе эффекта Холла. Первые – цифровые, вторые – аналоговые. Они значительно отличаются друг от друга в плане конструкции и принципа функционирования.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два устойчивых положения: ноль или единица – то есть они срабатывают при определенной величине изменения магнитного поля. В основе таких датчиков лежит устройство под названием триггер Шмитта, которое имеет два устойчивых состояния: логический ноль и логическая единица.

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

  1. Униполярные.
  2. Биполярные.
  3. Омниполярные.

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

Контроллеры подобного вида работают только в том случае, если к ним прикладывается магнитное поле положительной полярности от южного полюса. Только при этом условии происходит срабатывание и отпускание контроллера.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Их особенность состоит в том, что срабатывают они под действием поля от южного полюса, а отпускаются под действием северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих контроллеров Холла состоит в том, что они могут включаться и выключаться под действием поля от любого полюса.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговые датчики способны выдавать на выходе не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное множество. Их принцип работы основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

Конструкция этих устройств содержит элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Применение

И аналоговые (линейные), и цифровые контроллеры нашли широкое применение во всех сферах жизни.

Линейные

Из-за большого количества уровней выходного напряжения такие контроллеры часто применяют в измерительной технике.

Датчик тока

Регистр тока на ДХ сделать очень просто. Необходимо установить лишь правильный преобразователь, который из напряжения, создаваемого в результате прохождения тока через проводник, будет получать ток. Ток с напряжением связаны законом Ома.

Тахометр

Тахометр измеряет частоту вращения чего-либо. Например, вала. Сделать такое устройство на ДХ очень просто. Достаточно установить датчик рядом с вращающимся объектом, а на сам объект повесить небольшой магнит.

Как только магнит будет проходить рядом с датчиком, индукция поля будет изменятся, как и величина напряжения на выходе соответственно.

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

На основе ДХ можно сконструировать простой регистр вибрации, который будет реагировать на изменение магнитного поля в результате микроперемещений магнита, создающего поле для проводника с током.

Детектор ферромагнетиков

Ферромагнетики – магнитоактивные вещества. Они искажают магнитное поле планеты. По величине этого искажения можно определить, насколько сильный тот или иной ферромагнетик.

Как измерить это искажение? Это можно сделать с помощью ДХ. Если внести в поле магнита, создающего напряжение в проводнике, магнитный материал (ферромагнетик), то поле изменит индукцию и это повлияет на создаваемую разность потенциалов.

Датчик угла поворота

ДХ способны измерять угол вращения какого-то либо объекта. Например, если на нем установлены магнит и контроллер Холла, то по величине индукции (близости магнита к датчику) можно определить угол вращения.

Потребуется лишь правильно определить зависимость между индукцией и углом. В этом поможет университетский курс физики и механики.

Бесконтактный потенциометр

Напряжение с током связаны по закону Ома через сопротивление. Зная ток через проводник и напряжение, не сложно рассчитать подключенное к проводнику сопротивление. Этот факт позволяет строить на ДХ бесконтактные потенциометры.

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Подобные контроллеры часто применяются в бесколлекторных двигателях в качестве измерителей угла поворота.

Датчик расхода

Датчик расхода на аналоговом ДХ устроен так, что объем пропущенного через этот датчик вещества пропорционален изменению магнитной индукции поля вокруг него.

Датчик положения

Чтобы собрать датчик положения на ДХ, нужно к отслеживаемой цели подключить магнитную пластину. Когда эта пластина будет менять положение относительно магнита в ДХ, поле будет менять свой состав и по изменению индукции этого поля можно будет определить положение объекта.

Цифровые

Такие контроллеры применяются в электронике и промышленности для управления включением и выключением, например, станков с численным программным управлением, а также для регулирования работы автоматизированных систем.

Датчики

На цифровых ДХ собирают различные контроллеры, способные отслеживать изменение различных величин и реагировать на изменения.

Контроллер частоты вращения

Контроллеры Холла, измеряющие частоту вращения чего-либо, называются энкодерами. Обычно их несколько устанавливается на определенную позицию, через которую проходит несколько магнитов с вращающегося объекта.

Как только магнит пересекает первый датчик, последний выдает на выходе уровень логической единицы. С другими контроллерами аналогично. Момент появления логической единицы на одном из датчиков позволяет оценить частоту вращения объекта.

Контроллер системы зажигания авто

Система зажигания устроена таким образом, что имеет два устойчивых состояния: включено-выключено. Такие же устойчивые логические уровни имеют цифровые ДХ. Соединить эти приборы в одно устройство не составляет труда: к системе зажигания присоединяется магнитная пластина.

Когда система находится в положении «включено», пластина пересекает магнитное поле ДХ и разность потенциалов в проводнике контроллера изменяется. Этим изменением можно управлять различными системами авто.

Контроллер положения клапанов

Если к клапану подсоединить магнитную пластину, а ее расположить рядом с контроллером Холла, то при открытии (или, наоборот, закрытии) клапана индукция поля и, как следствие, напряжение в проводнике изменится, а это изменение переведет контроллер в одно из логических состояний (ноль, единица).

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

Наличие бумаги в принтере можно фиксировать точно так же, как и положение клапанов. Есть флажок, который устанавливается и пересекает поле постоянного магнита ДХ, если в принтер поступает бумага.

Устройства синхронизации

Датчики синхронизации активно применяются в автомобилестроении, где они регулируют время и объем подачи топлива, углы опережения зажигания и поворота распределительного вала, а также других показателей.

Такие датчики представляют собой намагниченный сердечник с медной обмоткой, на концах которой фиксируют разность потенциалов.

Счетчик импульсов

С помощью эффекта Холла можно считать поступающие в проводник импульсы. Импульс – сигнал высокого уровня. Соответственно, есть сигнал низкого уровня (обычно это 0). Если импульс поступает на проводник, то на его концах создается разность потенциалов под действием магнитного поля. Когда импульс пропадает, разность потенциалов тоже исчезает. По скорости появления-пропадания напряжения в проводнике можно судить о количестве импульсов: зная время и скорость можно определить количество.

Блокировка дверей

Магнит контроллера располагается на двери машины, например, а сам контроллер – на дверной коробке. Как только замок, не снятый с сигнализации, попытается кто-то открыть и потянет на себя ручку двери, подключенная система заблокирует двери и предотвратит доступ в машину. Так и работает блокировка дверей с применением ДХ.

Вместо системы блокировки дверей к датчику можно подключить сирену или другую сигнализацию.

Измеритель расхода

Расходометр на ДХ устроен таким образом, что каждое изменение магнитного потока, фиксируемое контроллером, равняется определенной порции прошедшего вещества (жидкости, например).

Бесконтактное реле

Бесконтактные реле на ДХ так устроены, что при изменении магнитной индукции поля вокруг проводника на нем меняется напряжение и это изменение разности потенциалов провоцирует переключение реле.

Детектор приближения

Контроллер приближения на цифровом ДХ аналогичен контроллеру на линейном ДХ с той лишь разницей, что цифровой выдает только два уровня сигнала – высокий и низкий – а аналоговый –бесконечное множество, то есть, например, цифровым контроллером можно только включить и выключить свет, а аналоговым включить на определенную величину, сделать свет ярче или тусклее, а потом выключить.

Какие функции выполняет в смартфоне

Когда человек подносит смартфон близко к уху, экран телефона гаснет для предотвращения случайных нажатий. Как это удалось реализовать разработчикам? При помощи цифрового датчика приближения, основанного на эффекте Холла.

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

  1. Ферритовое кольцо.
  2. Проводник для тока.
  3. Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
  4. Дифференциальный усилитель.

В кольце необходимо пропилить зазор, в котором расположится элемент Холла. Его потребуется подключить к дифференциальному усилителю, который представляет особой ОУ с отрицательной обратной связью.

Если изменение индукции – это своеобразная «ошибка», то ОУ выступает в роли усилителя ошибки, как показано на принципиальной схеме подключения на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

Вместо усилителя можно установить микроконтроллер и через ограничительный резистор подключить его к выводу микросхемы ACS 711 в режиме АЦП. Тогда к другому выводу микроконтроллера можно подключить полевой транзистор и получится генератор импульсов, который можно использовать в режиме широтно-импульсной модуляции, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

  1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
  2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
  3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

  1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
  2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Чем выше температура, тем быстрее движутся заряды в проводнике, тем чувствительнее датчик ко всем колебаниям магнитного поля.

Что такое датчик Холла, как он работает и за что отвечает

Содержание статьи:

Датчик Холла – устройство, получившее название в честь физика, который открыл закономерность.

Принцип работы датчика Холла

Ученый проводил эксперимент. Он взял проводник. В его качестве выступала золотая пластина. Через эту пластину он пропустил электрический ток. После этого проводник разместили между двумя разнополярными магнитами. Это дало интересный результат: электроны отклонялись перпендикулярно магнитным волнам. На двух гранях возникало напряжение. Эффект Холла возможен при определенных условиях:

  • Во-первых, напряжение должно быть достаточно сильным;
  • Во-вторых, магниты не должны находиться далеко от проводника.

Если говорить проще, то при взаимодействии магнитного поля и проводника, через который проходит электрический ток, на проводнике возникает разность потенциалов. Именно эту разность и фиксирует прибор.

Займ на карту: мгновенно, без указания работы

Виды датчиков

С развитием науки технология стала использоваться во многих устройствах. Этому способствовало и то, что всего существует несколько видов датчиков:

  1. Цифровые. Предназначены для обнаружения магнитного поля. При достаточно высокой индукции, устройство срабатывает. Это определенная логическая команда, которая определяется как «один» такой сигнал означает – поле присутствует. При низкой чувствительности, слабом магнитном поле, или полном его отсутствии, срабатывает сигнал «ноль».
  2. Униполярные. Особый вид, который включается и выключается одним и тем же магнитным полем. Включен прибор или же выключен, зависит от интенсивности магнитного поля.
  3. Биполярные. Сложный тип датчика Холла. Его работа основана на взаимодействии с обоими полюсами. К примеру, он включается только южной стороной магнита. Если включение произошло, то этой стороной уже нельзя повлиять. Не поможет изменение плотности магнитных волн или расстояния меду магнитом и проводником. Чтобы отключить его, нужно развернуть  магнит на противоположный полюс и эту сторону поднести к прибору.

Применение

Датчики Холла применяются во многих сферах человеческой жизни. Конечно, в большинстве случаев их применяют по назначению, для измерения магнитного поля. Однако свое место эти устройства нашли и в цифровой индустрии и в машиностроении. Это обусловлено тем, что простая система Холла стала включаться в сложные системы управления, работающие на принципах логики, когда всю информацию можно закодировать в виде последовательности нолей и единиц.

Устройство применяется во многих видах электроники. К примеру, старая «раскладушка». Этот телефон представляет собой наглядный пример использование Холла в промышленных масштабах. По такому же принципу работает и ноутбук. При закрытии крышки, как всем известно, монитор гаснет. Дело в том, что прибор вмонтирован в материнскую плату компьютера. А в крышке имеется небольшой магнит. При их сближении, то есть закрытии крышки ноутбука, срабатывает эффект Холла и свет гаснет.

С датчиком Холла знаком тот, кто разбирается в технике. Этот прибор является неотъемлемой частью системы зажигания большинства автомобилей. Датчик холла используется благодаря своей большой выносливости. Фактически у этого прибора нет срока годности, так как в нем не взаимодействуют механические элементы. Однако если говорить о приборе, который используется в системе зажигания, то можно учесть и некоторые минусы.

Недостатки датчика Холла

Главный из них основан на самой работе прибора. Ведь устройство фиксирует магнитные поля. При обилии таких полей устройство может работать неправильно. В частности, подобная ситуация возникает в том случае, если намагничивается один из близлежащих элементов зажигания. Это создает дополнительную магнитную волну, работа прибора становится нестабильной. Как следствие в автомобиле может стать прерывистой, или даже совсем пропасть искра.

Что такое адаптация персонала в организации, примеры

Как проверить, рабочий ли датчик?

Бывают случаи, особенно у автомобилистов, когда работоспособность прибора ставится под сомнение. Проверить, работает ли датчик, в такой ситуации можно. Самый простой и надежный  из них, это замена. Датчик, который находится под сомнением, меняется  на заведомо исправный прибор. Если после такой замены машина начинает работать, значит, датчик был испорчен. Но что делать, если еще одного, тем более исправного, датчика Холла под рукой нет?

В таком случае работоспособность можно проверить при помощи обычного тестера. Исправность можно проверить, опираясь на результат. Если после измерения напряжение меньше 0,4 вольт, то датчик неисправен.

Если тестера нет, а работоспособность датчика проверить все равно нужно, в ход идет самодельная установка. Сделать такой прибор можно из небольшого куска провода и колодки от распределения зажигания.

Датчик Холла – энциклопедия VashTehnik.ru

Датчик Холла – небольших размеров чувствительный элемент, позволяющий отслеживать изменения магнитного поля. Открытию уже исполнилось 100 лет, явление, лежащее в основе принципа действия, известно с 1879 года, но лишь в последние несколько десятилетий изделия стали неотъемлемой частью образчиков технических достижений.

Датчики разного типа

Эффект Холла

Эдвин Холл показал, что в направлении, поперечном магнитному полю, в проводнике образуется ЭДС при протекании по нему постоянного тока. На практике это выглядит, как возникновении потенциалов на кромках металлической полосы, когда к полосе подносят магнит. В результате становится возможным фиксировать факт приближения к датчику. Разница потенциалов зависит по большей части от:

  1. Величины протекающего постоянного тока.
  2. Напряжённости магнитного поля.
  3. Подвижности и концентрации носителей заряда в материале.

До 1950-х годов, когда впервые создали регистратор микроволнового излучения, эффект Холла не применялся за пределами лабораторий. В массовое плавание запущен изготовителями компьютерных клавиатур – концерны оказались заинтересованы в отыскании бесконтактного пути регистрации положения клавиш и нашли таковой в 1968 году. Твердотельный датчик, изобретённый в 1965 году Джо Мопином и Эверетом Вортманом, сильно улучшил характеристики оборудования. Сейчас в промышленности отмечается ежегодный прирост потребности в сенсорах Холла, по оценкам, топовая пятёрка компаний-производителей собирает доход в 2 млрд. долларов.

Сегодня датчики Холла используют из-за указанной особенности – они практически вечные, не содержат движущихся и трущихся частей. В клавиатуре ломается преимущественно не чувствительный элемент, а контроллер. Известны вирусы, умеющие перепрограммировать чип и заражающие компьютер… через USB-клавиатуры. Кстати, спецслужбы давно уже взяли на вооружение метод, чтобы шпионить, а эффективной защиты против уязвимости попросту нет.

Эффект Холла проявляется в проводнике тем сильнее, чем меньше концентрация носителей заряда и больше подвижность. Металлы (на основе которых впервые продемонстрировано явление) не считаются идеальным материалом для создания датчиков. В гораздо большей степени для указанной целей годятся полупроводники. Одновременно это сильно снижает стоимость и повышает унификацию серийного производства.

Посмотрим, как работает датчик Холла. Представим полосу полупроводника, вдоль которой протекает постоянный ток. В отсутствие внешних возмущений внутри создаётся электрическое поле, приводящее в движение носители заряда. Предположим, теперь перпендикулярно поверхности полосы возникают линии постоянного магнитного поля. Возникающая сила Лоренца станет по правилу левой руки действовать на ход процесса. Напомним, что направление определяется так: «Если поместить левую руку так, чтобы линии магнитного поля оказались перпендикулярны ладони, а вытянутые пальцы смотрели в направлении движения зарядов (в физике – положительно заряженных частиц, а не отрицательных электронов), отогнутый на 90 градусов большой палец укажет в сторону действия силы Лоренца».

Загадки в эффекте Холла нет. Формула Лоренца предложена на добрый десяток лет позже – в 1892 году – прежде, чем люди узнали, что пластинка золота формирует разность потенциалов на торцах при протекании постоянного электрического тока. О влиянии магнитного поля на проводники в 1831 году однозначно высказывался Майкл Фарадей, благодаря тайному поклоннику которого мир узнал о генераторах и двигателях. Поныне неизвестно, кем придуман первый мотор постоянного тока. При обратном включении работающий генератором.

Эффект Холла открыт в 1879 году на базе университета Джона Хопкинса в Балтиморе. Эдвин пытался проверить теорию Кельвина, озвученную тридцатью годами ранее, активно работал над изучением действия магнитного поля на золотую пластинку. Учёный ввёл коэффициент, показывающий продуцируемый эффект в зависимости от произведения приложенного магнитного поля и протекающего тока. Очевидно, что величина зависит от свойств материала. Момент уже обсуждался.

Эффект Холла

Достоинства сенсоров Холла

Специалисты отмечают следующие ряд достоинств датчиков Холла:

  1. Долгий срок службы (для клавиатуры – 30 млрд. нажатий).
  2. Отсутствие подвижных частей (твердотельная электроника), что явно упрощает конструирование с высокими требованиями к вибрациям и ударам.
  3. Возможность работы на частотах изменения магнитного поля до 100 кГц.
  4. Простое совмещение с логическими уровнями сигналов цифровой техники.
  5. Широкий диапазон рабочих температур (от минус 40 до плюс 150 градусов Цельсия).
  6. Высокая повторяемость измерений, что позволяет легко тарировать приборы на основе датчиков Холла.

Конструкция датчиков Холла

В ходе эксплуатации отлично проявились традиционные полупроводниковые материалы – арсениды галлия и индия. Обычно сенсор Холла представляет небольшую пластинку, к противоположным граням которой подходят парные электроды. Питающие широкие и располагаются на протяжении стороны прямоугольника. Где снимается сигнал – простейшие точечные. В любой схеме отмечается общая точка (нулевой провод, нейтраль), сумма контактов равняется трём. Отрицательные линии объединяются.

Специалисты отмечают, что даже в отсутствии магнитного поля на электродах остаётся, как правило, небольшой сигнал. Это объясняется не влиянием нашей планеты, как подумают читатели. Потенциал вдоль боковой кромки пластинки распределяется неравномерно. И выявлять эквивалентные точки не всегда целесообразно. Проще тарировать сопрягаемую с датчиком электронику, либо ориентироваться на точечные импульсы, что часто делается на практике. Для коррекции часто применяются дифференциальные усилители (на выход выдаётся лишь изменение сигнала).

Особенности конструкции датчика

Толщина плёнки проводника обычно мала, едва достигает 10 мкм. Для нанесения на подложку используется способ литографии. Это позволяет создать датчики Холла с малой чувствительной площадью, что сильно и часто повышает точность измерений, ведь поверхность невелика. В приборах это используется для оценки положений деталей механизмов. Впрочем малогабаритные датчики обнаруживают сравнительно низкий отклик, измеряемый в величинах Вт/Тл (выдаваемая мощность полезного сигнала в зависимости от напряжения магнитного поля). Для серийных датчиков Холла параметр обычно укладывается в пределы от 0,03 до 1.

На практике это выглядит как генератор импульсов. Допустим, на валу двигателя стиральной машины стоит ряд магнитов, при обороте вырабатывается определённое количество пиков. В результате электронная начинка оценивает скорость вращения, угловое положение ротора, что используется, к примеру, в вентильных двигателях (с электронным переключением обмоток).

Сделаем отступление и объясним, почему малогабаритный датчик Холла отличается слабым откликом. Амплитуда вырабатываемых импульсов зависит от протекающего постоянного тока, а он не может быть велик, в противном случае плёнка проводника (обладающая достаточно большим сопротивлением) перегреется и сгорит. Поэтому допустимые значения (в амперах) составляют от 5 до 50 мА.

Применение датчиков Холла

  1. Датчики Холла широко применяются в бытовой технике. Красноречивый пример – стиральные машины. Пользователи ломают умы, как в продвинутых моделях производится взвешивание белья. В сети приводятся патенты, где при помощи пружин или тензодатчиков предлагается задачу решить в лоб. Подобные устройства не способны на большую надёжность, рискуя постоянно подвергаться деформациям. Вдобавок на бак вешается пара-другая кирпичей, значит, суммарный вес конструкции велик, что накладывает ограничения. На практике в стиральных машинах белья вначале обильно увлажняется, потом по скорости разгона барабана оценивается общая масса. Так происходит взвешивание белья, в дальнейшем определяющее программу работы оборудования, расход порошка, воды, ополаскивателя.
  2. В компьютерных клавиатурах датчики Холла впервые вошли в серийное производство. Обычно на подложке стоит чувствительный элемент, на клавише крепится магнит. Понятно, что пружин внутри современной клавиатуры уже нет, а сила упругости создаётся за счёт полимеров с высоким сроком службы. Решение крайне удачное: ломается не датчик и не упругая механическая часть, выходит из строя контроллер.
  3. Датчик Холла возможно применять для измерения силы тока (как в токовых клещах). Прибор может реагировать на изменение электромагнитного поля, окружающего провода. Создаётся так называемая обмотка возбуждения (индуктивность из медной проволоки). Измеряемый ток подаётся на отводы, в результате образуется электромагнитная волна, часть оценивается датчиком Холла. Отклик зависит напрямую от измеряемой величины. Расчёт ведётся по формулам, заложенным, к примеру, в контроллер. Для точности прибор тарируется заводом изготовителем. Причём сохраняются упомянутые выше преимущества, прежде всего – отсутствие подвижных частей. Аналогичным образом при помощи датчиков Холла становится возможным измерение мощности.

    Применение датчика

  4. Преобразование постоянного напряжение в переменное считается примером создания генератора. Если датчик Холла находится в переменном магнитном поле, напряжения на выходе повторяет форму. КПД прибора не отличается высоким значением. Зато конструкция упрощается до максимума, становится возможным непосредственная передача формы магнитного поля электрическому току.
  5. В связи с описанными выше фактами отметим, что датчики Холла позволяют контролировать расход и заполненность заряда аккумуляторов (посредством измерения протекающего тока и интегрирования его по времени). Это обусловливает возможность их самого широкого применения. Например, в сотовых телефонах (до 37% рынка). Но специалисты считают, что самым многообещающим направлением является сегмент электромобилей, где вопрос наличия энергии будет жизненно важным.
  6. Благодаря наличию магнитного поля Земли становится возможным создание на основе датчиков Холла компасов. Проблема заключается лишь в том, что величина в Тл неравномерная по поверхности материков и континентов, требуется ввод методов коррекции измерений. За счёт указанного эффекта иногда работают автоматические системы стабилизации изображения видеокамер мобильных устройств.
  7. Мало известно, но 52% доходности от выпуска датчиков Холла приходится на автомобильную промышленность. В этой отрасли требуется измерять частоты вращения колёс, коленчатого и распределительного валов. Читатели уже догадались, что датчик Холла поможет с определением положения дроссельной заслонки, руля. Автомобильный рынок стал главной движущей силой для дальнейшего совершенствования приборов. Некоторые системы считаются стандартом де-факто (ASIC, ASSP, ESC/ESP и пр.) на рыке, и датчики Холла принимают в них живое участие.

Применение и использование датчиков Холла, возможности датчиков Холла Hoeben Electronics


Более пристальный взгляд на ратиометрические двунаправленные аналоговые датчики Холла

На этой странице вы можете найти полезную информацию об использовании датчиков Холла, для специальных корпуса и приложения см. на странице Приложения. Мы приветствуем любую дополнительную информацию и предложения для добавления на этот сайт. Не стесняйтесь задавать нам любые вопросы.


Датчики на эффекте Холла изготовлены из тонкого проводящего материала.Когда через датчик протекает ток, напряжение в направлении y появляется поперек текущего направления (x). Магнитное поле приложено перпендикулярно проводнику (направление z).

Рис. 1 Принцип действия датчика Холла

Выходной сигнал датчика Холла пропорционален плотности магнитного потока и току, протекающему через датчик.

  • Датчик эффекта Холла может измерять магнитные поля (B, обычно выражается в Тесла или Гаусс)
  • Датчик Холла также может измерять влияние ферромагнитных объектов на магнитные поля
  • Поскольку токи создают магнитные поля, Холла датчики эффекта могут использоваться для измерения электрических токов
  • И поскольку датчик умножает ток датчика на магнитное поле, его также можно использовать для измерения истинной среднеквадратичной мощности и косинуса PHI (например, в измерителе мощности)


Датчик Холла очень универсален и может использоваться во многих приложениях.Некоторые, но, конечно, не все, показаны здесь.

Датчик на эффекте Холла можно использовать для измерения расстояния между датчиком и постоянным магнитом или электромагнитом. Это позиционирование может быть выполнено очень точно. Когда второй датчик Холла (не показан на чертеже) используется на южном полюсе магнита, точные датчики Холла , которые идентичны (например, Hoeben Electronics HE144), температуры считывания и температурной зависимости магнита могут быть компенсируется. Повышение точности.

Горизонтальные перемещения магнита или датчика также могут быть измерены.

Углы вращения магнита тоже можно измерить. Конечно, магнит не обязательно должен быть круглым. Используя второй датчик, можно выполнить температурную компенсацию магнита и измерения.

С помощью повернутого магнита или датчика таким же образом можно измерять горизонтальные перемещения.

Таким способом можно измерить множество магнитов, которые вы можете найти в линейных двигателях.

Очень интересная возможность - это измерение положения внутри или на точном линейном двигателе магнитная матрица . Два датчика Холла выдают синус и косинус, сигнал SIN / COS , который можно использовать для измерения абсолютной точности с неожиданным положением. При использовании двух идентичных датчиков, таких как Hoeben Electronics HE144 и HE244, температурное поведение автоматически компенсируется, и позиционирование будет даже более точным.Чтобы получить высокое разрешение, датчик должен иметь низкий дрейф, низкий уровень шума, большой диапазон и очень хорошую линейность и чувствительность в сильных магнитных полях. Датчики Холла Hoeben Electronics удовлетворяют этим требованиям.

Установка датчика Холла и магнита в одно устройство открывает новые возможности. Можно обнаружить немагнитные ферромагнитные объекты и измерить расстояния. Некоторые металлы обладают ферромагнитными свойствами и могут использоваться, в том числе некоторые версии из нержавеющей стали. Чтобы иметь возможность использовать сильные магниты в большом диапазоне и видеть очень небольшие изменения, датчики Холла также должны обладать хорошей чувствительностью к небольшим изменениям в сильном магнитном поле.Для этого очень хорошо подходят датчики Холла Hoeben Electronics. Даже самые сильные доступные магниты не будут насыщать датчик.

Таким же образом можно измерять горизонтальные перемещения. И многое другое.

Возможно измерение зубьев шестерен. Очень интересная возможность . использует второй датчик Холла для генерации синуса и косинуса в сигнале SIN / COS для измерения положения. Для этого очень хорошо подходят датчики Холла Hoeben Electronics.

Датчики Холла Hoeben Electronics также могут измерять ток. На чертеже показано измерение тока с помощью компенсационной катушки. Возможна также установка без компенсационной катушки.

Использование сетевого напряжения в качестве эталона для тока датчика позволяет измерять мощность. Истинное среднеквадратичное значение. С помощью дополнительной электроники можно также измерить косинус фи. В этом примере показана система без компенсационной катушки.

Ветряные мельницы и солнечные элементы часто создают небольшие ошибочные токи постоянного тока («Ввод постоянного тока») в линии.Значения находятся в миллиамперном диапазоне. Эти токи также можно измерить с помощью датчиков Холла Hoeben Electronics!

.Установка датчика Холла

для бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянным магнитом

Это очень запутанная тема.

Сегодня я потратил несколько часов на то, чтобы заново изучить теорию расположения датчиков Холла, а затем еще дольше пытался придумать четкий способ ее представления. Это было сочетание сбора информации с форумов и просмотра моих старых заметок (которые были основаны на опыте Шейна). Цель этого поста - собрать всю эту информацию на одной веб-странице и передать ее в максимально понятном формате.

Заявление об ограничении ответственности: я не инженер-электрик, поэтому некоторые из этих утверждений могут быть неточными. При этом я уверен на 90%, что это так.

Условные обозначения:

  • edeg: электрические степени
  • эрот: электрическое вращение. 1 эрот = 360 эдэг
  • mdeg: механические градусы
  • мрот: механическое вращение. 1 мрот = 360 мкг
  • пп: количество полюсов магнита пар. 1 pp = 2 магнита (1 север, 1 юг)
  • с: количество пазов (в статоре)
В этом посте будет рассказано, как разместить датчики Холла на 3-фазных двигателях, управляемых контроллерами положения Холла 60 и 120 (контроллеры двигателей, которые предполагают, что датчики Холла будут размещены на расстоянии 60 и / или 120 градусов друг от друга).Хотя можно спроектировать контроллер мотора, ожидающий, что датчики Холла будут размещать другое количество эдэгов, я никогда не видел и не слышал об одном (просто нет обычных коммерчески доступных датчиков, которые допускают что-либо, кроме 60 и / или или размещение датчика Холла 120 эдэг). Я считаю, что причина этого в том, что это усложняет код и выполнение математических расчетов, хотя я могу ошибаться, поскольку я никогда не проектировал свой собственный контроллер двигателя. В этом посте я собираюсь охватить только трехфазные двигатели, потому что они являются наиболее распространенным типом, хотя следующие уравнения можно распространить на любое количество фазных двигателей с небольшими изменениями.

Нам нужно выяснить, где разместить 3 датчика Холла. Начнем с математики:

Первое, что вам нужно найти, это количество mdeg на эрот. Другими словами, количество механических градусов, на которое вращается ротор, чтобы сделать одно полное электрическое вращение.

Уравнение 1: (360 мград / pp ) = n mdeg на erot = n mdeg на 360 edeg

Примечание: не путайте это с уравнением mrpm * pp = erpm, что полезно для определения электрических оборотов с учетом механических оборотов вашего двигателя.


Теперь предположим, что вы хотите использовать контроллер двигателя, для которого требуется установка датчика Холла 120 edeg . Вам нужно найти количество миллиграммов на 120 эдэг. Таким образом, вы просто разделите приведенное выше уравнение на 3.

Уравнение 2: (360 мград / 3 * pp ) = м мград на 120 эдэг.


Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое вы можете разнести каждый из датчиков эффекта Холла, и при этом добиться разноса 120 градусов.

На этом этапе вам нужно выбрать, хотите ли вы установить датчики эффекта Холла на внутренней плате 1 2, за пределами двигателя (обычно на каком-то приспособлении / плате (прокрутите вниз 2/3 страницы), расположенной так что он может улавливать утечку магнитного потока из двигателя) или внутри пазов статора 1 2 3 (примечание: если вы устанавливаете их сбоку от катушек, как я, убедитесь, что вы расположили их как можно ближе к магнитам по возможности) на катушках.Преимущество первых двух вариантов заключается в том, что плату можно вращать, чтобы замедлить или опередить синхронизацию двигателя (регулируемая синхронизация). Единственный способ настроить время третьего варианта - программно.

ПРИМЕЧАНИЕ: ОЧЕНЬ важно разместить датчики на эффекте Холла как можно точнее. Отклонение на несколько механических градусов может отпугнуть вас на многие десятки электрических градусов.

Если вы хотите установить датчики холла на какой-то приспособление / плату (внутреннюю или внешнюю), то с математикой покончено! Приведенное выше значение, м , дает вам количество механических градусов, в которых вы должны разнести каждый датчик на эффекте Холла (для 3 датчиков на эффекте Холла это общая дуга 2 * м мград).Если м слишком мало для вашего вкуса, вы можете умножить его на любое целое значение, например 2, 3, 4 и т. Д., Чтобы получить другие интервалы, которые будут работать с контроллерами электродвигателей 120 edeg. (Хотя датчики на эффекте Холла больше не будут разнесены точно на 120 градусов, они будут кратны 120 градусам, что тоже будет работать).

Если вы хотите установить датчики Холла в пазы статора, вам нужно найти количество миллиграммов на слот:

Уравнение 3: (360 мград / с ) = x мград на слот

Сейчас вам нужно умножить м на из ур.2 целыми числами, пока не найдете целое число i , которое даст вам число, кратное x . м * i дает вам количество метров, на которое вы должны разнести датчики эффекта Холла, и:

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = количество щелей между датчиками Холла.

Вероятно, есть несколько вариантов для i , особенно когда количество пазов и полюсов в двигателе увеличивается. Пока удовлетворяются приведенные выше уравнения, контроллер мотора, который хочет, чтобы датчики Холла на 120 градусов были разнесены, будет работать.

_______________________________________________

Теперь для контроллеров двигателей, требующих размещения датчика Холла 60 edeg . Уравнение 1 по-прежнему применимо, но уравнение 2 теперь принимает вид:

Уравнение 2 ': (360 мград / 6 * pp ) = м мград на 60 эдэг.

Это значение, м , дает минимальное количество метров в градусах, на которое можно разнести каждый из датчиков эффекта Холла и при этом добиться разнесения в 60 градусов.Следуя логике из приведенного выше случая шага 120 edeg, вы можете умножить m на любое целое число и при этом сохранить шаг 60 edeg. Затем вы можете напрямую передать это количество mdeg на плату / приспособление для установки датчиков Холла.

Или вы можете установить датчики Холла в пазы статора. Это идентично случаю с интервалом 120 градусов; Уравнения 3 и 4 в этом случае остаются неизменными.

Примечание. Интересно и логично, что вы получите все значения, кратные 120 edeg, в случае интервала 60 edeg (120 кратно 60).

*** Примечание 2: Будьте осторожны со схемой намотки. Схемы намотки могут влиять на то, какие интервалы между градусами работают, а какие нет. Иногда вам придется перевернуть датчик Холла (см. Пример 4 ниже). Для простоты вам следует разместить датчики на эффекте Холла в разумных местах (первый на зубах или между ними), несмотря на то, что часто это не имеет значения, если они расположены правильно (я говорю «часто», потому что если датчики вращаются вместе, вы можете регулировать синхронизацию двигателя, а значит, и его производительность и характеристики).***

__________________________________________________

Время для некоторых ПРИМЕРОВ!

Ex 1: Электродвигатели ELB с внутренними датчиками Холла, установленными на поворотной «доске холла» для 120 контроллеров edeg. Двигатель

ELB представляет собой бесщеточный двигатель с 18 гнездами, 20 полюсов и схемой обмотки AaABbBCcCAaABbBCcC. Сначала я хотел иметь датчики на доске холла, которые можно было бы вращать вокруг оси, чтобы легко регулировать время. Итак, я вычислил:

Уравнение 1: (360 мград / 10 п.п.) = 36 мград на эрот = n мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 30) = 12 мград на 120 эдэг.

Я расположил датчики на эффекте Холла на расстоянии 12 градусов друг от друга, чтобы получить общую дугу в 24 градуса, что позволило получить красивую маленькую доску для холла. (Я протравил лазером градусные линии на вырезанных мною досках, что оказалось очень хорошо для выравнивания датчиков). Это сработало. К сожалению, небольшие доски холла были очень хрупкими, и мне действительно не хватило места для доски холла внутри двигателя (или снаружи), поэтому я решил приклеить датчики в пазы статора ... см. Следующий пример.

Ex 2: Двигатели ELB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для контроллеров 120 edeg.

Время для дополнительных вычислений:

Уравнение 3: (360 мград / 18) = 20 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((12 * 5) / 20) = 3 слота между датчиками холла.

Таким образом, датчики на эффекте Холла должны быть разнесены на 60 мград (600 эдэг), или по одному на каждые 3 слота. Именно это я и сделал, и это прекрасно работает. i = 10 также работает, и датчики Холла размещаются на расстоянии 120 мградусов друг от друга или равномерно вокруг статора. Фактически, 120 мград работает для многих распространенных комбинаций паз / полюс ... так что вы могли бы просто пропустить всю эту математику и сделать это так.

Я не буду делать пример датчика положения в слоте с контроллером расстояния 60 градусов для ELB. Оказывается, что единственные интервалы между холлами mdeg, которые работают для 60 контроллеров edeg с 18-секундным, 20-полюсным двигателем, такие же, как 120 edeg интервалы, кратные mdeg. Другими словами, датчики Холла оказываются в том же месте, что и в корпусе с шагом 120 градусов. Но не верьте мне на слово, попробуйте математику!

Ex 3: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для 120 контроллеров edeg.Двигатели

EHB будут 12-слотовыми, 14-полюсными бесщеточными двигателями со схемой обмотки AacCBbaACcbB.

Уравнение 1: (360 мград / 7 п.п.) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 7 * 3) = 17,14 мградус на 120 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((17,14 * 7) / 30) = 4 слота между датчики холла.

Первое действующее кратное i - 7.Оказывается, что единственный способ разместить датчики в пазах статора при использовании контроллера двигателя, который ожидает расстояние между датчиками 120 градусов, состоит в том, чтобы разместить датчики 120 на миллиграммах друг от друга (равномерно распределенные вокруг двигателя).

Это не означает, что вы не могли установить датчики на каком-то приспособлении на 17,14 миллиграмма друг от друга ... вы можете. Но если вы хотите, чтобы статоры в гнездах на этом типе двигателя, вы должны разнести их на 120 мград.

Красные точки обозначают гнезда, в которые должны быть помещены датчики.

Ex 4: Двигатели EHB с внутренними датчиками Холла, вклеенными в пазы статора для 60 контроллеров edeg.

Давайте возьмем тот же двигатель, что и в примере 3, но теперь контроллер двигателя ожидает, что расстояние между датчиками на эффекте Холла составляет 60 градусов.

Уравнение 1: (360 мград / 7 пп) = 51,4 мград на 360 эдэг

Уравнение 2: (360 мград / 6 * 7) = 8,57 мградус на 60 эдэг.

Уравнение 3: (360 мград / 12) = 30 мград на слот

Уравнение 4: (( м * i) / x ) = ((8.57 * 7) / 30) = 2 щели между датчиками Холла.

Теперь датчики на эффекте Холла можно разместить ближе друг к другу. Однако есть загвоздка. Поскольку датчики Холла расположены следующим образом: A (датчик) ac (датчик) CB (датчик) baACcbB, второй датчик (C-фаза) необходимо перевернуть, потому что магнитное поле в этом слоте перевернуто, потому что этот слот намотан. другое направление по сравнению с гнездами первого и третьего датчиков. Вот почему нужно быть осторожным со схемами намотки.

Синяя точка указывает на прорезь, в которую следует перевернуть датчик Холла.

________________________________________________


Примечания по подключению контроллера к мотору. Вам придется потратить некоторое время на тестирование, чтобы увидеть, какой датчик холла соответствует какой фазе. И если у вас нет возможности изменить код в контроллере мотора, вам придется играть с комбинациями проводов, чтобы получить правильную.Очень помогает двухканальный осциллограф. Поскольку существует множество тем, касающихся бесконечных сфер, и это зависит от типа вашего двигателя, я не буду вдаваться в подробности. .

Линейные датчики Холла, ИС линейных датчиков Холла, элементы на основе эффекта Холла из GaAS, элементы на основе эффекта Холла из GaAS, элементы на основе эффекта Холла InSb

Номер детали Макс. Чувствительность (мВ / мТл) Линейность Диапазон измерения Входное / выходное сопротивление (Ом) Рабочая температура Макс. Ток / напряжение питания Упаковка / размер
CYSJ2A (новый) 1.17 ~ 1,71 0,5% 3 т 620 ~ 780/620 ~ 780 -100 ° C ~ 200 ° C 9 мА / 6 В SOT143 2,9x1,5x1,1 мм
SIP 3,1 x 2,8 x0,9 мм
CYSJ3A (новый) 0,96 ~ 1,44 1,0% 3 т 1100 ~ 1450/1100 ~ 1450 -100 ° C ~ 200 ° C 5 мА / 5 В SOT143 2,9x1,5x1,1 мм
SIP 3.1 x 2,8 x 0,9 мм
CYSJ15A (новый) 1,04 ~ 1,34 1,0% 3 т 3100 ~ 4100/3100 ~ 4100 -100 ° C ~ 200 ° C 1,4 мА / 5 В SOT143 2,9x1,5x1,1 мм
SIP 3,1 x 2,8 x0,9 мм
CYSJ902 (новый) 1,44 ~ 2,16 1% 3 т 650 ~ 850/650 ~ 850 -40C ~ 125C или -55C ~ 150C 13 мА / 12 В SIP / 2.75x2,8x0,9 мм
CYSJ106C 1,8 ~ 2,4 2% 3 т 650 ~ 850/650 ~ 850 -40C ~ + 125C 13 мА / 10 В SMT / 1,5x1,5x0,6 мм
CYSJ166A 3,1 ~ 4,1 2% 3 т 1000 ~ 1500/1800 ~ 3000 -40C ~ + 125C 12 В SMT / 1.5x1,5x0,6 мм
CYSJ302C 1,8 ~ 2,5 2% 3 т 650 ~ 850/650 ~ 850 -40C ~ + 125C 10 В SIP / 2,7x2,35x0,95 мм
CYSJ362A 3,1 ~ 4,1 2% 3 т 1000 ~ 1500/1800 ~ 3000 -40C ~ + 125C 12 В SIP / 2.7x2,35x0,95 мм
CYTHS124 3,1 ~ 4,0 2% 2 т 1000 ~ 1500/1800 ~ 3000 -55C ~ + 125C 12 В СОТ-143 / 2,9x1,5x1,1 мм
.

Бесконтактные переключатели на эффекте Холла, датчики приближения на эффекте Холла, бесконтактный переключатель на эффекте Холла


Переключатели / датчики / элементы Холла
Датчики тока и напряжения Холла
Датчики / переключатели лопатки Холла / зубчатого колеса
Другие датчики / измерительные инструменты

Информация для заказов на поставку:
Бесконтактные переключатели / датчики на эффекте Холла
Бесконтактный переключатель на эффекте Холла - это бесконтактный электронный переключатель, который состоит из постоянного магнит или ферромагнитная деталь в качестве промежуточного звена триггера и ИС датчика Холла.ИС датчика Холла обнаруживает изменение магнитного поля, когда постоянный магнит приближается к нему и генерирует электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и выпрямляется для управления выходным сигналом переключателя.

По сравнению с магнитоэлектрическими, оптоэлектронными и емкостными датчиками приближения, датчиками Холла имеют преимущества хорошей формы выходной волны, высокой стабильности, низких затрат, невосприимчивости к маслу, грязи и вибрации, и широкая рабочая температура и т. д.Они очень подходят для интеграции в компьютерные системы и различные виды оборудование промышленного управления и оптимальные переключатели для управления положением, измерения скорости, подсчета, определение направления и автоматическая защита и т. д.

Температура окружающей среды: -25C / -40C ~ + 125C Влажность окружающей среды: 35% ~ 95%
Макс. ток питания: 25 мА Обратное напряжение питания: -35V
Диапазон частот: 0 ~ 50 кГц Повторяемость положения: 0.02 мм
Индикация перегрузки по току: Красный светодиод Обнаруживаемый объект: Магнит, S-полюс
Макс. выходной ток: 20 мА - 200 мА Источник питания: 5 - 30 В
Макс. расстояние срабатывания: 8 мм Макс. падение напряжения: 0,4 В - 1,0 В
Напряжение изоляции: 1500 В переменного тока, 50/60 Гц, 1 мин. Материал корпуса: Латунь, хромированная
Полярность / Защита от перенапряжения: Есть Защита от короткого замыкания на выходе: Да
Примеры бесконтактных переключателей Холла
Тип корпуса Каталожный номер Тип выхода Блок питания Выходной ток Размеры Длина кабеля
CYKN8-02CL0 OC, NPN, открытый, одиночный +4.5 В ~ + 24 В постоянного тока 20 мА M8 x 20 мм 0,65 м
CYKP8-02CL0 OC, PNP, открытый, одиночный + 4,5 В ~ + 24 В постоянного тока 20 мА M8 x 15-20 мм 0,65 м
CYKN8-20DL2 OC, NPN, открытый, одиночный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0.5 м, макс. 2 м
CYBN8-20DL2 OC, NPN, закрытый, одинарный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0,5 м, макс. 2 м
CYKP8-20DL2 OC, PNP, открытый, одиночный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0,5 м, макс. 2 м
CYBP8-20DL2 OC, PNP, закрытый, одинарный + 8 В ~ + 30 В постоянного тока 200 мА M12 x 40 мм 0.5 м, макс. 2 м
.Датчик Холла

- Повторная публикация в Википедии // WIKI 2

Приборы для измерения напряженности магнитного поля с помощью эффекта Холла

Колесо с двумя магнитами, проходящими мимо датчика Холла

Магнитный поршень (1) в этом пневматическом цилиндре будет вызывать срабатывание датчиков Холла (2 и 3), установленных на его внешней стенке, когда он полностью втянут или выдвинут.

Вентилятор двигателя с датчиком Холла

Обычно используемое обозначение цепи

A Датчик Холла (или просто Датчик Холла ) - это устройство для измерения величины магнитного поля.Его выходное напряжение прямо пропорционально напряженности магнитного поля через него.

Датчики на эффекте Холла используются для определения приближения, позиционирования, определения скорости и измерения тока. [1]

Часто датчик Холла комбинируется с обнаружением порогового значения, поэтому он действует как переключатель. Обычно они используются в промышленных приложениях, таких как пневматический цилиндр на фото, они также используются в потребительском оборудовании; например, некоторые компьютерные принтеры используют их для определения отсутствия бумаги и открытия крышек.Их также можно использовать в компьютерных клавиатурах - приложении, которое требует сверхвысокой надежности. Еще одно применение датчика Холла - создание педальных плат для органа MIDI, где движение «клавиши» на педальной плате преобразуется датчиками Холла как включение / выключение.

Датчики Холла обычно используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для определения угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, тахометров и антиблокировочных тормозных систем. Они используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита.На изображенном колесе с двумя одинаково расположенными магнитами напряжение датчика достигает пика дважды за каждый оборот. Такое расположение обычно используется для регулирования скорости дисководов.

Энциклопедия YouTube

  • 1/5

    Просмотры:

    1 125 963

    191675

    95 996

    3974

    5 042

  • Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла

  • Основы датчиков Холла

  • Учебное пособие по датчику эффекта Холла

    с Arduino

  • Мехатроника | Часть 4 | Датчик эффекта Холла | Принцип работы | Практические вопросы

Содержание

Зонд Холла

датчик Холла содержит индий-соединение полупроводникового кристалла, такие как индий антимонида, установленный на алюминиевой опорной плите и инкапсулируются в головке зонда.Плоскость кристалла перпендикулярна ручке зонда. Соединительные провода от кристалла выводятся через ручку к монтажной коробке.

Когда зонд Холла удерживается так, чтобы силовые линии магнитного поля проходили под прямым углом через сенсор зонда, измеритель выдает показание значения плотности магнитного потока (B). Через кристалл пропускается ток, который, будучи помещенным в магнитное поле, имеет напряжение «эффекта Холла». Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле.Естественный дрейф электронов носителей заряда заставляет магнитное поле применять силу Лоренца (сила, действующая на заряженную частицу в электромагнитном поле) к этим носителям заряда, что приводит к разделению зарядов с накоплением положительных или отрицательных зарядов на внизу или вверху тарелки. Размер кристалла составляет 5 квадратных миллиметров. Рукоятка зонда, изготовленная из цветного металла, не оказывает мешающего воздействия на поле.

Датчик Холла следует калибровать по известному значению напряженности магнитного поля.В случае соленоида зонд Холла расположен в центре.

Принцип работы

В датчике на эффекте Холла к тонкой металлической полоске [ сомнительно - обсудить ] протекает ток. В присутствии магнитного поля электроны в металлической полосе отклоняются к одному краю, создавая градиент напряжения на короткой стороне полосы (перпендикулярно току питания). Датчики на эффекте Холла имеют преимущество перед индуктивными датчиками в том, что в то время как индуктивные датчики реагируют на изменение магнитного поля, которое наводит ток в катушке с проводом и создает напряжение на его выходе, датчики на эффекте Холла могут обнаруживать статические (неизменяющиеся) магнитные поля.

В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение. Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Когда пучок заряженных частиц проходит через магнитное поле, на частицы действуют силы, и пучок отклоняется от прямого пути. Поток электронов через проводник образует пучок носителей заряда.Когда проводник помещается в магнитное поле, перпендикулярное направлению электронов, они отклоняются от прямого пути. Как следствие, одна плоскость проводника заряжается отрицательно, а противоположная сторона - положительно. Напряжение между этими плоскостями называется напряжением Холла. [2]

Когда сила электрического поля, действующая на заряженные частицы, уравновешивает силу, создаваемую магнитным полем, разделение зарядов прекращается. Если ток не меняется, то напряжение Холла является мерой плотности магнитного потока.В основном существует два типа датчиков Холла: линейные, что означает, что выходное напряжение линейно зависит от плотности магнитного потока; и порог, что означает резкое уменьшение выходного напряжения при некоторой плотности магнитного потока. Этот эксперимент [ какой? ] продемонстрировал, что в проводнике могут двигаться только отрицательные заряды. До этого считалось, что в проводнике с током движутся положительные заряды. Этот эксперимент известен как эксперимент Холла.

Материалы

Ключевым фактором, определяющим чувствительность датчиков Холла, является высокая подвижность электронов. Поэтому для датчиков Холла особенно подходят следующие материалы:

Обработка сигналов и интерфейс

Датчики на эффекте Холла - это линейные преобразователи. В результате для таких датчиков требуется линейная схема для обработки выходного сигнала датчика. Такая линейная схема:

  • обеспечивает постоянный ток управления датчиками,
  • усиливает выходной сигнал.

В некоторых случаях линейная схема может нейтрализовать напряжение смещения датчиков Холла. Более того, модуляция переменного тока управляющего тока также может уменьшить влияние этого напряжения смещения.

Датчики на эффекте Холла с линейными преобразователями обычно интегрируются с цифровой электроникой. [4] Это дает возможность расширенной коррекции характеристик датчика (например, поправки на температурный коэффициент) и цифрового взаимодействия с микропроцессорными системами. В некоторых решениях датчиков Холла на интегральных схемах используется DSP, который обеспечивает больший выбор методов обработки. [1] : 167

Интерфейсы датчиков Холла могут включать в себя диагностику входа, защиту от сбоев в переходных условиях и обнаружение короткого замыкания / обрыва. Он также может обеспечивать и контролировать ток самого датчика Холла. Для реализации этих функций доступны прецизионные ИС.

Преимущества

Датчик Холла может работать как электронный переключатель.

  • Такой выключатель стоит дешевле механического выключателя и намного надежнее.
  • Может работать на более высоких частотах, чем механический переключатель.
  • Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
  • На него не влияют загрязнения окружающей среды, так как датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.

В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:

  • может измерять широкий диапазон магнитных полей,
  • может измерять как знак, так и амплитуду,
  • может быть плоским.

Недостатки

Датчики

на эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления. Кроме того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.

Приложения

Определение положения

Обнаружение присутствия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения).Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточных двигателях постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны используют датчики Холла, чтобы определить, закрыта ли откидная крышка. [5] См. Аксессуары для Galaxy S4.

Трансформаторы постоянного тока

Датчики на эффекте Холла

могут применяться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазор в магнитопроводе вокруг токопровода. [6] В результате можно измерить магнитный поток постоянного тока и вычислить постоянный ток в проводнике.

Автомобильный указатель уровня топлива

Датчик Холла используется в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Основной принцип действия такого индикатора - определение положения плавающего элемента. [7] Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.

  • В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта.Токоведущий провод закреплен на верхней части бака, совмещаясь с магнитом. Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к увеличению напряжения Холла. Когда уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также уменьшается. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
  • В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля.Измеренная сила поля напрямую зависит от угла рычага и, следовательно, от уровня в топливном баке.

Переключатель клавиатуры

Переключатели на эффекте Холла для компьютерных клавиатур были разработаны в конце 1960-х Эвереттом А. Вортманном и Джозефом Т. Мопином в компании Honeywell. [8] Из-за высокой стоимости производства эти клавиатуры часто использовались для высоконадежных приложений, таких как аэрокосмическая и военная промышленность. Поскольку затраты на массовое производство снизились, стало доступно все большее количество потребительских моделей.В механических клавиатурах от Acepad Technology [9] используются переключатели на эффекте Холла; Input Club Keystone [10] и Wooting Lekker Switch [11] в процессе.

Электрическая беговая дорожка

В электрических беговых дорожках датчики Холла могут использоваться в качестве датчиков скорости и в шнурке аварийного останова. Натяжной шнур прикреплен к магниту с одной стороны и к поясу пользователя с другой стороны. Цепь остается замкнутой через этот магнит. Если пользователь падает, магнит отрывается от контакта, и происходит прерывание подачи питания, что инициирует аварийный останов. "Выключатель Леккера Вутинга". Wooting.io . Проверено 20 августа 2020.

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Эта страница последний раз была отредактирована 20 декабря 2020 в 03:01 .

Смотрите также