Датчик холла виды: Датчики Холла и как в них не запутаться

Датчики Холла и как в них не запутаться

Думаю, многие слышали про датчик на основе эффекта Холла. Это такая волшебная деталька (чаще в корпусе TO-92), которая чует магнитные поля. Однако эти датчики бывают разных типов, и не все типы одинаково полезны (сюрприз, все типы полезны по-разному). Так что приглашаю познакомиться с ними поближе.

Для справки пара слов о принципе работы. Если взять проводник с током и поместить его в магнитное поле, то траектория носителей заряда начинает загибаться под действием силы Лоренца. В итоге с разных боков проводника возникает разность потенциалов, в чем и есть суть эффекта Холла. По этой разности потенциалов можно судить, сколь сильно магнитное поле.

Но хватит энциклопедировать, перейдем ближе к делу. По большому счету датчики Холла можно поделить на две категории:

  • Цифровые (обычно с открытым коллектором) — выход может быть в одном из двух состояний в зависимости о того, как магнитный поток отличается от порога срабатывания.
  • Аналоговые (линейные) — выход, как можно догадаться, аналоговый и пропорциональный магнитному потоку.

Аналоговые датчики Холла сделали возможным измерение постоянного тока без шунта, при помощи клещей. Кроме того, их можно приспособить под измерение расстояния или угла поворота, что может пригодиться при измерениии уровня жидкости. На тему угла поворота TI сделала очень наглядный аппноут SLYA034A.

Но обычно все же приходится сталкиваться с цифровыми датчиками. Они используются, когда достаточно знать о наличии или отсутствии магнитной метки в определенном месте. Если поместить такую метку на вращающийся предмет, то можно соорудить тахометр, или синхронизировать с оборотами определенные действия. Поэтому такой датчик можно встретить системе зажигания практически любого автомобиля с ДВС, а так же в POV-дисплеях и прочих 3D-глобусах.

Цифровые датчики Холла имеют два важных параметра — BOP (operating point) и BRP

 (release point). По-русски можно понять примерно как «индукция срабатывания» и «индукция выключения». Разница между ними — гистерезис датчика.

По значениям этих двух параметров цифровые датчики Холла принято делить на 4 вида:

  • Униполярные — срабатывают в присутсвии магнитного поля определенного знака (один полюс магнита). Выключаются в отсутствии поля. Ожидаем увидеть BOP и BRP одного знака.
  • Биполярные — срабатывают от одного полюса магнита, выключаются от другого. При отсутствии поля залипают в гистерезисе и сохраняют предыдущее состояние. Ожидаем BOP и BRP с разными знаками.
  • Омниполярные (всеполярные) — срабатывают от любого полюса магнита. Выключаются в отсутсвии поля.
  • Latching — по сути биполярные датчики, которые выделяют в отдельную категорию. Отличаются вроде бы тем, что у них шире гистерезис и точки BOP
    и BRP расположены строго симметрично относительно нуля.

Поскольку статья с картинками всегда понятнее, чем статья без картинок, я сделал несколько наглядных анимаций: униполярные, биполярные, омниполярные. Правда, на случай мобильного или корпоративного инета с трафиком встроил только одну, другие две могут быть достигнуты по ссылкам.

Какой датчик выбирать из этого зоопарка — зависит от задачи. В случаях, где нужно просто отслеживать наличие метки, как в детекторе приближения или тахометре, подойдут униполярные или омниполярные датчики. Причем омниполярные могут быть предпочтительнее, если есть риск установить магнит не той стороной и тем самым «ослепить» устройство. Биполярные датчики напрашиваются в бесколлекторные двигатели (BLCD), поскольку ротор в них имеет кучу чередующихся полюсов, но униполярные тоже подойдут. В отличие от омниполярных, у которых от такого ротора попа слипнется выход практически всегда будет в одном состоянии.

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.

Интересно, что датчик Холла есть во многих современных смартфонах (пусть и упрощенный его вариант). Он может определять наличие магнитного поля и работает вместе с магнитным сенсором, который отвечает за работу компаса. Также датчик Холла используется в телефонах, для которых которых доступны специальные чехлы с магнитной защелкой — Smart Case. Сенсор определяет, открыта или закрыта крышка чехла, и автоматически включает/отключает дисплей. Чтобы узнать, какие датчики есть в смартфоне, используйте эту инструкцию.

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.

Кстати, читайте про биполярный транзистор.

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.

Приобрести датчик эффектов Холла тут.

устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

Датчик Холла — прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Его работа основана на эффекте Холла, который представляет собой явление возникновения разности потенциалов в магнитном поле при помещении в него проводника с постоянным током. Это устройство нашло широкое применение в различных приборах и механизмах.

История создания прибора

В конце XIX века американский ученый из Балтимора Эдвин Герберт Холл поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и подключил к ней электрический ток. Такое действие привело к появлению напряжения на широких сторонах пластины.

Это явление получило название эффекта Холла и привлекло внимание общественности. Спустя 75 лет, когда промышленность начала выпускать полупроводниковые пленки, это открытие нашло широкое применение в области техники. Сегодня датчики используются:

  1. В электронном зажигании на автомобилях.
  2. В двигателях компьютерного дисковода и вентилятора.
  3. Как основа электронного компаса в смартфонах.
  4. В бесконтактных электрических приборах для измерения силы тока и напряжения.
  5. В некоторых моделях ионных реактивных двигателей.

Первые разновидности датчиков стали выпускаться в середине XX века. В 1965 году американские специалисты создали твердотельный прибор, который значительно улучшил работу оборудования. Датчики считаются практически вечными, так как не имеют взаимодействующих и трущихся элементов.

Конструктивные особенности

Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм. Датчик имеет три клеммы:

  • питающая с входным напряжением 6В;
  • нулевой контакт;
  • выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.

Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.

Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.

Принцип действия

Принцип работы датчика Холла основан на гальваномагнитном явлении, которое показывает результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником. Полупроводник подключен к электрической цепи, которая меняет его свойства.

Как только появляется поперечное напряжение, то сразу возникает эффект Холла. В этот момент заряд направлен перпендикулярно вектору поля. Такое явление объясняется воздействием на электроны или дырки силы Лоренца, которая и приводит к их отклонению.

Под воздействием этой силы частицы в полупроводнике двигаются в разные стороны, в соответствии со своим знаком. На одной стороне пластины собираются электроны (отрицательный заряд), а на другой частицы с положительным знаком.

По мере накопления зарядов между ними возникает электрический поток, который препятствует их перемещению под воздействием силы Лоренца. При достижении равенства этой силы и магнитного поля полупроводник вступает в фазу равновесия. Именно так и работает датчик Холла.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля. Существуют датчики двух видов:

  • цифровые;
  • аналоговые.

Цифровые приборы бывают биполярными и униполярными. Биполярные элементы работают в зависимости от полярности магнитного поля, то есть одна включает датчик, а вторая отключает.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

Использование сенсоров в смартфонах

Благодаря небольшим размерам датчики Холла нашли широкое применение в современных электронных гаджетах. В смартфонах они помогают возвращать экран в исходное положение, обеспечивают быстрый запуск GPS поиска, увеличивают срок службы аккумуляторной батареи и так далее.

Способность реагировать на магнитное поле используется в раскладывающихся телефонах и ноутбуках. Благодаря наличию датчика, происходит включение устройств при открытии и отключение при закрытии экрана. В смартфонах такую же функцию выполняет датчик, который взаимодействует с магнитом, встроенным в чехол книжку. Когда чехол открывается, то воздействие поля ослабевает и сенсор включает подсветку экрана. Преобразователь Холла в гаджетах выполняет следующие полезные функции:

  • обеспечивает ориентирование по отношению к горизонту земли;
  • работает в качестве компаса мобильного устройства;
  • совершает ориентирование экрана.

Немаловажное значение датчик имеет в устройстве видеокамеры. Вкупе со специальной микросхемой он позволяет корректировать качество изображения. Особенно это проявляется при съемках в вечернее время.

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.

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.

Датчик Холла, виды, устройство и принцип работы.

Датчик Холла — это датчик магнитного поля, на двигателе он фиксирует магнитные импульсы от сопряженного с ним устройства (трамблёр, распредвал) и на основе его показаний распределяется искра по цилиндрам.

Современный автомобиль может похвастаться наличием нескольких десятков датчиков. Есть датчики, контролирующие количество топлива, есть датчики, проверяющие давление в двигателе, но самым незаменимым является датчик Холла.

Впервые он был применен при строительстве автомобилей еще более 70 лет назад, и с тех пор достойной альтернативы ему не нашлось. Он продолжает использоваться, и каждый из автомобилистов наслышан о его существовании.

Что представляет собой датчик Холла и для чего он нужен в автомобиле.

Данный датчик единственный в автомобиле, который имеет собственное имя. Он назван в честь известного американского физика Эдвина Холла, который открыл особенности поведения полупроводника в магнитном поле. В техническом плане датчик Холла представляет собой простейшее магнитоэлектрическое устройство. Фактически это датчик, который фиксирует наличие магнитного поля. Принцип его действия достаточно прост, и в нем вполне можно разобраться.

Конструктивно, работает это следующим образом. Плоский проводник под напряжением помещается в магнитное поле. Под действием магнитного поля, ток смещается в одному краю проводника, таким образом возникает разница потенциалов.

В автомобиле, датчик Холла работает как обычный ключ (размыкатель и замыкатель). Магнит вращается в трамблере машины, и влияет на датчик, закрепленный стационарно. Когда датчик «чувствует» магнитное поле трамблера, он подает импульс, который вызывает искру зажигания.

Собственно, данный датчик – один из основных элементов системы зажигания автомобили. Он присутствует в любой машине вне зависимости от ее стоимости. Кроме того, он может быть использован в цифровых спидометрах и тахометрах, проверять скорость вращения передаточных колес и контролировать работу антиблокировочной системы автомобиля.

Также стоит отметить тот факт, что датчик Холла очень надежен. Сам по себе он может работать долгие годы, и чаще всего, поломка происходит из-за физического воздействия или чрезмерного загрязнения датчика. Достаточно часто, датчик Холла специально устанавливают таким образом, чтобы его можно было быстро снять и заметить. Исключение составляют лишь устройства, которые контролируют работу сложных систем автомобиля.

Виды современных датчиков Холла.

Техническая революция коснулась даже консервативного датчика Холла. Благодаря применению современных полупроводниковых материалов, устройство стало намного меньше, компактнее и надежней. В настоящее время различают аналоговые и цифровые датчики Холла.

  • Аналоговый датчик. Данное устройство с полным правом можно считать классическим, так как именно оно появилось первым. Принцип работы устройства следующий – индукция магнитного поля преобразуется в напряжение в зависимости от силы поля. Чем сильнее магнитное поле – тем больше будет напряжение. Кроме того, имеет значение расстояние, на котором находится магнит, излучающей поле. В настоящее время подобные датчики практически не используются в автомобилях, так как имеют значительные размеры и устаревшую конструкцию.
  • Цифровые датчики. Работает лишь в двух положениях (магнитное поле зафиксировано и не зафиксировано). Индукция достигается лишь в том случае, если магнитное поле превысило определённое значение. Если индукция слишком слабая, то датчик попросту не сработает. Самый распространённый тип датчика, повсеместно используется в автомобильной промышленности. В свою очередь, цифровые датчики подразделяются на униполярные и биполярные. Униполярные датчики срабатывают при нарастании магнитного поля, и выключаются, когда сила магнитного поля ослабевает. В свою очередь, биполярные датчики реагируют не на силу магнитной индукции, а на полярность. Говоря проще одна полярность включает датчик, а другая выключает его. Также, стоит отметить тот факт, что цифровой датчик Холла имеет сложную конструкцию. Используется полупроводниковый монолитный кристалл, который в случае повреждения не подлежит ремонту

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Существует несколько способов проверки данного датчика. Каждый из них может быть использован в тех или иных обстоятельствах, и имеет право на существование.

  • Проверка с помощью тестера. Необходимо взять любой цифровой тестер, установить его в режим вольтметра, и померять напряжение на датчике Холла. Правильно работающий датчик будет показывать напряжение от 0,2 и до 3 Вольт. Если напряжение отсутствует вовсе или выше трех Вольт, то датчик вышел из строя и нуждается в срочной замене.
  • Проверка с помощью аналогично работающего устройства. Вместо датчика Холла, работоспособность которого необходимо проверить, можно подключить аналогично работающее устройство. Создать устройство, использующее в работе эффект Холла не сложно. Необходим небольшой кусок провода и колодка с распределителем. Естественно, автомобиль не может использовать такую конструкцию в течение долгого времени, но для однократной проверки этого более чем достаточно. Такая несложная проверка покажет, кроется проблема в датчике, или дело совсем не в нем.
  • Проверка с помощью нового датчика Холла. Можно установить изначально исправный датчик Холла, и таким образом решить проблему с диагностикой неисправности.

Это достаточно затратный вид ремонта, но в случае если неисправность крылась именно в датчике, это сразу решит проблему с установкой и заменой.

Датчик Холла — принцип работы


В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

  1. Датчик Холла, что это такое
  2. Применение датчика в автомобиле
  3. Преимущества автомобильного датчика Холла
  4. Зажигание с датчиком Холла
  5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:


Датчики Холла

| Типы

Содержание

Содержание:
    • Введение
    • Магнитные датчики
    • Датчики эффекта Холла
    • Что такое Hall напряжение (V H )?
    • Холл Коэффициент зала (R H )
    • Строительство датчиков эффекта Холла
    • символ датчика эффекта зала
    • Принцип работы Холла Датчики
    • Hall Experient
    • Аналоговый и цифровой датчик Холла
    • Тип датчика Холла
    • Применение датчиков Холла

    Что такое магнитный датчик?

    Магнитные датчики

    Магнитные датчики — это устройства, способные обнаруживать и анализировать магнитные поля, создаваемые магнитом или током.Их можно использовать для различных приложений, таких как определение изменения положения и угла магнитного поля, определение изменения силы или направления приложенного магнитного поля и т. д.

    Существуют различные типы магнитных датчиков, таких как датчик Холла (переключатели Холла, линейные датчики Холла и т. д.), используемые для обнаружения изменения напряженности магнитного поля, магниторезистивный датчик, используемый для обнаружения изменения направления магнитного поля, используемые датчики угла для обнаружения изменения угла магнитного поля, 3D-датчики Холла, а также магнитные датчики скорости.Датчики на эффекте Холла используются в широком спектре приложений, таких как датчик приближения, измерение положения и скорости и т. д. Они даже используются в компьютерных принтерах, пневматических цилиндрах, компьютерных клавиатурах и т. д.

    Магнитные датчики обычно представляют собой полупроводниковые устройства, которые сегодня пользуются большим спросом из-за высокой точности, бесконтактной работы, сравнительно низких затрат на техническое обслуживание, компактного дизайна и т. д. Сегодня доступны магнитные датчики без сердечника, предназначенные для различных промышленных применений, например, герметичные устройства на эффекте Холла. являются водонепроницаемыми и изготовлены таким образом, чтобы выдерживать любую вибрацию.

    Магнитные датчики широко используются в автомобильных системах, особенно для анализа положения автомобильных сидений, ремней безопасности и управления системой подушек безопасности, а также для определения скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS).

    Датчики Холла

    Датчики Холла представляют собой магнитные датчики, выходной сигнал которых зависит от магнитного поля или плотности магнитного потока вокруг магнитного датчика.

    • Слово «Холл» произошло от доктора Эдвина Холла, который впервые открыл эффект Холла.
    • Если есть внешнее магнитное поле, вертикальное к объекту, через который проходит ток, электродвижущая сила будет генерироваться в направлении, перпендикулярном магнитному полю и току.
    Датчик Холла Устройство 1880

    Что такое напряжение Холла (В H )?

    Если к магнитному датчику приложено внешнее магнитное поле, он активируется. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально силе проходящего магнитного поля.После превышения внешним полем определенного порога плотности магнитного потока генерируется выходное напряжение, которое обычно называют напряжением Холла (V H ) .

    Коэффициент Холла (R H )

    Величина разности потенциалов на единицу толщины металлической полосы при эффекте Холла, распределенная произведением напряженности магнитного поля и плотности продольного тока.

    Единицы коэффициента Холла R H обычно передаются как м 3 /C или Ом·см/G .

    Конструкция датчиков Холла:

    Конструкция датчика Холла

    Датчики Холла обычно состоят из прямоугольного куска полупроводника, такого как индий антимонит (Gasarsen) (InSb) или датчик Холла, установленный на алюминиевой пластине и полностью закрытый внутри головки датчика. Ручка зонда из немагнитного материала соединена с головкой зонда так, что плоскость прямоугольной пластины полупроводника перпендикулярна рукоятке зонда.

    При срабатывании устройства через полупроводник протекает непрерывный ток. Если линии внешнего магнитного поля расположены под прямым углом к ​​головке зонда, так что линии поля проходят под прямым углом через датчик зонда, возникает напряжение, известное как напряжение «эффекта Холла», и устройство обеспечивает показание. плотности магнитного потока (В) внешнего поля.

    Символ датчика Холла:

    Что такое датчик Холла?

    Принцип работы датчиков Холла
    • Датчик Холла в основном работает за счет действия силы Лоренца (это сила, испытываемая заряженной частицей из-за электрического поля или магнитного поля, т.е. просто электромагнитное поле).
    • При наличии существующего внешнего магнитного поля достаточной величины электроны в пластине полупроводника отклоняются к одному краю пластины, т.е. дырки и электроны смещаются в любую сторону пластины за счет силы Лоренца воздействуя на них.
    • Для этого одна сторона полупроводника заряжена отрицательно, а противоположная сторона оказывается заряженной положительно. Это создает градиент напряжения на двух противоположных сторонах прямоугольной пластины из-за накопления противоположных зарядов на этих двух сторонах.Это напряжение известно как напряжение Холла (V H ), а эффект генерации этого измеримого напряжения Холла с использованием внешнего магнитного поля известен как эффект Холла.
    • Для создания разности потенциалов, при которой создается измеримое напряжение, линии внешнего магнитного поля должны располагаться под прямым углом к ​​плоскости, в которой ток протекает через пластину. Кроме того, для работы датчиков Холла необходимо обеспечить правильную полярность.
    Преобразователь на эффекте Холла Рабочий
    • Когда электроны и дырки смещаются друг от друга, возникает градиент потенциала, и расстояние увеличивается до тех пор, пока сила электрического поля не уравновесит силу, создаваемую магнитным полем.Когда обе силы уравновешивают друг друга, ток не меняется, и было рассчитано напряжение Холла, обнаруженное в этой точке и исходя из этой плотности магнитного потока (B).
    • Если выходное напряжение линейно зависит от плотности магнитного потока, то это называется датчиками с линейным эффектом Холла, а если наблюдается резкое снижение выходного напряжения при различной плотности магнитного потока, то это называется пороговым эффектом Холла датчик.
    • Мы слышали об индуктивных датчиках, которые реагируют на изменение магнитного поля, поскольку оно индуцирует ток в катушке провода и, следовательно, генерирует напряжение на его выходе.Поэтому индуктивные датчики могут обнаруживать только статические (неизменяющиеся) магнитные поля, тогда как датчики на эффекте Холла могут обнаруживать как изменяющиеся, так и неизменяющиеся магнитные поля.
    • Датчик Холла может предоставить информацию о типе магнитного полюса, используемого для генерации напряжения, а также о величине плотности внешнего магнитного потока (B). Используя группу датчиков, мы можем найти относительное положение используемого внешнего магнита.
    • Выходное напряжение датчика Холла, как правило, имеет довольно небольшую величину, порядка нескольких микровольт, даже когда на датчик воздействует сильное внешнее магнитное поле.Следовательно, большинство коммерчески доступных датчиков Холла имеют встроенный усилитель постоянного тока и регуляторы напряжения для повышения чувствительности датчика и величины выходного напряжения.

    Эксперимент на эффекте Холла

    Аналоговый и цифровой датчик Холла

    Выход датчика Холла может быть линейным (аналоговым) или цифровым. Выход линейного датчика Холла прямо пропорционален внешнему магнитному полю, т.е.е. плотности магнитного потока, проходящего через датчик, а выход снимается с выхода дифференциального ОУ. Линейные (аналоговые) датчики на эффекте Холла имеют постоянное выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от изменения силы внешнего магнитного поля.

    Формула эффектов Hall Effects Датчик:

    Вывод датчика эффекта линейного зала может быть выражена как:

    , где V H — это зал напряжения

  • R H  – коэффициент эффекта Холла
  • I – ток, протекающий через датчик (полупроводниковую пластину)
  • t – толщина датчика
  • 10 B – внешняя магнитная плотность

В случае датчика Холла выход цифрового датчика берется с выхода ОУ, который, в свою очередь, связан с триггером Шмитта со встроенным гистерезисом, уменьшающим колебания выходного напряжения.В этом случае, только когда напряженность внешнего поля выше определенного значения в устройстве, устройство переключается в состояние ВКЛ из состояния ВЫКЛ.

Тип датчиков Холла:

В зависимости от типа внешнего магнитного полюса, необходимого для их работы, датчики Холла бывают двух типов.

  1. Биполярный
  2. Однополярный

Двумя наиболее распространенными конфигурациями датчиков Холла с использованием одного магнита являются лобовое обнаружение и боковое обнаружение.При боковом обнаружении необходимо перемещать магнит в боковом направлении перед лицевой стороной элемента на эффекте Холла. При лобовом обнаружении магнит движется к элементу холла и от него перпендикулярно плоскости элемента.

Применение датчиков Холла:
  • Датчик положения: при работе в режиме включения/выключения, т. е. при наличии цифрового выхода, обнаружение наличия магнитных материалов является одним из важных промышленных применений датчиков Холла. .
  • Трансформаторы постоянного тока: Датчик Холла используется для измерения магнитного потока постоянного тока, в результате чего можно рассчитать постоянный ток.
  • Переключатель клавиатуры: для некоторых компьютерных клавиатур используются переключатели на эффекте Холла. Но из-за сравнительно высокой стоимости он ограничен аэрокосмической и военной сферой из-за их высокой надежности.
  • Индикатор уровня топлива: Датчик Холла определяет положение плавающего элемента с помощью определения положения и используется в качестве автомобильного индикатора уровня топлива.
  • Электрическая беговая дорожка: датчики Холла используются здесь для датчиков скорости, а также для аварийной остановки при случайном падении. Пояс пользователя на беговой дорожке прикреплен к шнуру, который, в свою очередь, прикреплен к магниту. Если пользователь случайно упадет, магнит отсоединится, и произойдет перебой в подаче питания, который остановит машину.

Для получения дополнительной статьи, связанной с электроникой, нажмите здесь

Об Амрите Шоу

Свяжитесь с нашим бывшим автором: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

Датчики Холла — работа, типы, области применения, преимущества и недостатки

Датчики Холла широко используются в различных областях. В этом посте мы обсудим, как они работают, их типы, области применения, преимущества и недостатки.

Введение в датчик Холла

Магнитные датчики представляют собой полупроводниковые устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к ним магнитному полю. Затем эти электрические сигналы обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого результата.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий диапазон магнитных полей. Одним из таких магнитных датчиков является датчик Холла, выходной сигнал которого (напряжение) является функцией плотности магнитного поля.

Для активации этих датчиков Холла используется внешнее магнитное поле. Когда плотность магнитного потока в непосредственной близости от датчика превышает определенный порог, это обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, также известное как напряжение Холла.

Рис. 1 – Датчики Холла

Эти датчики Холла пользуются большим спросом и имеют очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. д.

Работа Принцип работы датчика Холла

Датчик Холла основан на принципе эффекта Холла. Этот принцип гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может быть измерено под прямым углом к ​​пути тока.

Рис. 2 – Принцип эффекта Холла – ток, протекающий через пластину

Как работает датчик Холла

Работа датчика Холла описана ниже: Сенсор, электроны движутся через него по прямой линии.

  • Когда на датчик воздействует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда по криволинейной траектории.
  • Из-за этого электроны с отрицательным зарядом будут отклоняться к одной стороне сенсора, а отверстия с положительным зарядом — к другой.
  • Рис. 3 – Принцип эффекта Холла – отклонение электронов и дырок стороны пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально силе электрического тока и напряженности магнитного поля.

    Типы датчиков Холла

    Датчики Холла можно классифицировать по двум типам:

    • На основе выходных данных
    • На основе операций

    На основе выходных данных

    9 На основе выходного сигнала датчики Холла можно разделить на два типа: –

    • Датчики Холла с аналоговым выходом
    • Датчики Холла с цифровым выходом
    Датчики Холла с аналоговым выходом

    Рис.4 – Схема датчика Холла с аналоговым выходом

    Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выходной сигнал датчика такого типа имеет аналоговую природу и пропорционален напряженности магнитного поля и выходному сигналу элемента Холла.

    Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству их целесообразно использовать в качестве датчиков приближения.

    Рис.5 – Выход датчика Холла с аналоговым выходом

    Датчики Холла с цифровым выходом

    Датчики Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта», добавленный по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.

    Рис. 6 – Схема датчика Холла с цифровым выходом

    «Триггер Шмитта» вызывает эффект гистерезиса, поэтому достигаются два различных пороговых уровня.Соответственно, на выходе всей схемы будет либо Low, либо High.

    Переключатель на эффекте Холла является одним из таких датчиков. Эти цифровые выходные датчики широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах. Рис. 7. Выходной сигнал датчика Холла с цифровым выходом Датчик эффекта

  • Униполярный датчик Холла
  • Биполярный датчик Холла

    Как следует из названия, для работы этих датчиков требуются как положительные, так и отрицательные магнитные поля.Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отключения датчика.

    Рис. 8 – Биполярный датчик Холла

    Униполярный датчик Холла

    Как следует из названия, этим датчикам требуется только положительное магнитное поле южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отключить датчик.

    Рис. 9 – Униполярный датчик Холла

    Применение датчика Холла

    Применение датчиков Холла для простоты понимания разделено на две категории.

    • Применение аналоговых датчиков Холла
    • Применение цифровых датчиков Холла

    Применение аналоговых датчиков Холла

    Аналоговые датчики Холла используются для:

    • Измерения постоянного тока в токовых клещах (также известных как клещи) Тестеры).
    • Определение скорости вращения колеса для антиблокировочной системы тормозов (ABS).
    • Устройства управления двигателем для защиты и индикации.
    • Определение наличия питания.
    • Датчик движения.
    • Определение скорости потока.
    • Измерение давления мембраны в манометре мембраны.
    • Обнаружение вибрации.
    • Обнаружение черных металлов в детекторах черных металлов.
    • Регулировка напряжения.

    Применение цифровых датчиков Холла

    Цифровые датчики Холла используются для:

    • Определение углового положения коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
    • Определение положения автомобильных сидений и ремней безопасности для управления подушками безопасности.
    • Беспроводная связь.
    • Измерение давления.
    • Ощущение близости.
    • Определение скорости потока.
    • Определение положения клапанов.
    • Определение положения объектива.

    Преимущества датчиков Холла

    Датчики Холла обладают следующими преимуществами:

    • Их можно использовать для различных функций датчика, таких как определение положения, определение скорости, а также определение направления движения.
    • Поскольку это полупроводниковые устройства, они абсолютно не изнашиваются из-за отсутствия движущихся частей.
    • Почти не требуют обслуживания.
    • Прочные.
    • Невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

    Недостатки датчиков Холла

    Датчики Холла имеют следующие недостатки: –

    • Они не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственным решением этой проблемы является использование очень сильного магнита, способного генерировать широкое магнитное поле.
    • Точность измеренного значения всегда является проблемой, так как внешние магнитные поля могут повлиять на значения.
    • Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителей заряда и чувствительность датчиков Холла.

    Как датчики Холла могут управлять большими электрическими нагрузками

    Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую управлять большими электрическими нагрузками. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив к выходу NPN-транзистор с открытым коллектором (потребитель тока).

    NPN-транзистор (токовой сток) в насыщенном состоянии функционирует как стоковой переключатель. Он замыкает выходную клемму на землю всякий раз, когда плотность потока превышает предустановленное значение «ON».

    Выходной переключающий транзистор может иметь различные конфигурации: транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот как он обеспечивает выход pull/push, который позволяет потреблять достаточный ток для прямого управления большими нагрузками.

    Читайте также о принципе эффекта Холла: история, объяснение теории, математические выражения и приложения

    Что такое интегральная схема на эффекте Холла?

    1. Что такое эффект Холла IC
    2. Принцип работы ИС на эффекте Холла
    3. Конфигурация интегральной схемы на эффекте Холла
    4. Типы ИС на эффекте Холла
    5. Методы обнаружения эффекта Холла IC
    6. Как выбрать подходящую микросхему на эффекте Холла

    Микросхема на эффекте Холла ABLIC

    Что такое эффект Холла IC

    Элементы Холла

    являются типичным примером различных типов магнитных датчиков, в которых используются полупроводники.Элементы Холла — это датчики, использующие гальваномагнитный эффект, называемый эффектом Холла. От элемента Холла можно получить очень небольшое напряжение, поэтому такие элементы обычно требуют усилителей, таких как операционные усилители. Поскольку ИС на эффекте Холла сочетает в себе элемент Холла и операционный усилитель, количество внешних компонентов может быть уменьшено, а конструкция схемы может быть упрощена.

    Можно различить магнитные полюса с помощью одной интегральной схемы на эффекте Холла. Такие ИС используются для самых разных целей, в том числе общего и автомобильного назначения.Основные цели обнаружения ИС на эффекте Холла включают обнаружение вращения, обнаружение положения, обнаружение открытого/закрытого положения, обнаружение тока, обнаружение направления и многие другие. ИС общего назначения на эффекте Холла используются для широкого спектра продуктов, от крупной бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до мобильных телефонов. ИС автомобильного назначения, естественно, используются для определения того, открыты или закрыты окна и двери, но многие ИС на эффекте Холла также используются для таких целей, как определение высоты транспортного средства, скорости и количества оборотов двигателя.

    Принцип работы ИС на эффекте Холла

    ИС на эффекте Холла содержит элемент Холла. Через этот элемент протекает ток, и, когда магнитное поле (от магнита), перпендикулярное направлению тока, приближается к элементу, на носитель, который ведет ток, действует сила Лоренца. Сила Лоренца приводит к возникновению напряжения (напряжения Холла) в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю (эффект Холла). ИС на эффекте Холла обнаруживает наличие магнитного поля (от магнита), обнаруживая это напряжение.Выходное напряжение увеличивается прямо пропорционально плотности магнитного потока.

    Согласно правилу левой руки Флеминга, направление перпендикулярного напряжения (напряжение Холла) изменяется в зависимости от направления магнитного поля (северный или южный полюс). Следовательно, ИС на эффекте Холла может обнаруживать не только наличие магнитного поля, но и направление поля (северный или южный полюс) на основе направления этого напряжения.

    Рис. 1 Принципы работы элемента Холла Конфигурация интегральной схемы

    на эффекте Холла

    ИС переключателя Холла усиливает напряжение (напряжение Холла), выдаваемое элементом Холла, и выдает сигнал путем обработки сигналов внутри ИС в зависимости от плотности магнитного потока.

    Существует два типа интегральных схем на эффекте Холла. Один из них представляет собой высокоскоростной тип работы для обнаружения вращения двигателей и т. д., а другой тип представляет собой тип с низким потреблением тока для оборудования с батарейным питанием.
    Ниже в таблице 1 и на рисунке 2 показана внутренняя конфигурация микросхемы на эффекте Холла с низким потреблением тока.

    Таблица 1 Конфигурация интегральной схемы на эффекте Холла
    Блок Описание
    Элемент Холла Обнаруживает магнитное поле (от магнита) и выводит напряжение (напряжение Холла).
    Усилитель прерывателя Усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элемента Холла.
    Схема сна/пробуждения Управляет работой и неработанием, осуществляя прерывистое управление.
    Компаратор с гистерезисом
    (схема сравнения)
    Они управляют выходом и выводят сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от плотности магнитного потока.
    Выходной инвертор
    (или транзистор Nch)
    Рис. 2. Блок-схема ИС на эффекте Холла (серия S-5712, выходной продукт CMOS)

    Типы ИС на эффекте Холла

    ИС на эффекте Холла, которые используют различные методы обнаружения, могут быть выбраны в соответствии с назначением.В этой главе описываются репрезентативные типы микросхем Hal.

    Существует два основных типа ИС на эффекте Холла: с линейным выходом (аналоговый выход, цифровой выход), который используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля, и с переключением (цифровой выход). тип), который используется для получения сигнала включения/выключения. ИС на эффекте Холла серий S-5711A и S-5712 представляют собой ИС импульсного типа с гистерезисными характеристиками, к которым добавлены схемы Шмитта.

    Типы ИС на эффекте Холла

    1. Тип линейного выхода:  Используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля
    2. Тип переключения:  Используется для получения сигнала включения/выключения

     

    Методы обнаружения эффекта Холла IC

    ИС на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля, которые имеют либо северный, либо южный полюс. В этом разделе описываются четыре типа обнаружения IC на эффекте Холла: однополярное обнаружение , которое представляет собой обнаружение либо северного, либо южного полюса, всеполярное обнаружение , которое представляет собой обнаружение как северного, так и южного полюсов без дискриминации, биполярное обнаружение. , то есть обнаружение северного и южного полюсов попеременно.Биполярное детектирование используется не только для определения силы магнитного поля, но и для различения северного и южного полюсов, характеристики IC эффекта Холла. Четвертым методом обнаружения является ZCL TM (защелка перехода через ноль) , который представляет собой обнаружение изменения полярности точки (точка пересечения нуля). ZCL TM — это первый в мире метод обнаружения.

    Выберите подходящий метод обнаружения в соответствии с типом приложения, для которого будет использоваться интегральная схема на эффекте Холла.ABLIC массово производит микросхемы на эффекте Холла, в которых используются все четыре вышеуказанных метода обнаружения.

    Обнаружение униполярности

    Для этого метода обнаруживается только один полюс магнитного поля (северный или южный), и операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    Однополярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении южного полюса.)

    Всеполярное обнаружение

    Для этого метода обнаруживаются оба полюса магнитного поля (северный и южный), а операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    Всеполярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении любого полюса.)

    Биполярное обнаружение

    Для этого метода оба полюса магнитного поля (северный и южный) обнаруживаются попеременно, а операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока и полярностью для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    ZCL

    TM (Защелка пересечения нуля) Обнаружение

    ZCL определяет точку, когда S-полюс плотности приложенного магнитного потока меняется на N-полюс или наоборот, то есть когда происходит изменение полярности.
    Обнаружение ZCL, оптимизированное для управления бесщеточными двигателями постоянного тока, может легко предотвратить снижение эффективности двигателя в результате колебаний температуры и производственных отклонений. >Дополнительная информация «Что такое микросхема на эффекте Холла ZCL?»
    «ZCL» является зарегистрированным товарным знаком ABLIC Inc.

    Давайте сократим трудозатраты на проектирование, чтобы создать идеальный двигатель
    с помощью первого в мире метода обнаружения
    На что способна интегральная схема на эффекте Холла ZCL

    Как выбрать подходящую интегральную схему на эффекте Холла

    ABLIC предлагает широкий выбор интегральных схем на эффекте Холла по требованию клиентов.Вы можете выбрать подходящую микросхему на эффекте Холла, рассмотрев приведенный ниже порядок.

    Таблица выбора ИС на эффекте Холла

    Микросхема на эффекте Холла ABLIC

    Что такое датчик Холла и как он работает?

    Ⅰ Введение

    Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитных полей, и датчики Холла широко используются и имеют широкий спектр применений в наше время. Например, они используются в автомобилях в качестве датчиков скорости вращения колес и датчиков положения коленчатого или распределительного вала.Они часто используются в качестве переключателей, компасов MEMS, датчиков приближения и других приложений. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков, чтобы увидеть, как они работают, но сначала давайте определим эффект Холла.

     


    Каталог

     


    Ⅱ Что такое эффект Холла

    Эксперимент, описывающий эффект Холла , выглядит следующим образом: сторону к другой.

    Теперь, если мы приложим магнитное поле к пластине, мы сможем нарушить прямолинейный поток носителей заряда благодаря силе, известной как сила Лоренца. Электроны отклонятся к одной стороне пластины, а положительные дырки отклонятся к другой. Это означает, что если мы теперь соединим две другие стороны с измерителем, мы можем получить напряжение, которое можно измерить.

    Как упоминалось ранее, эффект получения измеримого напряжения известен как эффект Холла в честь Эдвина Холла, открывшего его в 1879 году.

     

     


    Ⅲ Что такое датчик Холла

    Датчик Холла обнаруживает изменения мощности магнитного поля. Этот датчик открывает широкий спектр возможностей для применения в роботизированных датчиках.

    Их можно использовать в таких приложениях, как измерение приближения, позиционирования, скорости и тока. Обычно они используются на пневматических цилиндрах, где они используются для передачи положения цилиндра на ПЛК или роботизированный контроллер.

    Автомобили, персональная электроника и робототехника — это лишь некоторые из отраслей, в которых используются датчики Холла.В зависимости от области применения они имеют некоторые преимущества перед другими датчиками.

     

    Они полностью закрыты, поскольку работают с магнитным полем, что делает их менее уязвимыми к повреждениям в грязных или влажных условиях. Они реже, чем механические системы, изнашиваются или искажают показания после большого количества циклов.

     

    Датчики Холла

    полезны для широкого спектра применений благодаря их надежности и долговечности, поскольку для правильной работы им не требуется физический контакт.Они могут обеспечить большую воспроизводимость и точность, чем механические устройства, потому что они физически не мешают оборудованию или инструментам.

     

     


    Ⅳ Как работает датчик Холла

    Лучше всего начать с основ эффекта Холла, чтобы понять принцип работы датчика Холла. Когда ток течет по проводнику в присутствии магнитного поля, электроны отталкиваются магнитным полем к одной стороне проводника.

     

    Эффект Холла можно использовать для измерения электрического тока в проводниках, построенных с учетом определенных параметров.Напряжение на плоском металлическом проводнике, например, показывает эффект Холла намного лучше, чем напряжение вокруг одного.

    Электроны, движущиеся по проводнику, смещаются в одну сторону, когда магнитное поле прикладывается к плоской пластине. Поскольку сумму отклонений можно рассчитать, устройство имеет широкий спектр применения.

     

    Плоский проводник используется для расчета магнитной силы в датчике Холла. Когда магнит приближается к датчику, датчик обнаруживает это и отправляет информацию на контроллер.

     

    Заряд на пластине смещается в одну сторону, пока магнит находится рядом с датчиком, создавая положительный заряд с одной стороны и отрицательный заряд с другой. Определяется разница напряжений между двумя сторонами пластины, и ее можно использовать для расчета магнитной силы или близости датчика.

     

     


    Ⅴ Типы датчиков Холла

    Датчики Холла бывают двух основных типов:

    5.1 Пороговый

    Когда напряженность поля достигает определенной амплитуды и/или полярности, пороговое значение (также известное как цифровое или двухпозиционное) создает постоянное напряжение Холла.Существует несколько различных конфигураций пороговых устройств, например фиксирующие устройства, которые включаются, когда положительная напряженность поля достигает порога, но выключаются только тогда, когда отрицательное поле той же силы достигает порога, устройства, которые включаются, когда только положительное поле достигает порога. порог, но выключены в противном случае, и устройства, которые включаются, когда положительное или отрицательное поле достигает порога. Пороги также могут быть запрограммированы на некоторых компьютерах.

     

    5.2 Линейный

    Линейный (датчик с аналоговым выходом) генерировал напряжение Холла, пропорциональное напряженности магнитного поля вокруг него. Полярность колебаний напряжения определяется направлением окружающего магнитного поля. Когда выразительные движения должны восприниматься как небольшие изменения положения, в музыкальных приложениях чаще используются линейные устройства.

     


    Ⅵ Датчик Холла Использование

    Датчики Холла питаются от магнитного поля, и во многих случаях один постоянный магнит, подключенный к движущемуся валу или устройству, может управлять устройством.Существует множество различных форм движений магнитного датчика, в том числе «Лицом к лицу», «Вбок», «Толкай-тяни» и «Толкай-толкай» и другие. Для обеспечения оптимальной чувствительности магнитные линии потока всегда должны быть перпендикулярны чувствительной области системы и иметь правильную полярность, независимо от конфигурации.

     

    Магниты с высокой напряженностью поля со значительным изменением напряженности поля для необходимого движения также необходимы для обеспечения линейности. Существует несколько способов обнаружения магнитного поля, и две из наиболее распространенных конфигураций обнаружения с использованием одного магнита показаны ниже: Обнаружение лобового и бокового обнаружения — это два типа обнаружения.

     

    6.1 Обнаружение лобового стекла

    Магнитное поле должно быть перпендикулярно системе обнаружения на эффекте Холла и приближаться к датчику прямо к активной поверхности для «лобового обнаружения», как следует из названия. В некотором смысле, это подход «спереди».

     

    Этот прямой подход создает выходной сигнал VH, который в линейных устройствах отражает мощность магнитного поля или плотность магнитного потока в зависимости от расстояния от датчика Холла.Выходное напряжение увеличивается по мере приближения и, следовательно, усиления магнитного поля, и наоборот.

     

    Положительные и отрицательные магнитные поля также можно различить с помощью линейных инструментов. Для индикации позиционного обнаружения могут быть выполнены нелинейные устройства, которые запускают выход «ВКЛ» на предварительно установленном расстоянии воздушного зазора от магнита.

     

    6.2 Обнаружение бокового движения

    «Боковое обнаружение» — это вторая конфигурация обнаружения.Это требует перемещения магнита вбок по поверхности элемента с эффектом Холла. Например, подсчет вращающихся магнитов или измерение скорости вращения двигателей, обнаружение бокового или проскальзывания полезно для обнаружения наличия магнитного поля, когда оно проходит по поверхности элемента Холла в пределах фиксированного расстояния воздушного зазора.

     

    Линейное выходное напряжение, представляющее как положительный, так и отрицательный выходной сигнал, может генерироваться в зависимости от направления магнитного поля, проходящего через осевую линию датчика с нулевым полем.Это позволяет идентифицировать направленное движение как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

     

    Датчики Холла

    имеют широкий спектр применения, особенно в качестве датчиков приближения. Там, где к факторам окружающей среды относятся вода, вибрация, грязь или масло, например, в автомобилестроении, их можно использовать вместо оптических и световых датчиков. Текущее зондирование также может быть выполнено с помощью приборов на эффекте Холла.

    Круговое электромагнитное поле формируется вокруг проводника, когда через него проходит ток, как мы узнали из предыдущих уроков.Электрические токи в диапазоне от нескольких миллиампер до тысяч ампер можно рассчитать по наведенному магнитному полю, поместив датчик Холла рядом с проводником без использования больших или дорогих трансформаторов и катушек.

     

    Датчики Холла

    можно использовать для обнаружения ферромагнитных материалов, таких как железо и сталь, в дополнение к обнаружению наличия или отсутствия магнитов и магнитных полей, путем размещения небольшого постоянного «смещающего» магнита за активной областью устройства.Любое смещение или нарушение этого магнитного поля, вызванное введением ферромагнитного материала, может быть обнаружено с чувствительностью всего лишь мВ/Гс.

     

    В зависимости от типа устройства, цифрового или линейного, существует множество способов подключения датчиков Холла к электрическим и электронным схемам. Использование светоизлучающего диода, как показано ниже, является очень простым и легким в сборке примером.

     

    Датчики Холла

    можно использовать по-разному из-за различных магнитных перемещений.Как в промышленных, так и в домашних условиях эти инструменты чаще всего используются для измерения присутствия, положения и близости объектов.

     

    Датчики тока, датчики давления и датчики расхода жидкости — все это популярные области применения датчиков Холла в промышленных и производственных процессах. В трансформаторах тока датчики на эффекте Холла представляют собой недорогой бесконтактный способ измерения постоянного магнитного потока.

     

     


    Ⅶ Применение датчика Холла

    7.1 Датчик Холла в вращающихся устройствах

    Датчики скорости работают путем подсчета количества оборотов вала или диска за заданный промежуток времени. Диск, прикрепленный к валу двигателя, вращается рядом с датчиком Холла и имеет магниты по периметру.

     

    Состояние датчика меняется по мере прохождения через него магнитов. На основе этих данных датчик рассчитывает обороты. Например, если диск или вал имеют четыре магнита, датчик может переключать состояния четыре раза за один оборот.

    Это позволяет датчику измерять число оборотов на основе известного параметра, согласно которому на один оборот приходится четыре импульса.

     

    Эта технология используется в бесщеточных двигателях постоянного тока для отслеживания скорости и определения положения вала. Это позволяет им работать в определенных диапазонах оборотов, но при этом позволяет им изменять скорость двигателя в любое время.

     

    Это значительно упрощает управление двигателями. Это также позволяет им контролировать положение вала на двигателе, что делает их гораздо более гибкими в индустрии робототехники, чем двигатели без датчиков Холла.

     

    7.2 Датчик Холла в приложениях для определения приближения

    На основе магнитного поля датчики Холла могут обнаруживать приближение. Если напряженность магнитного поля постоянна и определена, можно определить положение датчика по отношению к магниту.

     

    Когда магнит перемещается в зону его действия, датчик меняет состояние и оповещает контроллер. Датчики приближения на эффекте Холла можно использовать по-разному. Они используются в роботизированных инструментах, роботизированных захватах, пневматике и множестве других нероботизированных приложений.

    7.3 Бесконтактный датчик Холла Использование в робототехнике

    Бесконтактный датчик Холла также можно использовать в робототехнике. Они хороши для определения силы магнитного поля и близости магнита. Датчики Холла могут использоваться для удовлетворения различных требований безопасности. Они часто используются в инструментах для обеспечения подтверждения зажима управляющему устройству.

     

    Подтверждение зажима блокирует работу ячейки до тех пор, пока все секции не будут полностью зажаты, что обеспечивает ее безопасную работу.Магниты, встроенные в инструменты, которые попадают в диапазон чувствительности датчика Холла при правильном закреплении, обычно требуют подтверждения детали. Роботизированный контроллер или ПЛК знает, что ячейка безопасна для работы, когда все датчики отображают сигнал.

     

    Датчики Холла чрезвычайно полезны в робототехнике. Для обнаружения изменений в ячейке в большинстве роботизированных ячеек используется датчик Холла. Они используются для считывания скорости и положения бесщеточных двигателей постоянного тока. Они используются в пневматических цилиндрах, чтобы определить, выдвинут ли цилиндр или втянут.

     

    Их также можно использовать для поддержания здоровья персонала, уведомляя контролирующий орган о подтверждении зажима инструмента. Без датчиков Холла индустрия робототехники будет совсем другой.

     

     


    Ⅷ Как проверить датчики Холла

    Датчики положения распределительного вала и коленчатого вала представляют собой датчики Холла, которые контролируют положение распределительного вала и коленчатого вала соответственно. Перед датчиком проходит небольшой магнит. Выходное напряжение увеличивается по мере приближения магнита к датчику.Напряжение падает по мере удаления магнита от датчика. Для оценки положения вала электронный блок управления отслеживает выходные сигналы этих датчиков. ECM может поддерживать точное управление двигателем благодаря датчикам положения распределительного и коленчатого валов, а также другим электрическим датчикам, соленоидам и форсункам. Понимание основ работы датчиков Холла поможет вам правильно протестировать сомнительный датчик.

     

    • Шаг 1

    Снимите датчик с блока цилиндров.Удалите масло, грязь или металлическую стружку с наконечника датчика.

     

    • Шаг 2

    Проверьте схему двигателя на предмет наличия сигнала датчика распредвала или коленчатого вала на ECM. Сигнальный провод от ECM должен быть удален. Подсоедините сигнальный провод к одному концу перемычки. Подсоедините другой конец перемычки к краю оптимистичного зонда. Подсоедините отрицательный щуп к устойчивому заземлению корпуса. Подключите отрицательный щуп к заземлению корпуса с помощью перемычки и зажимов типа «крокодил», если необходимо.

     

    Чтобы проверить напряжение постоянного тока, переключите электрический вольтметр. Поверните ключевой переключатель в положение «Вкл.». В идеале напряжение должно быть около 0 вольт. Медленно вращайте магнит перпендикулярно передней части датчика. При приближении магнита к датчику напряжение должно возрастать, а по мере удаления — падать. Проблема с датчиком или соединениями датчика, если напряжение не изменяется.

     


    Ⅸ Часто задаваемые вопросы

    1. Как работает датчик Холла?

    Используя полупроводники (например, кремний), датчики Холла работают, измеряя изменяющееся напряжение, когда устройство помещается в магнитное поле.Другими словами, как только датчик Холла обнаруживает, что он находится в магнитном поле, он может определять положение объектов.

     

    2. Что приводит в действие устройство на эффекте Холла?

    Датчики Холла

    активируются магнитным полем, и во многих приложениях устройство может управляться одним постоянным магнитом, прикрепленным к движущемуся валу или устройству. Существует множество различных типов движений магнита, таких как «лобовое», «боковое», «тяни-толкай» или «толкай-толкай» и т. д.

     

    3. Для чего используется датчик Холла?

    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.

     

    4. В чем заключается принцип эффекта Холла?

    Принцип эффекта Холла гласит, что когда проводник с током или полупроводник помещается в перпендикулярное магнитное поле, напряжение может быть измерено под прямым углом к ​​пути тока.

     

    5. Насколько чувствителен датчик Холла?

    Эти логометрические устройства имеют чувствительность 5 мВ/Гс и 2,5 мВ/Гс соответственно, диапазон рабочих температур от -40°C до +150°C, и имеют температурную компенсацию во всем рабочем диапазоне.

     

    6. В чем разница между датчиком Холла и индуктивным датчиком?

    Индуктивные датчики обнаруживают металлические объекты, а датчики Холла обнаруживают наличие магнитного поля.

     

    7. Каково происхождение эффекта Холла?

    История эффекта Холла начинается в 1879 году, когда Эдвин Х. Холл обнаружил, что небольшое поперечное напряжение возникает на тонкой металлической полоске с током в приложенном магнитном поле.

     

    8. Как определить, что датчик Холла неисправен?

    Потеря мощности, громкий шум и ощущение того, что мотор каким-то образом заблокирован, часто являются признаками того, что либо вышел из строя контроллер, либо что у вас могут быть проблемы с датчиками Холла внутри мотора.

     

    9. Что находится внутри датчика Холла?

    Датчик на эффекте Холла представляет собой тонкую полоску полупроводникового материала, точно такую ​​же, как микросхема внутри микроустройства или устройства с оперативной памятью. Он работает по принципу электромагнетизма. Когда вы перемещаете магнит достаточно близко к датчику, генерируется небольшое напряжение. Это идет к усилителю, который повышает напряжение до уровня, достаточного для использования другими электронными устройствами.

     

    Лучшим примером является датчик скорости вращения колеса.Небольшой магнит прикреплен к внутренней части автомобильного колеса. Каждый раз, когда магнит проходит мимо датчика, происходит один оборот колеса. Информация передается на блок спидометра и одометра, где она отображается водителю.

     

    10. Для чего нужен датчик Холла на автомобиле?

    Датчик Холла работает за счет магнитного поля и может также называться датчиком положения кривошипа. Он проверяет положение коленчатого вала двигателя для зажигания свечей зажигания.В противном случае двигатель может заглохнуть и не запуститься без сигнала датчика Холла.

     

    Датчики Холла

    также можно использовать для определения скорости, расстояния или положения коленчатого вала двигателя и положения распределительного вала. Все датчики Холла имеют различную внутреннюю электронику с различными программными измерениями и не являются взаимозаменяемыми.

    Альтернативные модели

    Часть Сравнить Производители Категория Описание
    Произв.Номер детали: 49FCT3805EPYGI Сравните: Текущая часть Производители:Integrated Device Technology Категория: Драйверы часов, PLL Описание: Clock Buffer 10Out 20Pin SSOP Tube
    Произв.Номер детали:IDT49FCT3805EPYI Сравните: 49FCT3805EPYGI ПРОТИВ IDT49FCT3805EPYI Производители:Integrated Device Technology Категория: Драйверы часов, PLL Описание: IC CLK BUFFER 1:5 166MHz 20SSOP
    Произв.Номер детали: 49FCT3805EPYGI8 Сравните: 49FCT3805EPYGI ПРОТИВ 49FCT3805EPYGI8 Производители:Integrated Device Technology Категория: Драйверы часов, PLL Описание: Буфер тактового разветвления 10Out 2 1:5 20Pin SSOP T/R
    Произв.Номер детали: 49FCT3805EPYI Сравните: 49FCT3805EPYGI ПРОТИВ 49FCT3805EPYI Производители:Integrated Device Technology Категория: Описание: Буфер тактового разветвления 10-OUT 20-Pin SSOP Tube

    Что такое эффект Холла и как работают датчики Холла

    В этом уроке мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики Холла.Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменный учебник ниже.

    Обзор

    Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и имеют множество современных применений. Например, их можно найти в транспортных средствах в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала. Также они часто используются в качестве переключателей, компасов MEMS, датчиков приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.

    Что такое эффект Холла?

    Вот эксперимент, объясняющий эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы пропускаем через нее ток, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

    Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямолинейный поток носителей заряда из-за силы, называемой силой Лоренца (Википедия). В таком случае электроны отклонятся к одной стороне пластины, а положительные дырки — к другой стороне пластины.Это означает, что если мы сейчас поместим метр между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

    Таким образом, эффект получения измеримого напряжения, как мы объяснили выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, открывшего его в 1879 году.

    Датчики Холла

    Основной элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно изготавливаются со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

    Существует два типа датчиков Холла, один с аналоговым, а другой с цифровым выходом. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальных схем видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорциональным выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения близости из-за их непрерывного линейного выходного сигнала.

    С другой стороны, датчики с цифровым выходом обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ».Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал либо высокий, либо низкий. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить мой специальный учебник для этого.

    Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

    Другими современными приложениями этих датчиков являются измерение частоты вращения колеса/ротора или оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые размещаются рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

    Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, изменяется окружающее магнитное поле, в результате чего выходной сигнал датчика становится либо высоким, либо низким.Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой сигнал прямоугольной формы, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.

    Основы ИС униполярного датчика Холла

    Основы ИС униполярного датчика Холла

    Загрузить PDF-версию

    Существует четыре основные категории устройств ИС на основе эффекта Холла, которые обеспечивают цифровой выход: униполярные переключатели, биполярные переключатели, омниполярные переключатели и защелки.Униполярные переключатели описаны в этих указаниях по применению. Аналогичные указания по применению биполярных переключателей, омниполярных переключателей и защелок представлены на веб-сайте Allegro.

    ИС униполярного датчика Холла

    , часто называемые «униполярными переключателями», управляются положительным магнитным полем. Одиночный магнит, создающий магнитное поле южной полярности (положительное) достаточной силы (плотности магнитного потока), заставит устройство переключиться во включенное состояние. После включения униполярная ИС будет оставаться включенной до тех пор, пока магнитное поле не будет снято и ИС не вернется в выключенное состояние.

    Приложение для определения положения рычага переключения передач автомобиля показано на рис. 1. Рычаг переключения передач содержит магнит (красно-синий цилиндр). Линейка миниатюрных черных ящиков представляет собой массив однополярных переключающих устройств. Когда оператор транспортного средства перемещает рычаг, магнит проходит мимо отдельных устройств Холла. Устройства рядом с магнитом подвергаются воздействию магнитного поля и включаются, но более удаленные устройства не затрагиваются и остаются выключенными. Обратите внимание, что южный полюс магнита (обозначен красным) направлен к устройствам Холла, а устройства Холла ориентированы фирменной лицевой стороной устройства к южному полюсу магнита.

    Рис. 1. Приложение, использующее ИС датчика однополярного переключателя. Сверхмаленькие интегральные схемы Холла переключаются, когда магнит (красный и синий цилиндры) проходит мимо них во время переключения передач.

    Термины для магнитных точек переключения

    Следующие термины используются для определения точек перехода или точек переключения , операции переключателя Холла:

    Рис. 2. Эффект Холла относится к измеряемому напряжению, возникающему, когда на приложенный ток влияет перпендикулярное магнитное поле.

    •  B   − Обозначение плотности магнитного потока, свойства магнитного поля, используемого для определения точек переключения устройства Холла. Измеряется в гауссах (G) или теслах (T). Преобразование составляет 1 G = 0,1 мТл.

      B может иметь северную или южную полярность, поэтому полезно помнить об алгебраическом соглашении, согласно которому B обозначается как отрицательное значение для магнитных полей северной полярности и как положительное значение для магнитных полей южной полярности. Это соглашение позволяет арифметически сравнивать значения северной и южной полярности, где относительная напряженность поля указывается абсолютным значением B, а знак указывает на полярность поля.Например, поле −100 Гс (север) и поле 100 Гс (юг) имеют одинаковую силу, но противоположную полярность. Точно так же поле −100 Гс сильнее, чем поле −50 Гс.

    •  B OP    − Магнитная рабочая точка; уровень усиливающегося магнитного поля, при котором включается прибор Холла. Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронной конструкции отдельного устройства.
    •  B RP    − Магнитная точка сброса; уровень ослабления магнитного поля, при котором устройство Холла выключается (или для некоторых типов устройств Холла уровень усиления отрицательного поля при положительном B OP ).Результирующее состояние выхода устройства зависит от электронной конструкции отдельного устройства.
    • B HYS  — Магнитный гистерезис точки переключения. Передаточная функция устройства Холла разработана с таким смещением между точками переключения, чтобы отфильтровать небольшие колебания магнитного поля, которые могут возникнуть в результате механической вибрации или электромагнитного шума в приложении. B HYS = | B OP  − B RP  |.

    Типичная операция

    При включении однополярного переключателя результирующий выходной сигнал может иметь либо высокий логический уровень, либо низкий логический уровень, в зависимости от конструкции выходного каскада микросхемы устройства.На рис. 3 показаны возможные выходные состояния униполярных переключателей. Верхняя панель представляет собой переключатель, предназначенный для вывода логического низкого уровня (при напряжении насыщения выходного транзистора, V OUT(sat) , обычно <200 мВ) в сильном поле южной полярности. Нижняя панель представляет собой переключатель, предназначенный для вывода высокого логического уровня (до полного напряжения питания, V CC ) при тех же условиях.

     

    Рис. 3. Выходные характеристики униполярного переключателя. На верхней панели отображается переключение на низкий логический уровень при наличии сильного поля южной полярности, а на нижней панели отображается переключение на высокий логический уровень также в поле южной полярности.

    Хотя устройство может включаться при любом уровне плотности магнитного потока, для пояснения рисунка 3 начните с крайнего левого угла, где магнитный поток (B, по горизонтальной оси) менее положителен, чем B RP или B OP . Здесь устройство выключено, а выходное напряжение (V OUT , по вертикальной оси) зависит от конструкции устройства: высокое (верхняя панель) или низкое (нижняя панель).

    Следуя стрелкам вправо, магнитное поле становится все более положительным.Когда поле более положительное, чем B OP , устройство включается. Это приводит к изменению выходного напряжения в противоположное состояние (либо к высокому, либо к низкому, в зависимости от конструкции устройства).

    Пока магнитное поле остается более положительным, чем B RP , устройство остается включенным, а состояние выхода остается неизменным. Это верно, даже если B становится немного менее положительным, чем B OP , в пределах встроенной зоны гистерезиса переключения, B HYS .

    Следуя стрелкам обратно влево, магнитное поле становится менее положительным. Когда магнитное поле снова падает ниже B RP , прибор отключается. Это приводит к тому, что вывод возвращается в исходное состояние.

    Подтягивающий резистор

    Подтягивающий резистор должен быть подключен между источником питания устройства и выходным контактом (см. рис. 4). Общие значения для подтягивающих резисторов находятся в диапазоне от 1 до 10 кОм. Минимальное сопротивление подтягивания зависит от максимального выходного тока ИС Холла (устройства обычно рассчитаны на потребление тока) и напряжения питания.20 мА – типичный максимальный выходной ток, и в этом случае минимальное значение подтягивания будет составлять V CC  / 0,020 A.

    В приложениях, где важно потребление тока, сопротивление подтяжки может достигать 50–100 кОм. Однако требуется осторожность, поскольку большие значения подтягивания позволяют индуцировать внешние токи утечки на землю. Это не проблема устройства, скорее утечка происходит в проводниках между подтягивающим резистором и выходным контактом устройства. Эти токи могут быть достаточно высокими, чтобы снизить выходное напряжение, независимо от состояния магнитного поля и состояния переключения устройства.В крайнем случае, это может снизить выходное напряжение настолько, чтобы заблокировать правильные внешние логические функции.

    Рис. 4. Типовая схема применения.

    Использование обходных конденсаторов

    См. рис. 4, где показано расположение шунтирующих конденсаторов. Всего:

    • Для конструкций без стабилизации прерывателя — рекомендуется установить конденсатор емкостью 0,01 мкФ между выводами выхода и заземления, а также между выводами питания и заземления.
    • Для конструкций со стабилизацией прерывателем – между выводами питания и заземления должен быть установлен конденсатор емкостью 0,1 мкФ, а между выводами выхода и заземления рекомендуется конденсатор емкостью 0,01 мкФ.

    Время включения

    Время включения в некоторой степени зависит от конструкции устройства. Цифровые устройства вывода, такие как униполярный переключатель, достигают стабильности со следующими приблизительными задержками:

    Тип устройства Время включения
    Без стабилизатора измельчителя <1 мкс
    Со стабилизатором измельчителя <25 мкс

    В основном это означает, что до истечения этого времени после подачи питания выход устройства может быть не в правильном состоянии, но по истечении этого времени выход устройства гарантированно будет в правильном состоянии.

    Рассеиваемая мощность

    Суммарная рассеиваемая мощность является суммой двух факторов:

    • Мощность, потребляемая устройством Холла, за исключением мощности, рассеиваемой на выходе. Это значение V CC , умноженное на ток питания. V CC — это напряжение питания устройства, а ток питания обычно указывается в паспорте. Например, при V CC = 12 В и токе питания = 9 мА рассеиваемая мощность = 12 × 0,009 или 108 мВт.
    • Мощность, потребляемая выходным транзистором.Это значение V (sat) в раз больше выходного тока (устанавливается нагрузочным резистором). Если V (sat) равно 0,4 В (наихудший случай), а выходной ток равен 20 мА (часто наихудший случай), рассеиваемая мощность составляет 0,4 × 0,02 = 8 мВт. Как видите, из-за очень низкого напряжения насыщения мощность, рассеиваемая на выходе, не является большой проблемой.

    Суммарная рассеиваемая мощность для этого примера составляет 108 + 8 = 116 мВт. Возьмите это число в таблицу снижения номинальных характеристик в техническом описании рассматриваемого пакета и проверьте, нужно ли снижать максимально допустимую рабочую температуру.

    Часто задаваемые вопросы

    В: Как сориентировать магнит относительно прибора Холла?

    A: Южный полюс магнита направлен к фирменной лицевой стороне упаковки устройства. Фирменное лицо — это место, где вы найдете идентификационные маркировки устройства, такие как частичный номер детали или код даты.

    В: Как магнитное поле северной полярности или отрицательное магнитное поле влияет на однополярный переключатель?

    A: Поле северной полярности или отрицательное поле не влияет на однополярный переключатель.

    В: Могу ли я подойти к обратной стороне упаковки устройства с магнитом?

    A: Да, однако имейте в виду: если полюса магнита остаются ориентированными в одном и том же направлении, то ориентация поля потока через устройство остается неизменной при подходе с передней стороны (например, если южный полюс был ближе к устройству при подходе спереди, то северный полюс был бы ближе к устройству при подходе сзади). Тогда северный полюс будет генерировать положительное поле относительно элемента Холла, а южный полюс будет генерировать отрицательное поле.

    В: Есть ли компромиссы при приближении к задней стороне устройства?

    А: Да. Сигнал «чище» имеется при приближении с лицевой стороны упаковки, т. к. элемент Холла расположен ближе к лицевой стороне (брендированной стороне упаковки), чем к тыльной стороне. Например, для упаковки «UA» микросхема с элементом Холла находится на 0,50 мм внутри фирменной грани упаковки и, таким образом, примерно на 1,02 мм от тыльной стороны. (Расстояние от фирменной поверхности до элемента Холла называется «глубиной активной области».»)

    В: Может ли очень сильное магнитное поле повредить устройство Холла?

    A: Нет. Очень сильное поле не повредит устройство на эффекте Холла Allegro, и такое поле не добавит дополнительного гистерезиса точки переключения (кроме расчетного гистерезиса).

    В: Зачем мне устройство, стабилизированное прерывателем?

    A: ИС датчика со стабилизированным прерывателем обеспечивают большую чувствительность с более точно контролируемыми точками переключения, чем конструкции без прерывателя. Это также может позволить более высокие рабочие температуры.В большинстве новых конструкций устройств используется прерываемый элемент Холла.

    Предлагаемые устройства

    Униполярные устройства

    Allegro перечислены в руководствах по выбору на веб-сайте компании в разделе «Переключатели и защелки».

    Приложения

    Замечания по применению для родственных типов устройств

    Артикул: AN296069

     

    Датчик Холла

    — все, что вам нужно знать

    Его основные технические характеристики:

    • Напряжение питания (в В): 4.от 5 до 6 В, широкий диапазон, облегчающий использование,
    • Тип выхода: линейный или двухпозиционный,
    • Выходное сопротивление: 50 Ом,
    • Магнитная чувствительность (в Гс или Тл): при 5 В – мин.: 0,75 мВ/Гс – макс. 1,72 мВ/Гс. Gauss — диапазон чувствительности для линейных выходных датчиков, а T — критическая точка для датчиков включения/выключения,
    • Полярность: однополярная или биполярная (чувствительность к северному или южному полюсу или к обоим),
    • Ток источника питания: 9 мА,
    • Рабочая температура: от – 20°C до + 85°C,
    • Плотность магнитного потока: не ограничена.

     

    Различные применения датчика в промышленности

     

    Датчики этого типа имеют различные области применения и применения. В основном он используется в точной механике, автомобилестроении и авиации. Для определения направления вращения элемента, управления двигателем или аккумулятором датчик используется как датчик скорости и углового положения.

     

    Датчик в сборе, проверка и тестирование

     

    Для сборки электронного датчика необходимо использовать универсальную автоматическую линию, позволяющую создавать различные конфигурации датчиков в соответствии с потребностями заказчика.

    Поставляемые полосами из десятков или сотен компонентов для промышленного применения датчики необходимо разрезать и согнуть, чтобы затем припаять к электронным схемам. Для этого необходимо использование конкретной машины. Перед сборкой с помощью лазерной сварки датчики проходят через станок для резки и гибки, чтобы они могли принять необходимую форму, а затем разрезаются в виде цепочки по заданным размерам.

    0 comments on “Датчик холла виды: Датчики Холла и как в них не запутаться

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.