Датчики холла принцип работы применение: Страница не найдена | Практическая электроника

Содержание

Принцип действия датчика холла


Датчики Холла: принцип работы, как проверить своими руками, применение

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

Кратко о принципе работы

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

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

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

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

Типы и сфера применения

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

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

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

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

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

Пример использования аналогового элемента

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

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

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

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

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

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

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

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

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

Как проверить работоспособность датчика Холла?

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, – меняем датчик на новый.
Обсудить на форуме ОЦЕНИТЬ: (12 оценок, среднее: 4,83 из 5) Загрузка...

Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, преимущества и недостатки

В статье узнаете что такое датчики Холла, принцип работы, его типы, применение в промышленности, преимущества и недостатки

Датчики Холла широко используются в различных областях. В этом посте мы расскажем о том, как они работают, их типах, приложениях, преимуществах и недостатках.

Что такое датчик Холла

Магнитные датчики — это твердотельные устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к нему магнитному полю. Эти электрические сигналы затем дополнительно обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого выхода.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий спектр магнитных полей. Одним из таких магнитных датчиков является датчик Холла, выход которого (напряжение) зависит от плотности магнитного поля.

Внешнее магнитное поле используется для активации этих датчиков эффекта Холла. Когда плотность магнитного потока в окрестности датчика выходит за пределы определенного определенного порога, он обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение 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.

Принцип работы датчика Холла

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

Как работает датчик Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

  • Когда электрический ток проходит через датчик, электроны движутся по нему по прямой линии.
  • Когда на датчик воздействует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда, следуя изогнутой траектории.
  • Из-за этого отрицательные зарядовые электроны будут отклоняться к одной стороне датчика, а положительные зарядные отверстия — к другой.
  • Из-за этого накопления электронов и дырок на разных сторонах пластины, напряжение (разность потенциалов) может наблюдаться между сторонами пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально электрическому току и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • На основании Вывода
  • На основании операции
На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить на два типа:

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

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выход такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.

Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

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

Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким.

Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

На основе операции

На основе операции датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • Биполярный датчик Холла
  • Униполярный датчик Холла
Биполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют как положительных, так и отрицательных магнитных полей для своей работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отпускания датчика.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отпустить датчик.

Применение датчика Холла

Приложения датчиков Холла были представлены в двух категориях для простоты понимания.

  • Применение аналоговых датчиков Холла
  • Применение цифровых датчиков Холла
Применение аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики с эффектом Холла используются для:

  • Измерение постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Testers).
  • Определение скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS).
  • Устройства управления двигателем для защиты и индикации.
  • Чувствуя наличие питания.
  • Зондирование движения.
  • Чувствуя скорость потока.
  • Датчик давления в мембранном манометре.
  • Ощущение вибрации.
  • Обнаружение черного металла в детекторах черного металла.
  • Регулирование напряжения
Применение цифровых датчиков Холла

Цифровые датчики эффекта Холла используются для:

  • Определяя угловое положение коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
  • Чувство положения автомобильных сидений и ремней безопасности для контроля подушек безопасности.
  • Беспроводная связь.
  • Чувствительное давление
  • Ощущение близости.
  • Чувствительная скорость потока.
  • Чувствительная позиция клапанов.
  • Ощущение положения объектива.

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

  • Они могут использоваться для нескольких функций датчика, таких как определение положения, определение скорости, а также для определения направления движения.
  • Поскольку они являются твердотельными устройствами, они абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей.
  • Они почти не требуют обслуживания.
  • Они крепкие.
  • Они невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

  • Они не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственное решение для преодоления этой проблемы заключается в использовании очень сильного магнита, который может генерировать широкое магнитное поле.
  • Точность измеренного значения всегда является проблемой, поскольку внешние магнитные поля могут влиять на значения.
  • Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителя заряда и чувствительность датчиков Холла.

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

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

Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.

Как работает датчик Холла Видео

Датчик Холла - что это? Описание, принцип действия

Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.

Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.

В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.

Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).

Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.

В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.

Недостатки датчика

Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.

Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.

Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.

Датчик Холла: назначение и принцип работы

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

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

Как работает датчик Холла

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

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

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

Простейший датчик состоит из:

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

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

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

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

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

Аналоговые и цифровые решения

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

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

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

Самостоятельная проверка устройства

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

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

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

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

Датчик Холла

Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру.  Но  вот что за странное название: датчик Холла?

С чего все начиналось

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

Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил?  Разность потенциалов на гранях А и C!  Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.

Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект  –  в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла. 

Линейные датчики Холла

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

а 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 измеряемым параметрам магнитного поля.

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

Разработчики на этом не остановились. Как только наступила  эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:

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. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика.  Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.

Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?

На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.

Датчик Холла принцип работы

Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?

Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.

Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.

Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.

Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.

Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.

В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.

Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.

Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

  • мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
  • на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
  • при движении машина внезапно глохнет;
  • на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

  1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
  2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
  3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

Интегральные датчики Холла - статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

В статье описаны принципы построения и основные характеристики линейных и логических микросхем датчиков магнитного поля на эффекте Холла. Приведены параметры некоторых промышленных типов этих датчиков и примеры их применения.

Принцип действия датчика Холла

Рис.1 Иллюстация эффекта Холла

Интегральные датчики магнитного поля в своём большинстве используют эффект Холла, открытый американским физиком Эдвином Холлом (E. Hall) в 1879 г. Эффект Холла состоит в следующем. Если проводник с током помещён в магнитное поле, то возникает э.д.с., направленная перпендикулярно и току, и полю. Эффект Холла иллюстрируется на рис. 1. По тонкой пластине полупроводникового материала протекает ток I. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца. Эта сила искривляет траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объёмных зарядов в полупроводниковой пластине. Вследствие этого на краях пластины, параллельных направлению протекания тока, возникает э.д.с., называемая э.д.с. Холла. Эта э.д.с. пропорциональна векторному произведению индукции B на плотность тока j:

Рис.2 Расположение двух элементов Холла на ИМС, компенсирующее ошибку, вызванную механической деформацией кристалла

где d – ширина пластины, q – заряд частицы-носителя, n – концентрация носителей. При снижении концентрации носителей э.д.с. Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний, арсенид галлия и др. Для прямоугольной пластины с однородными током и магнитным полем, направленными, как показано на рис. 1, эта э.д.с. равна

где kн – постоянная Холла, VS – напряжение, создаваемое на токоподводящих выводах датчика Холла. Для кремния kн составляет величину по рядка 70 мВ/(В•Тл), поэтому, как правило, э.д.с. датчика Холла требуется усиливать. Кремний обладает тензорезистивным эффектом, заключающимся в изменении сопротивления при механических напряжениях. Желательно уменьшить это влияние в датчике Холла. Это достигается соответствующей ориентацией элемента Холла на интегральной схеме и использованием нескольких элементов на кристалле. На рис. 2 показаны два элемента Холла, расположенные рядом на кристалле ИМС. Они позиционированы так, что испытывают практически одинаковое механическое напряжение, вызывающее изменение R. К элементу, который на рисунке изображён слева, приложено напряжение возбуждения VS, направленное по вертикальной оси, а к изображённому справа – по горизонтальной. При сложении сигналов этих двух датчиков ошибка, вызванная деформацией кристалла, компенсируется.

...дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла

Датчик Холла - что это? Описание, принцип действия

Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.

Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.

В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.

Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).

Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.

В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.

Недостатки датчика

Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.

Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.

Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.

  • < Назад
  • Вперёд >

Датчик Холла: устройство и принцип работы

Когда американский физик Эдвин Холл открывал свой эффект взаимодействия электрического тока с магнитным полем, у него и в мыслях не было, что чаще всего его фамилия станет употребляться на автомобильных рынках в России. Удивительно, но факт — самые разные люди, весьма далёкие от физики, понятия не имеющие кто такой Холл, знают, что такое датчик Холла в автомобиле, и даже одно время страдали от их дефицита.

В чём проявляется эффект Холла, и как это можно использовать в технике

Магнитное поле широко используется в автомобильной технике, несмотря на свою невидимость и неосязаемость. Даже свет, состоящий из электрических и магнитных полей, воспринимается благодаря своей электрической составляющей. Тем не менее, с помощью специальных магниточувствительных датчиков поле можно зафиксировать и даже измерить.

В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток. Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.

Собственно, всего этого недостаточно для использования кристалла в качестве датчика. Магнитное поле присутствует везде, надо определить его превышение над естественным фоном и помехами. Для этого к пластине подключается усилитель слабого сигнала и регулируемый пороговый элемент (компаратор). Вся схема выдаёт на выходе логический «0» по электрическому уровню, если поле есть, и логическую единицу во всех прочих случаях. Такая негативная логика обычно принята в цифровой технике. А чтобы в момент смены сигнала не наблюдалась «болтанка» выхода из-за неопределённости, устройство снабжается триггером Шмитта. Это такая схема, которая обеспечивает амплитудное запаздывание срабатывания (гистерезис), защищая от цифрового дребезга и помех в момент переключения, гарантируя одиночный крутой фронт сигнала и однозначность привязки во времени.

Устройство и принцип действия датчика

Если бы всё перечисленное выполнялось на дискретных элементах, то датчик был бы размером с магнитолу, столько же стоил, работал ненадёжно и потреблял много электроэнергии. В реальности всё устройство датчика Холла выполняется методами интегральной микроэлектроники всё на том же полупроводниковом кристалле, который с лёгкой руки деятелей из Кремниевой долины давно уже принято называть чипом.

Сам датчик миниатюрен настолько, что его размерами можно пренебречь на фоне габаритов корпуса, электрического разъёма, подводящих проводов и вспомогательного постоянного магнита. Кристалл полностью заливается пластмассой для защиты от внешних воздействий, снаружи остаётся только разъём и полюс магнита. В зависимости от назначения, датчик может иметь прорезь, внутри которой будет проходить край задающего синхронизацию реперного диска с пазами.

Принцип работы датчика Холла в автомобилях состоит в том, что при появлении в рабочей зоне изменений магнитного поля, например, прорези реперного диска вместо его цельной части, или ступеньки на шкиве, или метки на фланце распредвала, сигнал на выходе сменит своё значение с нуля на единицу или наоборот. Таким образом, электронный блок, считывающий показания датчика, узнает о наступлении определённого момента во вращении вала, например, верхней мёртвой точки поршня определённого цилиндра или любого его положения относительно этой ВМТ, нужная информация задаётся разработчиками двигателя. Это ложится в основу расчёта блоком управления двигателя таких важных данных, как момент зажигания, периодичность впрыска топлива, порядок открытия форсунок.

Разные случаи применения датчиков на эффекте Холла

Впервые такой датчик был использован на автомобилях с карбюраторными двигателями для замены контактов системы зажигания. Потом появились и другие применения магниточувствительных сенсоров.

Датчик Холла в системе зажигания карбюраторного двигателя

Классическая батарейная система зажигания действует по принципу накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания за счёт протекания тока по её первичной обмотке с последующим резким разрыванием цепи, что вызывает рост напряжения на вторичной обмотке и искровой разряд в свече. Контакты прерывателя при этом работают в крайне тяжёлых условиях, обгорают, изнашиваются и долго не живут. К тому же их возможности ограничивают рост мощности системы, а значит и работу двигателя с дальнейшим обеднением смеси для экономии горючего.

Проблему частично решило появление электронной бесконтактной системы зажигания с прерывателем на основе датчика Холла (ДХ). Здесь уже нет обгорающих и требующих регулировки зазора контактов, имеется лишь реперный диск, вращающийся в прорези датчика. Пока мимо магнита ДХ проходит цельная стенка диска, коммутатор зажигания, представляющий собой простой усилитель тока, управляемый сигналом ДХ, отдыхает, то есть ждёт момента начала накопления энергии. По переднему фронту прорези выходной ключ коммутатора открывается, начинается накопление энергии в катушке.

Ток увеличивается не до бесконечности. Выйдя на расчётную номинальную величину порядка полутора десятков ампер, он стабилизируется, а в момент появления второго края прорези датчик срабатывает, ключ размыкается, начинается рост напряжения на обмотках катушки вплоть до пробоя искрового зазора.

Датчик Холла здесь полностью оправдывает свои способности, он очень точно и стабильно задаёт моменты срабатывания всех элементов системы, а значит и ровную работу двигателя без пропусков зажигания и детонации. Сам ДХ при этом не изнашивается, служит теоретически вечно, избавляя водителей и ремонтников от всех неприятностей классического контактного прерывателя-распределителя (трамблёра). И только бракованные детали, а также мнительность заставляли людей покупать датчики для проверки и впрок, создавая дефицит, о котором было упомянуто ранее.

В качестве датчика положение коленчатого вала (ДПКВ)

Чаще всего здесь используется простейший и надёжный индуктивный ДПКВ. Это обычная катушка с тонким проводом, намотанная на постоянный магнит. Мимо неё проходит зубчатый венец шкива коленвала, на котором один зубец отсутствует. Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов переменного тока, один из которых имеет увеличенную длительность и амплитуду. Компьютеру электронного блока управления двигателем (ЭБУ) не составит труда, располагая такой временной диаграммой, привязать все процессы во времени к фазам положения коленвала.

Однако некоторых разработчиков подобная простота не устраивала, возможно, им хотелось большей точности, поэтому в качестве датчика они использовали всё тот же ДХ. Принцип работы здесь такой же, зубцы задающего шкива замыкают и размыкают магнитный поток через датчик, изменяя его выходной цифровой сигнал. Получается последовательность импульсов, по форме несколько другая, но несущая в точности ту же самую информацию и выполняющая те же цели. Это основной и самый главный датчик двигателя, единственный, без которого мотор даже не заведётся, поэтому датчик Холла это то, что здесь нужно, повышенная надёжность тут очень кстати.

Выдача сигналов о положении распределительного вала

Очень хорошо датчику Холла подходит ещё одна работа, для которой он часто используется. Это синхронизация фазированного многоточечного впрыска топлива.

Вообще, системы впрыска могут быть самыми различными:

  • одноточечные, или моновпрыск, не сильно отличается от карбюратора, имеется один центральный модуль, где форсунка распыляет бензин во впускной коллектор, откуда он равномерно, или не очень, всасывается цилиндрами;
  • многоточечный, здесь на каждый цилиндр приходится своя форсунка, срабатывающая после окончания такта выпуска, чтобы подготовить смесь к впуску;
  • многоточечный фазированный, для его реализации как раз и потребуется датчик Холла.

Недостатком обычного впрыска является отсутствие его точной синхронизации с моментом начала впуска в конкретный цилиндр. Дело в том, что информация для ЭБУ приходит с датчика коленвала, а по его положению невозможно точно засечь конкретный такт в цилиндре, ведь полный цикл требует двух оборотов вала, которые с точки зрения ДПКВ абсолютно одинаковые и ничем не различаются. Поэтому впрыск будет происходить два раза за цикл, причём один раз совершенно бесполезно, на закрытый перед рабочим ходом впускной клапан.

Для совершенствования системы был применён датчик положения распредвала, разумеется, на эффекте Холла. Конструкция уже известна, дисковый репер и магнитный ДХ с выходом на ЭБУ. Теперь блок управления точно знает, как отличить ВМТ сжатия от ВМТ выпуска и каждая форсунка откроется строго в нужный момент. У бензина не будет времени, чтобы бесполезно оседать на стенках коллектора.

Как проверяют ДХ при возникновении подозрений

Устройство это очень надёжное, но абсолютной защиты от неисправности не существует. Поэтому иногда приходится проверять и эти датчики.

  1. Самое простое — подменить ДХ на заведомо исправный. Это избавит от возни со щупами, пробниками и осциллографами. А стоит датчик недорого, его всегда полезно иметь в запасе если не для замены, то именно для проверки забарахлившей системы впрыска или зажигания.
  2. Люди, знающие принцип действия датчика Холла, могут проверить его простейшими и не очень приборами. Например, щупом-пробником со светодиодом. Выход датчика представляет собой каскад с открытым коллектором. Это означает, что в положении физического нуля транзистор открыт, и если пробник включён между плюсом питания и выходом ДХ, то индикатор засветится. Перемещая репер перед полюсами датчика, можно заставить его мигать, что почти точно укажет на исправность ДХ и подсоединённых цепей проводки.
  3. Слово «почти» было употреблено в том смысле, что точно убедиться в исправности можно лишь с помощью цифрового запоминающего осциллографа, который имеется у многих диагностов как приставка к ноутбуку. С его применением можно проверить параметр, который недоступен щупам — быстродействие датчика. Фронты напряжения должны быть достаточно крутыми, что осциллограф и покажет. «Заваленный» фронт может оказаться тем самым случаем, когда датчик вроде работает, и пробник или мультиметр это подтверждают, а система сбоит и светит ошибки.

Почти все случаи, поясняющие, что такое датчик Холла в автомобиле, рассмотрены, остаётся упомянуть вполне возможное менее явное присутствие этих небольших приборов в автоэлектронике. Многие машины оснащаются достаточно мощными электродвигателями, где также для работы силовой электроники используются датчики Холла, следящие за положением ротора в магнитном поле. И даже этим, возможно, проникновение ДХ в авто не заканчивается. Компактный, надёжный и точный прибор всегда найдёт себе область работы во всё больше обрастающем электроникой современном автомобиле.

Холла датчик - Энциклопедия по машиностроению XXL

Холла датчик — магнитоэлектрический полупроводниковый прибор, основанный на использовании эффекта Холла.  [c.164]

Холла датчик 1.164 Хонингование — Бруски режущие — Зернистость — Характеристика — Выбор 4.83, 86, 87 — Число, размеры, форма 4.83,  [c.662]

Датчики Холла. Датчики Холла, которые иногда называют преобразователями или генераторами Холла, работают по принципу возникновения ЭДС в результате искривления пути носителей тока в металлах и полупроводниках. В 1879 г. американский физик Эдвин Г. Холл обнаружил, что в плоском проводнике, по которому в продольном направлении идет электрический ток, помещенном в магнитное поле, направление индукции которого перпендикулярно плоскости проводника, возникает разность потенциалов на его узких сторонах в точках Атл. В (рис. 7.3). Эффект Холла объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении заряда в магнитном поле и направленной перпендикулярно векторам движения заряда и индукции магнитного поля.  [c.105]


Измерение и регистрацию сварочного тока можно произвести с помощью датчиков, работающих на основе аффекта Холла. Датчики подключаются к маг-  [c.440]

Предназначен для преобразования частоты вращения приводного вала в частоту электрических импульсов, пропорциональную скорости движения автомобиля, принцип работы датчика основан на эффекте Холла. Датчик установлен на приводе спидометра коробки передач автомобиля.  [c.161]

В качестве датчиков можно использовать различные устройства в зависимости от вида и величины выходного параметра преобразователя. Датчиками выходного тока выпрямителей служат измерительные трансформаторы постоянного тока или элементы Холла. Датчиками выходного напряжения автономных инверторов тока могут служить выпрямители  [c.42]

Эффект Холла используется для создания датчиков Холла, с помощью которых с большой точностью измеряются магнитные поля.  [c.356]

Кремний применяют для изготовления различных диодов и транзисторов, тиристоров, стабилитронов, фотодиодов, датчиков Холла, тензометров и других полупроводниковых приборов, а также интегральных схем.  [c.80]

Технология выращивания монокристаллов соединений разработана гораздо менее полно, чем технология полупроводников типа Л В . Широкозонные полупроводники А"В представляют собой в технологическом отношении трудные объекты, так как обладают высокими температурами плавления и высокими давлениями диссоциации в точке плавления. Выращивание таких материалов в большинстве случаев осуществляется перекристаллизацией предварительно синтезированного соединения через паровую фазу в запаянных кварцевых ампулах. Применяют соединения А В в большинстве случаев для создания промышленных люминофоров, фоторезисторов, высокочувствительных датчиков Холла и приемников далекого инфракрасного излучения.  [c.292]

Инерционность Холл-эффекта определяется максвелловскими временами релаксации, т. е. чрезвычайно мала. Это позволяет применять датчики Холла для измерения высокочастотных магнитных полей, для определения силы тока по величине созданного им магнитного поля и т. п.  [c.270]

Как видно из соотношения (9.24), холловская э. д. с. пропорциональна произведению силы тока, текущего через датчик, на индукцию магнитного поля. Это позволяет использовать эффект Холла для перемножения двух сигналов, что необходимо, например, в измерителях мощности, фазовых детекторах, счетно-решающих устройствах.  [c.270]


В последние годы круг применения датчиков Холла резко расширился, охватив многие области радиотехники и электроники.  [c.270]

Так как в опытах использовались образцы с различными магнитными характеристиками, а в качестве индикаторов полей рассеяния — висмутовая проволочка, индукционная катушка, феррозонды, датчики Холла и т. д. и если учесть еще неизбежное различие в чувствительности вторичной аппаратуры, то станет совершенно очевидным, что в данных условиях возможно лишь качественное сравнение полученных закономерностей. Основные результаты сводятся к следующему.  [c.88]

II] был получен Р. Скоттом. Это устройство может быть использовано для непрерывного контроля магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов в потоке производства. Оно включает (рис. 1,г) два подковообразных электромагнита 1, расположенных симметрично по обе стороны контролируемого материала 5. На центральной части сердечников электромагнитов помещаются обмотки возбуждения 2 и эталонные 3, а на торцах — измерительные 4 (или датчики Холла), в которых индуцируется сигнал в соответствии с магнитным сопротивлением в зазоре между сердечниками, т. е. в соответствии с магнитными свойствами контролируемого материала. Первичные обмотки 2 соединены так, что создаваемые электромагнитами 1 потоки направлены навстречу друг другу сигналы эталонных обмоток S суммируются. Аналогично соединены и измерительные обмотки 4. Эталонные и измерительные обмотки соединены через автотрансформатор, чтобы при отсутствии в зазоре между сердечниками электромагнитов контролируемого материала сигнал с измерительных обмоток компенсировался сигналом с эталонных и результирующий сигнал, подаваемый на регистрирующее устройство, равнялся нулю.  [c.64]

Холла аффект Датчик Холла 4  [c.47]

Магнитное поле датчика создается постоянным магнитом 1, а прерывание магнитного поля осуществляется ротором 2 с прорезями, укрепленным на валике распределителя. При прохождении прорези ротора около постоянного магнита силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность элемента Холла 3,  [c.32]

Кремний является основным материалом для производства полупроводниковых приборов выпрямительных, мощных и маломощных биполярных транзисторов, полевых транзисторов и приборов с зарядовой связью. Кремний применяют также для создания детекторов ядерных излучений, датчиков Холла и тензодатчиков. Достаточно большое значение ширины запрещенной зоны позволяет кремниевым приборам работать при температурах до 180...200 С.  [c.379]

ХОЛЛА ДАТЧИК — полупроводниковый прибор, преобразующий на основе Холла эффекта индукцию внеш. магн. поля в электрич. напряжение. Представляет собой тонкую пластинку (или плёнку) полупроводника (напр., Si, Ge, GaAs, InSb), укреплённую (напылённую) на прочной подложке из диэлектрика (слюды, керамики, феррита), с четырьмя электродами для подведения тока и съёма эдс Холла (Fx).  [c.413]

X. э.—один из наиболее эфф. методов изучения эиерге-тич. спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей заряда и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в полупроводниках. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. Магнитометры), а также для усиления пост, токов, в аналоговых вычислит, машинах, в измерит, технике и др. (Холла датчик).  [c.414]

Датчик 13 — бесконтактный микроэлектронный, использующий эффект Холла. Датчик состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластиньи и интегральной микросхемы.  [c.75]

Характеристики метрологические нормируемые 133 Химико-аиалитнческие методы контроля 385-387 Хладагент жидкий 217 -твердый 216 Холла датчик 52  [c.461]

Германий применяется для и,чгоговления диодов различных типов, транзисторов, датчиков ЭДС Холла, тензодатчиков, Оптиче-ческие свойства германия позволяют его использовать для изготовления фотодиодов и фототранзисторов, модуляторов света, оптических фильтров, а также счетчиков ядерных частиц. Рабочий диапазон температур германиевых приборов от - 60 до 4-70 °С,  [c.285]


Из кремния изготавляются различные типы полупроводниковых диодов низкочастотные (высокочастотные), маломощные (мощные), полевые транзисторы стабилитроны тиристоры. Широкое применение в технике нашли кремниевые фотопреобразователь-ные приборы фотодиоды, фототранзисторы, фотоэлементы солнечных батарей. Подобно германию, кремний используется для изготовления датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений.  [c.288]

Арсенид галлия среди соединений А " В занимает особое положение. Большая ширина запрещенной зоны (1,4 эВ), высокая подвижность электронов [0,85 м /(В-с)] позволяют создавать на его основе приборы, работающие при высоких температурах и высоких частотах. Первым полупроводником являлся GaAs, на котором в 1962 г. был создан инжекционный лазер. Он используется для изготовления светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Для изготовления детекторов в инфракрасной области спектра, датчиков Холла, термоэлектрических генераторов, тензометров применяется анти-монид индия, имеющий очень малую ширину запрещенной зоны  [c.291]

Антимонид индия применяют для изготовления фотоэлементов высокой чувствительности (основанных на использовании различных видов фотоэффекта), датчиков ЭДС Холла и оптических фильтров. Кроме того, InSb используют для термоэлектрических генераторов и холодильников.  [c.263]

Бурное развитие электроники п фотоэлектроники в последнее десятилетие значительно расширило диапазон средств измерительной техники в теории машин. В последние годы техника, связанная с экспериментальными исследованиями машин, развивается за счет новых свойств полупроводников и диэлектриков, обладающих чувствительностью, в десятки раз превышающей чувствительность обычных тензодатчиков, что упростило и облегчило решение многих задач экспериментального исследования машин. Наряду с полупроводниками в последние годы в измерительную технику вошли диэлектрики, датчики, основанные на эффекте Холла, электрокинема тические датчики и другие средства измерения, основанные на достижениях современной физики, химии и электроники.  [c.32]

Н 01 L 39/22) Доплера G 01 S (для контроля движения дорожного транспорта (13, 15, 17)/00 в радарных системах 1>152-2>15А)-, Зеебека, в термоэлектрических приборах Н 01 L 35/(28-32) Керра (для модуляции светового пучка в электроизмерительных приборах G 01 R 13/40 для управления (лазерами Н 01 S 3/107 световыми лучами G 02 F 1/03-1/07)) Лэнда, в цветной фотографии G 03 В 33/02 Мейснера, в электрических генераторах Н 02 N 15/04 Мессбауэра, в устройствах для управления излучением или частицами G 21 К 1/12 Нернста—Эттингхаузена, в термомагнитных приборах 37/00 Овшинского, в приборах на твердом теле 45/00 Пельтье, в охладительных устройствах (полупроводниковых приборов 23/38 в термоэлектрических приборах 35/28)) Н 01 L Поккелса, для управления лазерами (Н 01 S 3/107 световыми лучами G 02 F 1/03-1/07) Рамона, в лазерной технике Н 01 S 3/30 Фарадея, для управления световыми лучами G 02 F 1/09 Холла датчиках-преобразователях устройств электроискрового зажигания F 02 Р 7/07 Н 03 (в демодуляторах D 3/14 в приборах с амплитудной модуляцией С 1/48) для измерения G 01 R (напряженности магнитных полей или магнитных потоков 33/06 электрической мощности 21/08) для считывания знаков механических счетчиков G 06 М 1/274 в цифровых накопителях информации G 11 С 11/18)] использование Эхолоты G 01 S 15/00  [c.223]

Методы магн. Д. используются также для измерения толщины защитных покрытий на изделиях из ферромаш. материалов. Приборы для этих целей основаны либо на пондеромоторном действии в этом случае измеряется сила притяжения (отрыва) пост, магнита или электромагнита от поверхности изделия, к к-рой он прижат, либо на измерении напряжённости магн. поля (с помощью датчиков Холла, феррозондов) в магнитопроводе электромагнита, установленного на этой поверхности. Толщиномеры позволяют производить измерения в широком диапазоне толщин покрытий (до сотен мкм) с погрешностью, не превышающей 1 — 10 мкм.  [c.593]

На уникальных свойствах Н. к. основаны их применения. Сконструирован ряд приборов (миниатюрные термометры, тензодатчики и датчики Холла, дозииетрич.  [c.358]

На отечественных автомобилях семейства ВАЗ получили распространение электронные системы зажигания с бесконтактным псшупроводниковым управлением. Работа полупроводникового датчика основана на использовании гальваномагнит-ного эффекта Холла. Этот эффект наблюдается у элемента Холла, который представляет собой тонкую пластинку с четырьмя электродами (рис.2.6), выполненную из полупроводникового материала.  [c.32]

Так как сигнал с элемеш а Холла невелик, зависит от силы тока (напряжения питания) и температуры, полупроводниковый датчик (рис. 2.7 содержит, кроме элемента Холла 3, стабилизатор напряжения 7, усилитель 4, формирователь сигнала 5, выходной транзистор 6. Все элементы размещены в одной микросхеме.  [c.32]

Известно около 1000 простых и сложных полупроводников. Многие из них используются для изготовления различных электронных приборов и микросхем, СВЧ-геиераторов, фото-чувствительных и преобразовательных приборов, лазеров, термисторов, термоэлементов, тензочувствительных элементов, датчиков Холла и др.  [c.569]

Сложные полупроводники типа AHIBV используются для изготовления диодов, транзисторов, сверхвысокочастотных приборов на основе эффекта Гана, модуляторов инфракрасного излучения, приемников излучения, солнечных батареи, лазеров, датчиков Холла, магниторезисторов и других приборов.  [c.576]


На основе германия выпускаются выпрямительные плоскостные диоды на прямые токи от 0,3 до 1000 А при падении напряжения не более 0,5 В лавинно-пролетные и туннельные диоды, варикапы, точечные высокочастотные, импульсные и СВЧ-диоды и сплавные биполярные транзисторы. Германий применяют для изготовления датчиков Холла и других магниточувствительных приборов, фототранзисторов и фотодиодов, оптических линз с большой светосилой (для инфракрасных лучей), оптических фильтров, модуляторов света и корютких радиоволн, а также счетчиков ядерных частиц.  [c.336]

Измерение напряженности магнитного поля с использованием эффекта Холла [32]. В качестве материалов для датчиков Холла используются полупроводники, обладающие большой подвижностью носителей тока (Те. В1, Не, HgTe, 1пАз, 1п8Ь).  [c.307]

С ПОМОЩЬЮ нормального элемента НЭ, батареи Б и гальванометра Г реостатом Я устанавливается рабочий ток потенциометра. Реостатом 2 производится установка нуля в отсутствие магнитного поля. Для повышения точности измерений в приборе установлена схема термостатирования датчика Холла. Температура поддерживается с точностью 0,25 °С. Приведенную схему можно применять и для измерения переменного поля промышленной или звуковой частоты. Для этого на датчик О подается ток такой же частоты, как и иссдедуемое поле. Во избежание сдвига фаз между током и полем в цепь включают реактивное сопротивление.  [c.308]

Измерение напряженности магнитного полЛ с использованием эффект.а Холла. Э. д. с. Холла пропорциональна напряженности магнитного юля, пронизываю1цего датчик, при постоянной величине тока, проходящего через него. На рис. 9.46 приведена прин-mmHajOjuaH схема установки для измерения напряженности поля.  [c.96]


Датчик Холла: принцип работы способы проверки

Приветствую вас друзья на сайте ремонт автомобилей ВАЗ своими руками. Многие из нас уже подзабыли курс физики и не помнят, что такое датчик Холла. Давайте восстанавливать пробелы в знаниях.

Датчик Холла

В чем его суть? К примеру, есть полупроводник, по которому течет электрический ток. Если поперек проводника воздействовать магнитным полем, то образуется другое поле – электрическое (это и есть ЭДС Холла).

Как правило, после воздействия магнитного поля величина напряжения возрастает на 0,5-3,0 Вольта.

Основные виды датчиков Холла

Сегодня можно выделить два основных вида датчиков Холла:

  • Аналоговые.
  • Цифровые.

1. Аналоговые. Их принцип работы заключается в преобразовании индукции поля в напряжение. При этом показания датчика Холла во многом зависит от двух основных параметров – силы поля и его полярности.

Важно учитывать, что существенное влияние на показатели имеет расстояние, на котором смонтировано устройство.

2. Цифровые. Такие устройства способны определять, есть воздействие поля или нет. При достижении индукцией определенного предела фиксирующее устройство выдает логическую «1», а если нет, то «0».

Недостаток таких датчиков заключается в том, что они имеют определенную зону нечувствительности, в которой не способны выполнять свои задачи.

К слову, цифровые ДХ могут быть двух видов – биполярными (контролируют изменение полярности поля), униполярными (срабатывают при появлении полярности, а отключаются при отсутствии или уменьшении индукции).

Как работает датчик Холла?

В чем же заключается принцип работы датчика холла? Здесь все просто. Большинство подобных устройств имеют щелевую конструкцию.

Представьте, что на одной стороне находится полупроводник, по которому течет электрический ток.

С другой стороны установлен магнит (постоянный). При протекании тока по этому проводнику под действием магнитного поля появляется определенная сила. Что дальше?

Если в область магнитного поля установить полупроводник, то на других частях пластины появится разность потенциалов.

Между магнитом и пластинкой есть небольшое расстояние, в котором установлен экран. Задача последнего – объединение линий силового поля. Достаточно убрать экран и разность потенциалов исчезнет.

Какой можно сделать вывод? Пока экран установлен, есть путь для замыкания силовых линий. Эта функция позволила использовать устройство в качестве датчика без привычных контактных групп.

Особенность устройства – в его длительном сроке эксплуатации (в сравнении с похожими по принципу действия приборами).

Особенности применения датчика

Давайте рассмотрим, для чего нужен датчик холла, и где можно использовать его возможности. На сегодня устройство весьма популярно и востребовано.

Датчик активно используется в машиностроении, авиации и, конечно, автомобильной электрике. Основные преимущества устройства – надежность и доступная цена.

Свои лучшие качества датчик Холла проявляется в автомобилях, где устройству приходится работать под действием высоких температур и повышенных вибраций.

При этом задача устройства – контроль положения наиболее ответственных элементов силового узла. Кроме этого, датчик активно применяется в качестве органа, контролирующего направление движения и скорость.

Особенности проверки датчика Холла

Неисправности датчика холла, конечно, бывают, но крайне редко. При этом хороший автолюбитель должен уметь своевременно диагностировать и устранять проблему.

Если проверка подтвердила выход датчика из строя, то лучший выход – его замена.

Но как убедиться, исправен ли датчик, или нуждается в срочной замене. Здесь все просто. Для работы необходим обычный мультиметр.

При его помощи можно проверить, как датчик детонации так и датчик включения вентилятора и различные другие датчики, так что этот прибор просто незаменим.

Если этого прибора у вас нет, можно спаять светодиодный тестер. Необходимо взять пару проводков, светодиод и одно сопротивление на 2 килоома. Дальше все просто.

К одной ножке светодиода припаивается сопротивление. Далее припаивайте провода – ко второй ножке светодиода и ко второму выводу резистора. Вот и все – самодельный тестер готов.

Сама диагностика предельно проста. При наличии мультиметра достаточно завести автомобиль и проверить уровень напряжения на датчике.

Если этот параметр меньше 0,5 В, то устройство неисправно. В случае применения самодельного тестера светодиод должен загореться. Если же этого не произошло, то можно говорить о поломке датчика.

Датчик Холла – это надежное, долговечное и дешевое устройство, которое еще долгие десятилетия будет приносить пользу. Удачи на дорогах и конечно же без поломок.

где находится устройство, проверка на неисправности мультиметром и замена своими руками

Датчик Холла или распредвала — это такое устройство, которое отвечает за образование искры для запуска двигателя. От его рабочего состояния зависит бесперебойное функционирование двигателя авто.

Содержание

Открытьполное содержание

[ Скрыть]

Для чего нужен датчик Хола в автомобиле?

Прибор используется вместо контактных элементов и может применяться для слежения за величиной тока нагрузки. Благодаря этому датчику выполняется деактивация двигателя при появлении токовых перегрузок в бортовой сети. Если контроллер перегревается, производится включение температурной защиты.

Принцип работы

Скачки напряжения в электросети мотора могут иметь последствия для датчика. Поэтому современные устройства дополнительно комплектуются диодными элементами, которые препятствуют обратной активации напряжения. Принцип действия приспособления основан на эффекте Холла. Поперечная разность потенциалов образуется при перемещении одного из проводников в магнитное поле. Данный эффект достигается благодаря тому, что токи проходят через клеммные элементы пластины, которая находится в самом поле, с полупроводником.

Когда работает двигатель и вал силового агрегата вращается, стальные лопасти ходят по специальным прорезям, установленным внутри корпуса. Это способствует подаче электрического сигнала на коммутаторное устройство. В результате узел открывает транзисторный элемент и подает напряжение на катушку. Последняя выполняет процедуру преобразования низковольтного импульса в высоковольтный. Этот сигнал подается на свечи зажигания.

Подробно о принципе действия контроллера Холла рассказал канал «Радиолюбитель TV».

Где находится и как выглядит?

При необходимости замены неисправного устройства потребителю надо знать, где стоит контроллер. Он располагается в трамблере автомобиля и выполнен в корпусе в виде небольшого цилиндрического элемента. Чтобы получить доступ к устройству, необходимо разобрать распределительный узел и снять крышку, бегунок и прочие детали механизма. На наружной стороне трамблера к контроллеру Холла подключается разъем с проводкой.

Устройство

Оптический регулятор положения распределительного вала устроен так:

  • 1 — постоянное магнитное устройство;
  • 2 — лопасть роторного механизма;
  • 3 — магнитопроводы;
  • 4 — пластиковый корпус, в который заключаются все элементы устройства;
  • 5 — плата;
  • 6 — контактные выводы.

Схема приспособления контроллера Холла

Устройство комплектуется тремя контактами:

  • первый используется для подключения к массе, то есть кузову автомобиля;
  • второй необходим для подсоединения плюсового напряжения, рабочий параметр которого составляет примерно 6 вольт;
  • третий контакт предназначен для подачи с него импульса на коммутаторное устройство.

Какие могут быть неисправности?

Признаки неполадок контроллера Холла:

  1. Наблюдается резкий рост потребления топлива в системе. Это обусловлено тем, что впрыск горючей смеси в силовом агрегате происходит больше одного раза за цикл прокручивания коленвала.
  2. Мотор машины стал функционировать менее стабильно. Транспортное средство во время движения дергается, мощность двигателя может резко падать. Иногда не получается увеличить скорость машины более чем на 60 км/ч. Во время движения силовой агрегат может произвольно заглохнуть.
  3. Иногда поломка датчика Холла становится причиной фиксации рычага трансмиссии. Скорости коробки передач переключить не получается, такая особенность характерна для новых иномарок. Чтобы решить проблему, необходимо перезапустить силовой агрегат.
  4. Неисправность может проявиться в виде отсутствия искры для воспламенения горючей смеси. Из-за этого запуск мотора машины будет невозможен.
  5. Вероятны сбои в функционировании системы самодиагностики. К примеру, на контрольном щитке появляется индикатор проверки мотора, если агрегат работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, ошибка с приборной панели пропадает.

Канал «Авто-Мото» рассказал о признаках неисправности регулятора, а также других элементов системы зажигания в автомобиле.

Если сам контроллер Холла целый и рабочий, то неисправность может быть связана с такими причинами:

  1. На корпус устройства попала грязь или другие посторонние предметы.
  2. Произошло повреждение либо обрыв сигнального кабеля, по которому подключен контроллер.
  3. В колодку для соединения датчика Холла с бортовой сетью попала влага. Решить проблему можно путем просушки разъема.
  4. Произошло замыкание сигнального проводника с кузовом или электросетью транспортного средства. Для определения неисправности необходимо прозвонить устройство.
  5. Произошло повреждение экранирующей составляющей на жгуте с проводкой. Возможен обрыв отдельных кабелей.
  6. Проблема может заключаться в повреждении проводников, предназначенных для питания контроллера Холла.
  7. При подключении устройства была спутана полярность. Из-за этого датчик функционирует некорректно или вовсе не работает.
  8. Неисправности в функционировании высоковольтной цепи системы зажигания.
  9. Неполадки в функционировании управляющего модуля автомобиля.
  10. При установке контроллера был неверно выставлен люфт между самим датчиком, а также магнитопроводящей пластиной.
  11. Проблема может заключаться в повышенной амплитуде торцевого воздействия шестеренки распредвала. Требуется детальная диагностика схемы.

Дмитрий Мазницын в ролике рассказал о причинах неисправности регулятора и дал рекомендации по их устранению.

Проверка датчика

Есть несколько способов диагностики контроллера. Самый точный вариант, который позволит получить осциллограмму — воспользоваться специальным оборудованием. Осциллограф не только определит состояние контроллера, но и даст точно понять, что устройство скоро выйдет из строя. Такое оборудование есть не у каждого электрика, поэтому ниже рассмотрены более простые, но не менее эффективные варианты.

Диагностика мультиметром

Перед выполнением тестирования устройство надо настроить в режим измерения постоянного тока, рабочий диапазон должен составить 20 вольт. Также потребуется два металлических штыря. Перед проведением диагностики с разъема устройства демонтируется резиновый чехол.

Процедура предварительной проверки, позволяющей установить, что на контроллер Холла подаются необходимые сигналы, выполняется так:

  1. С распределительного узла отключается основной бронепровод. Его необходимо соединить с массой автомобиля для предотвращения случайного появления разряда. Поскольку это приведет к запуску силового агрегата при диагностике.
  2. Затем производится активация системы зажигания.
  3. Разъем отключается от распределительного механизма.
  4. На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
  5. Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
  6. Разъем, подключенный к распределительному узлу, оснащается тремя контактами — красным, зеленым и белым, но расцветка проводников может быть другой. На первом выходе величина напряжения должна составить 11,37 вольт либо около 12 В, на втором — тоже в районе этого показателя. А на последнем проводнике рабочий параметр должен составить 0 вольт.

Следующий этап диагностики:

  1. Берутся два металлических штыря, можно использовать гвозди. Один из них устанавливается в средний контакт колодки (обычно зеленый цвет), а другой подключается к массе. Его расцветка, как правило, белая. Затем сам разъем подсоединяется обратно к распределительному устройству. Штыри используются в качестве проводников тока. На обратной стороне разъема открытых контактов нет, поэтому для проверки сами кабели придется оголить, а делать это не рекомендуется.
  2. Затем зажигание активируется. Положительный контакт тестера надо подключить к штырю среднего выхода на разъеме, а отрицательный — к белому проводнику. Производится замер напряжения. Если контроллер Холла рабочий, то полученная величина должна составить около 11,2 вольт.
  3. Затем надо прокрутить коленчатый вал силового агрегата и одновременно проверить показатели, которые выдает тестер. Если значения в ходе прокручивания снизятся до 0,02 вольт и затем увеличатся до 11,8 В, то это нормально. Так и должно быть в нижнем и верхнем пределе измерений. Можно отключать тестер.

Контроллер Холла считается рабочим, если при прокручивании коленчатого вала верхний предел измерений будет не ниже 9 вольт, а нижний — не выше 0,4 В.

Канал «Автоэлектрика ВЧ» подробно показал процедуру диагностики датчика с использованием тестера и рассказал об основных особенностях этого процесса.

Проверка сопротивления

Чтобы произвести диагностику этого параметра, потребуется простое устройство, состоящее из резисторного элемента на 1 кОм, диодной лампочки, а также гибких кабелей. К ножке источника освещения надо подключать резистор, для надежной фиксации используется пайка. К этой детали подсоединяются два проводника необходимой длины, важно, чтобы они были не короткими.

Принцип проверки выглядит так:

  1. Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
  2. Выполняется диагностика исправности электроцепи. Для этого тестер надо соединить с первой и третьей клеммами, а затем активировать зажигание. Если все проводники целые, то величина напряжения на дисплее мультиметра составит от 10 до 12 вольт.
  3. Затем аналогичным образом выполняется подключение собранного прибора к тем же выходам. Когда полярность соблюдена, то диодная лампочка загорится, если нет — то кабели надо поменять местами.
  4. Потом проводник, подключенный к первому выходу, остается нетронутым. А конец третьей клеммы переключается на вторую. Выполняется прокручивание распределительного вала. Это можно сделать руками либо с использованием стартерного механизма.
  5. Если в процессе выполнения этих действия источник освещения стал моргать, то контроллер работает правильно и не нуждается в замене.

Канал Altevaa TV рассказал о способе проверки датчика с использованием обычной лампочки на примере автомобиля Фольксваген.

Создание имитации контроллера Холла

Такой вариант диагностики датчика Холла считается наиболее быстрым, но его реализация возможна при наличии питания в системе зажигания и отсутствия искры.

От распределительного механизма отключается трехконтактный разъем. Производится активация зажигания в машине и с помощью куска проводника замыкаются контакты под номерами 2 и 3, это выходы сигнала и пин. Если в результате подключения на центральном кабеле образовалась искра, это говорит о поломке контроллера Холла. При выполнении задачи высоковольтный проводник необходимо держать у массы авто.

Устранение неисправностей

Ремонт рассмотрен на примере автомобиля Фольксваген.

Для восстановления работоспособности датчик можно отремонтировать:

  1. Для возобновления работы контроллера необходимо заменить логический компонент. Для этого заранее надо приобрести устройство S441А.
  2. В центральной части корпуса датчика, как показано на фото, с помощью дрели просверливается небольшое отверстие. Для этого потребуется качественное сверло, поскольку внутри контроллера, за пластиковой частью, имеется металлический каркас.
  3. Используя канцелярский нож, необходимо срезать каждый проводник. Затем прокладываются канавки от сделанного отверстия с помощью надфиля к остаткам кабелей.
  4. Само измерительное устройство монтируется в окошко корпуса. Для диагностики используется магнит. Если приложить этот элемент к контактам, на которые заранее подключен прибор, состоящий из диодной лампочки и резистора. Такое устройство использовалось для диагностики. В результате проверки лампа должна загореться. Если этого не произошло, то надо проверить полярность.
  5. Затем делается разводка выводов по канавкам корпуса. В самом окошке необходимо оставить проводники для соединительной колодки нового контроллера. Производится пайка элементов.
  6. На завершающем этапе производится проверка выполненных действий. Для этого используется тестер. Визуально необходимо убедиться в целостности всех контактов. Если устройство рабочее, то механизм герметизируется с помощью клея или другого состава, но не пластика. Этот материал может деформироваться при работе в условиях повышенных температур.
  7. Выполняется сборка контроллера, все действия осуществляются в обратной последовательности.

Как заменить датчик своими руками?

Чтобы поменять контроллер, надо действовать так:

  1. От аккумулятора автомобиля отключаются клеммные зажимы.
  2. Производится демонтаж распределительного механизма. От устройства отсоединяется колодка с проводниками, выкручиваются болты, фиксирующие узел.
  3. Выполняется демонтаж крышки распределителя. В зависимости от модели трамблера она может фиксироваться на болтах или специальных зажимах. Элементы крепления выкручиваются и демонтируются.
  4. После снятия важно совместить риску газораспределительного устройства с отметкой на коленвале силового агрегата. Также необходимо запомнить положение распределительного узла. Перед снятием рекомендуется сделать соответствующую метку.
  5. Элементы крепления корпуса откручиваются с помощью гаечного ключа. Производится демонтаж фиксаторов, если они установлены на механизме.
  6. Из распределительного узла извлекается вал.
  7. От контроллера Холла отсоединяются зажимы с клеммами.
  8. Выполняется демонтаж датчика из посадочного места. Для проведения задачи устройство надо потянуть на себя и аккуратно извлечь. Датчик демонтируется через появившееся отверстие.
  9. Берется новый контроллер и устанавливается вместо старого. Процедура монтажа выполняется в обратной последовательности.

Видео «Последствия неправильной установки датчика Холла»

Пользователь Дядя Саша рассказал, к чему может привести неверный монтаж устройства и дал рекомендации по устранению такой проблемы.

Датчики на эффекте Холла

| Типы

Содержание:
  • Введение
  • Магнитные датчики
  • Датчики эффекта Холла
  • Что такое напряжение Холла (В H )?
  • Коэффициент Холла (R H )
  • Конструкция датчиков Холла
  • Символ датчика Холла
  • Принцип работы датчиков Холла
  • Эксперимент на эффекте Холла
  • Аналоговый и цифровой датчик Холла
  • Тип датчиков Холла
  • Применение датчиков Холла

Что такое магнитный датчик?

Магнитные датчики

Магнитные датчики - это устройства, которые способны обнаруживать и анализировать магнитные поля, создаваемые магнитом или током.Их можно использовать для различных приложений, например, для определения изменения положения и угла магнитного поля, для определения 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.), используемых для обнаружения изменения силы 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 диапазоне 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 твердотельные устройства, которые являются в настоящее время пользуются большим спросом благодаря своей высокой точности и точности, бесконтактной работе, сравнительно низким затратам на техническое обслуживание, компактной конструкции и т. д. В настоящее время доступны магнитные датчики без сердечника, предназначенные для различных видов промышленного применения, например, герметичные устройства на эффекте Холла. водонепроницаемы и сделаны таким образом, чтобы противостоять любой вибрации.

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

Датчики на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла - это магнитные датчики, выходной сигнал которых зависит от магнитного поля или плотности магнитного потока вокруг магнитного датчика.

  • Слово «Холл» пришло от доктора Эдвина Холла, который впервые обнаружил этот эффект Холла.
  • Если есть внешнее магнитное поле, вертикальное по отношению 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 на магнитный датчик приложено внешнее магнитное поле, он активируется. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально силе приложенного магнитного поля.После превышения внешним полем определенного порога плотности магнитного потока генерируется выходное напряжение, которое обычно известно как напряжение Холла H ) .

Коэффициент Холла (R H )

Величина разности потенциалов на единицу толщины металлической полосы в эффекте Холла, распределенная как произведение магнитной напряженности и продольной плотности тока.

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

Конструкция датчиков Холла:

Конструкция датчика Холла

Датчики на эффекте Холла обычно состоят из прямоугольного куска полупроводника, такого как антимонит индия (InSb) или арсенид галлия (GaAs), известный как зонд Холла, установленный на алюминиевой пластине и полностью закрытый внутри головки зонда. Рукоятка зонда, изготовленная из немагнитного материала, соединена с головкой зонда таким образом, что плоскость прямоугольной полупроводниковой пластины перпендикулярна ручке зонда.

Когда устройство активировано, 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 выдает показания. плотности магнитного потока (B) внешнего поля.

Символ датчика Холла:

Что такое датчик эффекта Холла?

Принцип работы датчиков Холла
  • Датчик Холла в основном работает благодаря силе Лоренца (это сила, испытываемая заряженной частицей из-за электрического поля или магнитного поля, т.е.е. просто электромагнитное поле).
  • В присутствии существующего внешнего магнитного поля достаточной величины электроны в полупроводниковой пластине отклоняются к одному краю пластины, то есть отверстия и электроны смещаются в обе стороны пластины из-за силы Лоренца. действуя 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 создания этого измеримого напряжения Холла с использованием внешнего магнитного поля известен как эффект Холла.
  • Для создания разности потенциалов, при которой создается измеримое напряжение, силовые линии внешнего магнитного поля должны располагаться под прямым углом к ​​плоскости, в которой ток течет через пластину. Также необходимо обеспечить правильную полярность для работы датчиков Холла.
Преобразователь эффекта Холла Рабочий
  • По мере того, как электроны и дырки отдаляются друг от друга, создается градиент потенциала, и расстояние увеличивается до тех пор, пока сила, вызванная электрическим полем, не уравновесит силу, создаваемую магнитным полем.Когда обе силы уравновешивают друг друга, ток не меняется, и было вычислено напряжение Холла, которое обнаруживается в этой точке и на основе этой плотности магнитного потока (B).
  • Если выходное напряжение линейно зависит от плотности магнитного потока, то мы называем это датчиками линейного эффекта Холла, а если происходит резкое уменьшение 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 с проволокой и, следовательно, генерирует напряжение на его выходе.Следовательно, индуктивные датчики могут обнаруживать только статические (неизменяющиеся) магнитные поля, тогда как датчики на эффекте Холла могут обнаруживать как изменяющееся, так и неизменяющееся магнитное поле.
  • Датчик на эффекте Холла может предоставить информацию о типе магнитного полюса, используемом для генерации напряжения, а также о величине внешней плотности магнитного потока (B). Используя группу датчиков, мы можем определить относительное положение используемого внешнего магнита.
  • Выходное напряжение датчика Холла обычно имеет довольно небольшую величину, например несколько микровольт, даже когда к датчику приложено сильное внешнее магнитное поле.Следовательно, большинство имеющихся в продаже датчиков Холла имеют встроенный усилитель постоянного тока и регуляторы напряжения для улучшения чувствительности датчика и величины выходного напряжения.

Эксперимент на эффекте Холла

Аналоговый и цифровой датчик Холла

Выходной сигнал датчика Холла может быть линейным (аналоговым) или цифровым. Выходной сигнал линейного датчика Холла прямо пропорционален внешнему магнитному полю, т.е.е. Плотность магнитного потока проходит через датчик и на выходе снимается с выхода дифференциального OP-AMP. Линейные (аналоговые) датчики на эффекте Холла имеют постоянное выходное напряжение, которое изменяется в зависимости от изменения силы внешнего магнитного поля.

Формула эффектов Холла Датчик:

Выходной сигнал линейного датчика Холла может быть выражен как:

Где,

  • В H - напряжение Холла
  • R H - коэффициент Холла
  • I - ток, протекающий через датчик (полупроводниковую пластину)
  • t - толщина датчика
  • B - плотность внешнего магнитного потока

В случае цифрового датчика на эффекте Холла выходной сигнал берется с выхода OPAMP, который, в свою очередь, связан с триггером Шмитта со встроенным гистерезисом, который уменьшает 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 сенсоров на эффекте Холла:

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

  1. Биполярный
  2. Униполярный

Двумя наиболее распространенными конфигурациями считывания в датчике на эффекте Холла с использованием одного магнита являются обнаружение лобового стекла и обнаружение сбоку.При боковом обнаружении необходимо перемещать магнит вбок перед лицевой стороной элемента с эффектом Холла. При лобовом обнаружении магнит движется к элементу холла и от него перпендикулярно плоскости элемента.

Области применения датчиков Холла:
  • Датчик положения: при работе в режиме включения / выключения, то есть с цифровым выходом, обнаружение наличия магнитных материалов является одним из важных промышленных приложений датчиков Холла. .
  • Трансформаторы постоянного тока: Датчик на эффекте Холла используется для измерения магнитного потока постоянного тока, что позволяет рассчитать постоянный ток.
  • Переключатель клавиатуры: для некоторых компьютерных клавиатур используются переключатели эффекта Холла. Но из-за своей сравнительно высокой стоимости он ограничивается областью аэрокосмической и военной техники из-за своей 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: здесь используются датчики Холла для датчиков скорости, а также для аварийной остановки при случайном падении. Пояс пользователя беговой дорожки прикреплен к шнурку, который, в свою очередь, прикреплен к магниту. Если пользователь случайно упадет, магнит отсоединится, и произойдет отключение электропитания, что остановит машину.

Для получения дополнительных статей по электронике щелкните здесь

Основное введение в датчики эффекта Холла

Датчик на эффекте Холла - это датчик магнитного поля, созданный на основе эффекта Холла.Эффект Холла - это разновидность магнитоэлектрического эффекта. Это явление было открыто Холлом (A.H. Hall, 1855-1938) в 1879 году, когда он изучал проводящий механизм металлов.

Каталог

Ⅰ Введение

Датчик на эффекте Холла - это датчик магнитного поля, изготовленный на основе эффекта Холла. Эффект Холла - это разновидность магнитоэлектрического эффекта. Это явление было открыто Холлом (A.H. Hall, 1855-1938) в 1879 году, когда он изучал проводящий механизм металлов.Позже было обнаружено, что полупроводники, проводящие жидкости и т. Д. Также обладают этим эффектом, а эффект Холла полупроводников намного сильнее, чем у металлов. Различные элементы Холла, созданные с использованием этого явления, широко используются в технологии промышленной автоматизации, технологии обнаружения, обработки информации и т. Д. Эффект Холла является основным методом изучения характеристик полупроводниковых материалов. Коэффициент Холла, измеренный в эксперименте с эффектом Холла, может определять важные параметры, такие как тип проводимости, концентрация носителей и их подвижность в полупроводниковых материалах.

Ⅱ Как работает датчик холла?

Согласно принципу эффекта Холла, величина потенциала Холла зависит от Rh, постоянной Холла, которая связана с материалом полупроводника; I - ток смещения элемента Холла; B - напряженность магнитного поля; d - толщина полупроводникового материала.

Для данного устройства Холла, когда ток смещения I фиксирован, UH будет полностью зависеть от измеренной напряженности магнитного поля B.

Элемент Холла обычно имеет четыре клеммы, две из которых являются входными клеммами тока смещения I. элемента Холла, а два других являются выходными клеммами напряжения Холла.Если две выходные клеммы образуют внешнюю петлю, будет генерироваться ток Холла. Вообще говоря, установка тока смещения обычно задается внешним источником опорного напряжения. Если требования к точности высоки, источник опорного напряжения заменяется источником постоянного тока. Для достижения высокой чувствительности некоторые элементы Холла снабжены сплавами с покрытием с высокой магнитной проницаемостью; потенциал Холла у этого типа датчика велик, но насыщение происходит около 0.05Т.

Рисунок 1. Эффект Холла

Управляющий ток I прикладывается к обоим концам полупроводникового листа, и однородное магнитное поле с силой магнитной индукции B прикладывается в вертикальном направлении листа, затем напряжение Холла с разностью потенциалов UH будет генерироваться в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю.

В магнитном поле находится полупроводниковый чип Холла, и постоянный ток I проходит от A к B через чип.Под действием силы Лоренца поток электронов I смещается в одну сторону при прохождении через полупроводник Холла, вызывая разность потенциалов листа в направлении CD, которая является так называемым напряжением Холла.

Напряжение Холла изменяется в зависимости от силы магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем выше напряжение. Чем слабее магнитное поле, тем ниже напряжение. Напряжение Холла очень мало, обычно всего несколько милливольт, но оно усиливается усилителем в интегральной схеме.Напряжение может быть достаточно усилено для вывода более сильного сигнала. Если в качестве датчика используется ИС Холла, требуется механический метод для изменения интенсивности магнитной индукции. В методе, показанном на рисунке ниже, используется вращающееся рабочее колесо в качестве переключателя для управления магнитным потоком. Когда лопасть крыльчатки находится в воздушном зазоре между магнитом и ИС Холла, магнитное поле отклоняется от встроенного чипа, и напряжение Холла исчезает. Таким образом, изменение выходного напряжения ИС Холла может указывать на определенное положение приводного вала крыльчатки.Используя этот принцип работы, микросхему Hall IC можно использовать в качестве датчика угла опережения зажигания. Датчик на эффекте Холла - пассивный датчик. Для работы требуется внешний источник питания. Эта функция позволяет обнаруживать работу на низкой скорости.

Fgure2. Датчик Холла

Элемент из полупроводниковых материалов 1-Холла 2-Постоянный магнит 3-лезвие, блокирующее силовую линию магнитного поля

Ⅲ Эффект Холла

Приложение магнитного поля, перпендикулярного направлению тока на полупроводнике, вызовет образование электронов и дырок в полупроводнике собираться в разных направлениях под действием силы Лоренца в разных направлениях, и между накопленными электронами и дырками будет создаваться электрическое поле.После того, как сила уравновесится с силой Лоренца, она больше не собирается. В это время электрическое поле будет подвергать последующие электроны и дырки силе электрического поля и уравновешивать силу Лоренца, создаваемую магнитным полем. Отверстия могут плавно проходить без смещения, это явление называется эффектом Холла. Создаваемое встроенное напряжение называется напряжением Холла.

Эффект Холла особенно важен в прикладной технике. Холл обнаружил, что если ток (Iv) приложен к проводнику (d), находящемуся в магнитном поле (B), направление магнитного поля перпендикулярно направлению приложенного напряжения, тогда оно будет перпендикулярно магнитному полю. поле и перпендикулярно направлению приложенного тока. Другое напряжение (UH) будет генерироваться в направлении.Напряжение называется напряжением Холла. Это явление называется эффектом Холла. Это как дорога. Все равномерно распределились по дороге и двинулись вперед. Когда есть магнитное поле, всех можно оттолкнуть вправо от шага. По обеим сторонам дороги (проводника) будет перепад напряжения. Это называется «эффектом Холла». Устройство Холла, созданное на основе эффекта Холла, должно использовать магнитное поле в качестве рабочего тела для преобразования параметров движения объекта в форму цифрового выходного напряжения, чтобы он имел функции измерения и переключения.

До сих пор устройства Холла, которые широко используются в современных автомобилях, включают датчики сигналов на распределителях, датчики скорости в системах ABS, спидометры и одометры автомобилей, детекторы физического количества жидкости, а также обнаружение токов различных электрических нагрузок и диагностику условий работы, датчики частоты вращения коленчатого вала и угла поворота коленчатого вала, различные переключатели и т. д.

sensor Классификация датчика Холла

Датчики на эффекте Холла делятся на линейные датчики на эффекте Холла и датчики на переключающем эффекте Холла.

(1) Датчик Холла переключаемого типа состоит из регулятора напряжения, элементов Холла, дифференциального усилителя, триггера Шмитта и выходного каскада, который выводит цифровую величину. Существует также особая форма датчика Холла переключаемого типа, называемая датчиком Холла замкового типа.

(2) Линейный датчик на эффекте Холла состоит из элементов Холла, линейного усилителя и эмиттерного повторителя, который выводит аналоговую величину.

Датчики на линейном эффекте Холла можно разделить на разомкнутые и замкнутые.Датчик на эффекте Холла с обратной связью также называется датчиком на эффекте Холла с нулевым потоком. Датчики с линейным эффектом Холла в основном используются для измерения постоянного и переменного тока и напряжения.

1. Тип переключателя

Как показано на рисунке 3, где Bnp - интенсивность магнитной индукции в рабочей точке «включено», а BRP - интенсивность магнитной индукции в точке сброса «выключено». Когда интенсивность приложенной магнитной индукции превышает точку действия Bnp, датчик выдает низкий уровень.Когда интенсивность магнитной индукции падает ниже точки срабатывания Bnp, выходной уровень датчика не изменяется, и датчик переходит с низкого уровня до тех пор, пока он не упадет с точки срабатывания BRP на высокий уровень. Гистерезис между Bnp и BRP делает переключение более надежным.

Рисунок 3. Тип переключателя Датчик Холла

2. Тип ключа

Как показано на Рисунке 4, когда интенсивность магнитной индукции превышает рабочую точку Bnp, выходной сигнал датчика изменяется с высокого уровня на низкий уровень.После отмены внешнего магнитного поля его выходное состояние остается неизменным (то есть состояние фиксации), и только когда интенсивность магнитной индукции достигает BRP, уровень может быть изменен.

Рисунок 4. Датчик Холла ключевого типа

3. Линейный тип

Выходное напряжение линейно зависит от напряженности приложенного магнитного поля. Как показано на рисунке 5, можно видеть, что существует хорошая линейность в диапазоне напряженности магнитной индукции от B1 до B2.Когда интенсивность магнитной индукции превышает этот диапазон, он насыщается.

Рисунок 5. Датчик Холла линейного типа

4. Датчик тока без обратной связи

Поскольку внутри соленоида под напряжением существует магнитное поле, его размер пропорционален току в проводе, поэтому датчик на эффекте Холла можно использовать для измерения магнитное поле для определения величины тока в проводе. Используя этот принцип, можно спроектировать и изготовить датчик тока Холла.Преимущество датчика на эффекте Холла состоит в том, что он не имеет электрического контакта с проверяемой схемой. Таким образом, он не влияет на тестируемую цепь и не потребляет мощность тестируемого источника питания и особенно подходит для измерения большого тока.

Принцип работы датчика тока Холла показан на рисунке. Стандартный кольцевой сердечник имеет зазор. Вставьте датчик Холла в зазор. Кольцо намотано катушкой. Когда ток проходит через катушку, создается магнитное поле, и датчик на эффекте Холла выдает выходной сигнал.

5. Датчик тока с обратной связью

Датчик тока магнитного баланса также называется датчиком тока с обратной связью Холла, также известным как датчик компенсации. Магнитное поле, создаваемое измеренным током Ip основного контура на магнитном кольце, проходит через вторичную катушку, так что устройство Холла находится в рабочем состоянии обнаружения нулевого магнитного потока.

Конкретный рабочий процесс датчика тока магнитного баланса заключается в следующем: когда ток проходит через главный контур, магнитное поле, генерируемое на проводе, собирается магнитным кольцом и индуцируется на устройстве Холла, а генерируемый выходной сигнал используется для возбуждения соответствующей силовой трубки для получения компенсационного тока Is.Этот ток затем создает магнитное поле через многооборотную обмотку, которое является прямо противоположным магнитному полю, создаваемому измеряемым током, таким образом компенсируя исходное магнитное поле и постепенно уменьшая выходную мощность устройства Холла. Когда магнитное поле, создаваемое умножением Ip на количество витков, становится равным, Is больше не увеличивается, и устройство Холла в это время играет роль индикатора нулевого магнитного потока, который может быть уравновешен Is. Любое изменение измеряемого тока нарушит этот баланс.Как только магнитное поле выходит из равновесия, устройство Холла выдает выходной сигнал. Сразу после усиления мощности соответствующий ток течет через вторичную обмотку для компенсации несбалансированного магнитного поля. Время, необходимое от дисбаланса магнитного поля до восстановления равновесия, теоретически составляет менее 1 мкс, что является процессом динамической балансировки.

Рисунок 6. Датчик тока с обратной связью

Ⅴ Преимущества датчика Холла

1.Датчики на эффекте Холла могут измерять произвольные формы сигналов тока и напряжения, такие как сигналы постоянного и переменного тока, импульсные и даже переходные пики. Вторичный ток точно отражает форму волны первичного тока. Обычный трансформатор несравненный, он обычно подходит только для измерения синусоидальной волны 50 Гц;

2. Между первичной и вторичной цепями имеется хорошая гальваническая развязка, а напряжение изоляции может достигать 9600 В среднеквадратического значения;

3. Высокая точность: точность лучше 1% в рабочем диапазоне температур, который подходит для измерения любой формы волны;

4.Хорошая линейность: лучше 0,1%;

5. Широкая полоса пропускания: время нарастания широкополосного датчика тока может быть менее 1 мкс; однако полоса пропускания датчика напряжения узкая, обычно в пределах 15 кГц, время нарастания высоковольтного датчика напряжения 6400 В среднеквадр. составляет около 500 мкс, а полоса пропускания составляет около 700 Гц.

6. Диапазон измерений: датчики на эффекте Холла являются серийными продуктами, измерение тока может достигать 50 кА, измерение напряжения может достигать 6400 В.

Ⅵ Применение датчика Холла

1.Технология датчиков на эффекте Холла, используемая в автомобильной промышленности

Технология датчиков на эффекте Холла имеет широкий спектр применения в автомобильной промышленности, в том числе в силовых установках, управлении кузовом, противобуксовочной системе и антиблокировочной тормозной системе. Чтобы удовлетворить потребности различных систем, датчики на эффекте Холла делятся на три типа: переключатели, аналоговые и цифровые датчики.

Датчики на эффекте Холла могут быть изготовлены из металлов, полупроводников и т. Д. Качество эффекта Холла зависит от материала проводника, который напрямую влияет на положительные ионы и электроны, проходящие через датчик.При производстве элементов Холла в автомобильной промышленности обычно используются три полупроводниковых материала, а именно арсенид галлия, антимонид индия и арсенид индия. Наиболее часто используемый полупроводниковый материал - арсенид индия.

Форма датчика Холла определяет разницу в схеме усилителя, и его выход должен быть адаптирован к управляемому устройству. Этот выходной сигнал может быть аналоговым, например датчиком положения ускорения или датчиком положения дроссельной заслонки, или может быть цифровым, например датчиком положения коленчатого вала или распределительного вала.

Когда элемент Холла используется для аналогового датчика, этот датчик может использоваться для термометра в системе кондиционирования воздуха или датчика положения дроссельной заслонки в системе управления мощностью. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а усилитель - к транзистору NPN. Магнит закреплен на вращающемся валу. Когда вал вращается, магнитное поле на элементе Холла усиливается. Создаваемое им напряжение Холла пропорционально силе магнитного поля.

Когда элемент Холла используется для цифровых сигналов, таких как датчик положения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала или датчик скорости автомобиля, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а дифференциальный усилитель - к триггеру Шмитта. В этой конфигурации датчик выдает сигнал включения или выключения. В большинстве автомобильных цепей датчики на эффекте Холла представляют собой поглотители тока или цепи сигнала заземления. Для этого к выходу триггера Шмитта необходимо подключить NPN-транзистор.Магнитное поле проходит через элемент Холла, а лезвие спускового колеса проходит между магнитным полем и элементом Холла.

2. Датчик эффекта Холла, примененный к счетчику такси

Применение датчика Холла к таксометру: сигнал, обнаруженный датчиком эффекта Холла A44E, установленным на колесе, отправляется на однокристальный микрокомпьютер. После обработки и расчета и отправляется на дисплей, тем самым завершая расчет пробега.Порт P3.2 используется как входной терминал сигнала, а внешнее прерывание 0 используется для внутренних целей. Каждый раз, когда колесо поворачивается (окружность колеса 1 м), переключатель Холла обнаруживает и выдает сигнал, вызывая прерывание микроконтроллера. Когда счетчик импульсов достигает 1 000 раз, то есть 1 км, однокристальный микрокомпьютер автоматически увеличивает количество импульсов.

Каждый раз, когда датчик Холла выдает сигнал низкого уровня, микроконтроллер прерывается один раз.Когда счетчик пробега подсчитывает импульсы пробега 1000 раз, программа накапливает текущую сумму, и микрокомпьютер входит в сервисную программу прерывания подсчета пробега. В этой программе необходимо завершить операцию накопления текущего пробега и общей суммы и сохранить результат в регистре пробега и общей суммы.

3. Датчик холлового тока, используемый в преобразователе частоты

Магнитное поле индуцируется вокруг провода, по которому протекает ток, а затем используется устройство Холла для обнаружения магнитного поля, индуцированного током, и величины ток, который генерирует это магнитное поле, можно измерить.Таким образом, можно построить датчики тока и напряжения Холла. Поскольку выходное напряжение устройства Холла пропорционально произведению приложенной к нему магнитной индукции и рабочего тока, протекающего через него, это устройство с функцией умножения и может напрямую взаимодействовать с различными логическими схемами, а также может напрямую управляться. грузы различного характера. Поскольку принцип применения устройства Холла прост, обработка сигналов удобна, а само устройство имеет ряд уникальных преимуществ, оно также играет очень важную роль в инверторе.

В преобразователях частоты основная роль датчиков холловского тока - защита дорогих мощных транзисторов. Поскольку время отклика датчика тока Холла меньше 1 мкс, при возникновении перегрузки и короткого замыкания питание может быть отключено до того, как транзистор достигнет предельной температуры.

Датчик тока Холла можно разделить на тип прямого измерения и нулевую магнитную формулу в соответствии с его рабочим режимом. В инверторе из-за необходимости точного контроля и расчета выбран метод нулевого магнитного потока.Усиление выходного напряжения устройства Холла, а затем усиление тока. Этот ток проходит через компенсационную катушку и магнитное поле, создаваемое компенсационной катушкой, и магнитное поле, создаваемое измеряемым током, в противоположном направлении. Если выполняется условие IoN1 = IsN2, то магнитный поток в сердечнике равен 0, тогда выполняется следующая формула:

Io = Is (N2 / N1)

В формуле Io - измеренный ток, который есть ток в первичной обмотке магнитопровода.N1 - количество витков в первичной обмотке. Is - ток в компенсационной обмотке, а N2 - количество витков в компенсационной обмотке. Из приведенной выше формулы можно узнать, что при достижении магнитного баланса Io можно получить из Is и отношения витков N2 / N1.

Датчик тока Холла характеризуется «беспотенциальным» обнаружением тока. То есть измерительная схема может осуществлять обнаружение тока без доступа к тестируемой цепи, и они связаны магнитным полем.Следовательно, входные и выходные цепи схемы обнаружения полностью электрически изолированы. В процессе обнаружения схема обнаружения и обнаруженная схема не влияют друг на друга.

Рекомендуемый артикул:

Что такое датчики веса?

Принцип работы и разработка магнитных датчиков

Датчик Холла | Работа, преимущества, применение

ДАТЧИК ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Датчик Холла - это тип магнитного датчика.Датчик на эффекте Холла - это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на изменение магнитного поля. В 1879 году Эдвин Холл обнаружил, что «когда в проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводили перпендикулярно магнитному полю напряжение, которое можно было измерить под прямым углом к ​​пути тока». Напряжение прямо пропорционально количеству силовых линий, проходящих через проводник, углу, под которым они проходят через проводник, и величине используемого тока. Когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, создается напряжение, перпендикулярное как току, так и полю.Этот принцип известен как эффект Холла.

Принцип эффекта Холла

Рисунок 1.37 иллюстрирует основной принцип эффекта Холла. На нем показан тонкий лист полупроводникового материала (элемент Холла), через который проходит ток.

Выходные соединения перпендикулярны направлению тока. Когда магнитное поле отсутствует, как показано на рисунке 1.37 (a), распределение тока однородно, и на выходе не видно разницы потенциалов.
Когда присутствует перпендикулярное магнитное поле, показанное на Рисунке 1.37 (b), сила действует на ток. Эта сила нарушает распределение тока, в результате чего возникает разность потенциалов (напряжение) на выходе.

Датчик на эффекте Холла также можно использовать для измерения уровня топлива в топливном баке (рисунок 1.39). Поплавок обладает плавучестью в топливе. Он всплывает, когда топлива становится больше. Зазор между магнитом и датчиком Холла изменится. Это приводит к изменению вывода. Пружины позволяют поплавку двигаться только вертикально.

Датчик Холла уровня жидкости

Применение датчика Холла
  • Датчики Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.
  • Датчики Холла обычно используются для измерения скорости вращения колес и валов например, для определения угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания или тахометров.
  • Они используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита.
  • Типичные области применения - обнаружение движущейся части, заменяющей механический концевой выключатель. Другое распространенное использование - индексирование вращательного или транснационального движения

Преимущества датчика Холла
  1. Это относительно низкая стоимость по сравнению с электромагнитными переключателями
  2. Возможна высокочастотная работа
  3. Он используется для различных целей использование в качестве датчиков перемещения, положения и приближения
  4. Он прочный и прочный и способен работать в суровых условиях окружающей среды, поскольку они невосприимчивы к влажности.
  5. Отсутствует проблема дребезга контактов

Недостатки

Датчик становится слабый во время эффектов смещения, вызванных несовпадением контакта в элементе Холла и пьезорезистивными эффектами.

Сачин Торат

Сачин имеет диплом бакалавра технических наук в области машиностроения в известном инженерном колледже.В настоящее время он работает дизайнером в индустрии листового металла. Кроме того, он интересовался дизайном продуктов, анимацией и дизайном проектов. Он также любит писать статьи, относящиеся к области машиностроения, и пытается мотивировать других студентов-механиков своими инновационными проектными идеями, дизайном, моделями и видео.

Недавние сообщения

ссылка на Пластиковые материалы - Основные, Типы пластмасс, Свойства, Применение Ссылка на гидравлические уплотнения - Определение, Типы, Схема, Функции, Отказ, Применение

LearnMech.Com - это платформа, ориентированная на проекты в области машиностроения, которой управляет Сачин Торат, получивший степень бакалавра технических наук в области машиностроения. Чтобы узнать больше об этом портале или Сачин Торат, нажмите кнопку ниже!

ПОДРОБНЕЕ

Датчики и приложения на эффекте Холла

С тех пор, как Эдвин Холл обнаружил эффект, который в его имени назван эффектом Холла, этот принцип использовался во многих приложениях за последние полвека, и список продуктов основан на эффекте Холла продолжает расти, от автомобилей до самолетов, от посудомоечных машин до стиральных, от станков до медицинского оборудования.Эффект Холла - идеальная технология, которую можно использовать для зондирования. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала или полупроводника. Выходные соединения элемента Холла перпендикулярны направлению тока. Когда они присутствуют в магнитном поле, носители заряда испытывают силу, называемую силой Лоренца, поперек направления приложенного магнитного поля и тока. Эффект силы Лоренца, действующей на носители заряда, заключается в отклонении носителей заряда в одну сторону для создания напряжения ЭДС (электродвижущей силы), напряжения Холла на элементе Холла, как показано ниже.Напряжение Холла пропорционально напряженности приложенного магнитного поля.

Были изобретены различные типы датчиков на эффекте Холла, такие как переключатели на эффекте Холла, защелки на эффекте Холла и линейные датчики на эффекте Холла. Эти датчики на эффекте Холла широко используются во многих продуктах, таких как бытовая техника, торговые автоматы, банкоматы, медицинское оборудование, автомобили, фитнес-оборудование, токовые клещи, копировальные аппараты, средства автоматизации и т. Д.

Регулировка автокресла

Автокресло Схема блока управления (Mouser.com)

Традиционные автокресла с ручной регулировкой были в конечном итоге заменены автокреслами с электронным управлением. Датчики Холла и электродвигатели широко используются для автоматического управления и регулировки сидений водителей и пассажиров. Комфорт автокресел был очень важным фактором, влияющим на наши впечатления от поездки. Более того, простая, быстрая и точная регулировка сиденья предлагает водителю более безопасную, удобную и простую рабочую среду.Сложная система управления сиденьем, объединяющая AI (искусственный интеллект), позволяет глубоко изучать стиль, уравновешенность и жесты водителя, чтобы предоставить водителю эргономически здоровую систему взаимодействия человека с машиной.

В настоящее время электрическое сиденье автомобиля в основном состоит из внутреннего двигателя, датчика Холла, механизма регулировки положения сиденья, схемы привода двигателя и однокристального микрокомпьютера. Среди них мотор соединен с механизмом регулировки положения сиденья и образует силовую часть; а однокристальный микрокомпьютер соединен со схемой управления двигателем и датчиком Холла, образуя часть автоматического управления.В вышеупомянутых разделах датчик Холла может измерять внешний вращающийся вал двигателя и передавать импульсный сигнал на однокристальный микрокомпьютер. Однокристальный микрокомпьютер может получать информацию о вращении двигателя, относящуюся к импульсному сигналу, путем подсчета импульсных сигналов, то есть информацию о текущем положении сиденья. Когда сиденье отрегулировано на месте и двигатель выключен, однокристальный микрокомпьютер может сохранять номер импульса, соответствующий этому положению.

Драйвер может выбрать, устанавливать ли текущее положение в состояние по умолчанию, тем самым заменяя исходную информацию о местоположении по умолчанию.Когда сиденье наклоняется вперед и назад, схема управления вызывает однокристальный микрокомпьютер для управления двигателем вперед и назад, а однокристальный микрокомпьютер регулирует количество импульсов, принимаемых датчиком Холла в исходном процессе (по умолчанию position соответствует номеру импульса) на основе операций сложения и вычитания для получения информации о положении сиденья по умолчанию.
TI DRV5057-Q1 - это линейный датчик на эффекте Холла с выходом PWM для автомобильных приложений, таких как определение положения, торможение, ускорение, педали сцепления, переключатель передач, положение дроссельной заслонки, а также многие другие приложения для кодирования абсолютного угла.DRV5057-Q1 реагирует пропорционально плотности магнитного потока, чтобы точно определять небольшое изменение углового положения. Устройство работает от источников питания 3В или 5В. Когда он не находится в магнитном поле, его выходной сигнал представляет собой прямоугольную волну с коэффициентом заполнения 50%. Рабочий цикл на выходе изменяется линейно в зависимости от приложенной плотности магнитного потока, и линейность может поддерживаться с магнитным полем от 8% до 92%.

Texas Instruments DRV5057-Q1TI DRV5057-Q1 Отклик магнитного поля на выходе ШИМ

Управление зажиганием двигателя

С развитием автомобильных двигателей в направлении высокой скорости, высокой степени сжатия, высокой мощности, низкого расхода топлива и низкого уровня выбросов , традиционные устройства зажигания не соответствовали требованиям эксплуатации.Основными компонентами устройства зажигания являются катушка зажигания и переключающее устройство. Когда энергия катушки зажигания увеличивается, свеча зажигания может генерировать искры с достаточной энергией. Это основное условие адаптации устройства зажигания к работе современных двигателей. Основной принцип, по которому датчики Холла могут быть приняты большинством производителей автомобилей в качестве воспламенителя, заключается в следующем:

Генератор сигналов на эффекте Холла является активным устройством, он должен обеспечивать питание для работы, мощность интегрированного блока Холла составляет обеспечивается воспламенителем.Коллектор выходного электрода ИС Холла является открытым выходом, а сопротивление нагрузки коллектора элемента Холла задается в воспламенителе.

Генератор сигнала на эффекте Холла имеет три провода и подключается к воспламенителю, один из которых является проводом подачи питания, один - проводом вывода сигнала, а другой - проводом заземления. При работе распределителя лезвие вращается вместе с валом распределителя. Всякий раз, когда лопасть входит в воздушный зазор между элементами эффекта Холла постоянного магнита, магнитное поле в блоке Холла запускается обходом лопасти крыльчатки (или магнитной изоляцией). При этом элемент с эффектом Холла не генерирует напряжение Холла. В этот момент выходной транзистор интегральной схемы отключается, и генератор сигналов выдает высокий потенциал.

Когда лопасть крыльчатки спускового механизма выходит из воздушного зазора, магнитный поток постоянного магнита образует петлю через направляющую пластину через коллекторный блок. В это время элемент Холла генерирует напряжение Холла, триод выходного полюса интегральной схемы находится в проводящем состоянии, выходной сигнал генератора низкий потенциал. Когда задний край выемки рабочего колеса поворачивается так, что обнажается только половина поверхности магнитного полюса, напряжение на выходе сигнала мгновенно перескакивает с низкого потенциала на высокий, и это и есть момент зажигания.Постоянно выходной сигнал датчика представляет собой последовательность импульсов ШИМ с переключением импульсов от почти 0 В до примерно 2,5 В. Частота переключения увеличивается с увеличением оборотов двигателя.

Катушка распределителя звукоснимателей на эффекте Холла (от Pico Technology) Принцип работы змеевика на распределителе на эффекте Холла (от Pico Technology)

Массажное кресло

Двухпроводной датчик Холла без печатной платы Melexis Датчик положения двигателя сиденья на эффекте Холла - автомобильный Контроллер автокресла Двухпроводной датчик положения сиденья на эффекте Холла с фиксацией

С быстрым ростом нашей экономики наши жилищные условия улучшились очень хорошо, но мы всегда заняты учебой и работой весь день.Обычно мы проводим долгое время в офисе, сидя за столом, что заставляет нас чувствовать усталость в конце дня. Мы хотим полностью освежить свое тело. Один из самых простых способов быстро расслабить тело - это массажное кресло. С массажным креслом вы можете остаться дома и отдохнуть в течение еще одного свежего дня.
Массажное кресло управляется микроконтроллером для выполнения сложных движений и задач планирования времени. Узел движения для массажа спины перемещается вперед и назад между верхней точкой хода и нижней точкой хода в направляющей рамы для массажа спины.Чтобы массажное движение спины могло точно определять верхнюю и нижнюю точки перемещения, массажное кресло оснащено постоянным магнитом в каждой из верхней и нижней точек перемещения, а датчик защелки на эффекте Холла установлен в массажном движении спины. сборка.
Таким образом, постоянные магниты и датчики защелки на эффекте Холла в верхней и нижней точках перемещения составляют два набора датчиков эффекта Холла: при массаже спины механизм перемещается от нижнего до верхнего предела перемещения, датчик защелки на эффекте Холла срабатывает магнитным полем постоянного магнита, установленного в верхней точке перемещения, относительное положение массажного механизма является выходным сигналом в виде напряжения; также, когда механизм массажа спины перемещается сверху вниз при движении вниз, его датчик эффекта Холла срабатывает магнитным полем постоянного магнита, установленного в точке хода вниз. Датчик эффекта Холла выдает относительное положение массажа спины. механизм в виде напряжения.

Управление посудомоечной машиной

Littelfuse Примечания по применению - Магнитное зондирование в посудомоечных машинах

С постоянным повышением уровня жизни людей степень интеллектуальности электрических приборов становится все выше и выше. Многие семьи использовали полностью автоматические бытовые посудомоечные машины, которые могут полностью заменить ручную очистку посуды, палочек для еды, тарелок, ножей, вилок и другого кухонного инвентаря.

В настоящее время представленные на рынке автоматические посудомоечные машины можно разделить на два типа: бытовые и коммерческие.Полностью автоматические бытовые посудомоечные машины бывают в основном шкафного типа, настольного типа, раковины и встроенного типа. По структуре коммерческие посудомоечные машины можно разделить на пять категорий: тип шкафа, тип крышки, тип корзины, тип ремня передачи и ультразвуковой тип. Для таких мест, как рестораны, отели и правительственные столовые, он очень подходит для промышленных посудомоечных машин. Это может снизить трудоемкость поваров, повысить эффективность работы и улучшить чистоту и гигиену.
Какую роль играет Hall в полностью автоматической посудомоечной машине? Его можно использовать для управления вращением разбрызгивателя, который обычно представляет собой свободно вращающееся вращающееся устройство, приводимое в действие как горячей, так и холодной водой под высоким давлением. Очень важно убедиться, что разбрызгиватель не забит неправильно размещенной посудой или посудой в корзинах. Когда разбрызгиватель неожиданно останавливается, он будет мыть посуду только там, где остановился. Если разбрызгиватель приводится в действие электродвигателем, остановка может привести к продолжительному сгоранию двигателя.Переключатель с защелкой на эффекте Холла используется для защиты разбрызгивателя. Когда разбрызгиватель с установленным на нем магнитом проходит мимо переключателя эффекта Холла, переключатель срабатывает, чтобы вывести низкий сигнал, и он выдает высокий уровень, когда магнит проходит мимо переключателя. Если MCU контроллера посудомоечной машины не обнаруживает срабатывания переключателя в течение заданного времени, он запускает подпрограмму защиты, чтобы либо остановить машину, либо подать аварийный и предупредительный световой сигнал. В посудомоечной машине датчики на эффекте Холла также могут использоваться для дверных защелок и запирающих систем, переключателей потока воды и поддона для смягчения мыла / воды.

Положение бесщеточного двигателя постоянного тока

Honeywell Управление бесщеточным двигателем постоянного тока с датчиками положения на эффекте Холла

Бесщеточный двигатель постоянного тока состоит из корпуса двигателя и привода и является типичным продуктом мехатроники. Обмотки статора двигателя в основном выполнены в трехфазном симметричном соединении звездой, что очень похоже на трехфазный асинхронный двигатель. Ротор мотора приклеен постоянными магнитами, которые намагничены. Для определения стабильности ротора двигателя в двигателе установлен датчик положения.
Драйвер состоит из силовых электронных устройств и интегральных схем. Его функции: принимать сигналы пуска, останова и торможения двигателя для управления пуском, остановкой и торможением двигателя; принимать сигнал датчика положения и сигналы прямого и обратного направления для управления. Включение-выключение каждой силовой трубки переменного моста создает постоянный крутящий момент; он принимает команды скорости и сигналы обратной связи по скорости для управления и регулировки скорости; обеспечивает защиту, отображение и т. д.

Двигатели постоянного тока обладают быстрым откликом, большим пусковым крутящим моментом и могут обеспечивать номинальный крутящий момент от нулевой скорости до номинальной скорости, но преимущества двигателей постоянного тока также являются его недостатками, поскольку двигатели постоянного тока должны обеспечивать постоянное вращение при Номинальная нагрузка.Характеристики момента, магнитного поля якоря и магнитного поля ротора должны поддерживаться на уровне 90 °, что требует угольных щеток и коммутаторов. Угольная щетка и коллектор будут производить искры и угольный порошок при вращении двигателя. Поэтому, помимо повреждения компонентов, ограничены и случаи использования. Двигатели переменного тока не имеют угольных щеток и коммутаторов. Они не требуют обслуживания, прочные и широко используются. Однако для достижения производительности, эквивалентной характеристикам двигателей постоянного тока, требуются сложные методы управления.В настоящее время полупроводники быстро развиваются, и частота переключения силовых компонентов намного выше, что улучшает характеристики приводных двигателей. Скорость микропроцессора также становится все быстрее и быстрее, чего можно достичь, поместив управление двигателем переменного тока во вращающуюся двухосную прямоугольную систему координат для правильного управления составляющей тока двигателя переменного тока на двух осях для достижения аналогичного двигателя постоянного тока. управление и эквивалент двигателя постоянного тока.

Current Sensing

Infineon Линейные датчики на эффекте Холла для измерения тока

Магнитный сердечник выполнен в виде натяжной конструкции, устройство Холла помещается в отверстие магнитопровода, а кольцевой магнитопровод зажимается снаружи провода через через который протекает измеренный ток, и ток, протекающий через него, может быть измерен.Эти клещи могут измерять как переменный, так и постоянный ток. Токоизмерительные клещи могут использоваться для обнаружения случайного тока различного источника питания и электрического оборудования.

Принцип измерения токоизмерительных клещей постоянного и переменного тока обычно используется для проверки постоянного тока. Поскольку токоизмерительные клещи переменного тока не могут использовать метод электромагнитной индукции. Датчик Холла размещен, как показано на рисунке ниже. Генерируемый магнитный поток пропорционален основным постоянным и переменным токам в зажимной головке. Это датчик Холла, который определяет магнитный поток и преобразует его в выходное напряжение.

Управление фонтаном

С развитием общества ритм жизни людей постепенно увеличивается, а качество жизни постоянно улучшается. Появление питьевых фонтанов изменило традиционный способ питья. Традиционная форма кипячения чайника постепенно заменяется водой из бочек или водопроводными питьевыми фонтанчиками. Использование питьевых фонтанчиков не только экономит время и силы, но и гарантирует сохранность питьевой воды. Это устройство для нагрева или охлаждения минеральной или чистой воды из бочек, чтобы облегчить людям питье.Фактически, внутренняя структура диспенсера для воды очень проста и в основном состоит из таких устройств, как резервуар для воды, водопровод, резервуар для нагрева, устройство для стерилизации, выключатель питания и таймер.

Принцип работы: Когда вода протекает через узел ротора, магнитный ротор вращается, выдавая импульсный сигнал, и скорость изменяется линейно с расходом. Переключатель Холла выдает соответствующий импульсный сигнал на контроллер, чтобы определить размер и наличие расхода воды.Отрегулируйте ток пропорционального клапана, чтобы контролировать поток воды через пропорциональный клапан.

Расходомер воды на эффекте Холла

Здравоохранение - Измерение артериального давления

Измерение артериального давления обычно делится на два типа: один - традиционный метод аускультации, а другой - осциллометрический метод, то есть метод колебаний, который используется в электронных приборах измерения артериального давления. Электронный сфигмоманометр - это медицинское устройство, в котором используются современные электронные технологии и принцип косвенного измерения артериального давления для измерения артериального давления.По мере развития технологий измерение крови без манжеты становится более популярным, чем другие традиционные методы измерения крови. Пульсиметр с магнитоплетизмограммой на запястье (MPG) был разработан для контроля артериального давления с помощью датчика Холла, чувствительного к магнитному полю. Пульсиметр состоит из постоянного магнита, установленного на силиконовом корпусе в центре лучевой артерии. Артериальное давление и частоту пульса можно измерить без использования манжеты. С помощью пульсиметра MPG зарегистрированные импульсы лучевой артерии преобразуются в сигналы напряжения.Чтобы получить точное кровяное давление, сигналы, генерируемые пульсиметром MPG, одновременно сравниваются с областями систолы и диастолы в пульсовых волнах лучевой артерии.

На диаграмме показана базовая структура носимого на запястье пульсиметра с радиальной артериальной магнитоплететизмограммой (MPG) - Санг-Сук Ли и др., Sensors 2011, 11, 1784-1793

Поделитесь тем, что вы узнали

Типы датчиков положения и скорости

Исходя из этого представления, машины работают автономно, поэтому надежность и точность датчиков играют ключевую роль в функциональной безопасности.

Цель этой статьи - дать общее представление о типах датчиков положения и скорости с их сильными и слабыми сторонами. Каждый датчик подходит для определенной области применения. На рисунке ниже показаны различные принципы работы датчиков для измерения положения и скорости без претензий на полноту.

Технические характеристики датчиков положения и скорости

Из-за огромного количества типов и версий сенсоров выбор подходящего сенсора для конкретного приложения является сложной задачей.Во-первых, инженерам необходимо определить все соответствующие требования, которым должен соответствовать датчик. Он должен идеально подходить к применению, не выходить за рамки технических требований и иметь минимальную стоимость.

В общем, характеристики сенсора можно разделить на тип сенсора, электрические и механические характеристики, а также условия эксплуатации. Благодаря этим характеристикам датчики обладают преимуществами и недостатками для различных приложений. В следующем разделе представлены несколько важных технических характеристик датчиков с пояснениями и примерами.

Тип датчика
- Тип измерения: инкрементальное или абсолютное
- Принцип измерения: оптический, магнитный (на основе холла, индуктивный), электромеханический

Электрические характеристики
- Разрешение: наименьшее изменение, которое можно измерить
- Повторяемость: стабильность датчика при повторных измерениях из одной и той же начальной точки
- Точность: достоверность выходного сигнала в%
- Тип электрического выхода: аналоговый / цифровой, последовательный / параллельный
- Электропитание и выходное напряжение / ток

Механические характеристики
- Геометрия: Размеры, линейные, поворотные
- Масштабируемость: e.грамм. Угол 360 °, линейное измерение 500 мм, частота 20 кГц
- Механические интерфейсы: варианты разъемов, расположение проводов, механические точки крепления
- Воздушный зазор (бесконтактные датчики): например, 0,4 - 2,2 мм

Условия эксплуатации
- Диапазон температур
- Факторы окружающей среды: например, пыль / частицы, влажность, удары, вибрация, климат
- Классы защиты: например, IP, ESD-чувствительность, устойчивость к короткому замыканию

Сравнение выбранных датчиков положения и скорости

Основная задача датчиков положения - определение угловых или линейных смещений, расстояний, зазоров, растяжений и уровней заполнения.Потенциометр как электромеханический датчик - самый известный, но также самый старый тип датчика, изобретенный немецким физиком Иоганном Кристианом Поггендорфом в 1841 году. В настоящее время существует несколько версий и типов потенциометра. Производители постоянно совершенствовали электромеханический датчик, чтобы соответствовать строгим требованиям для нескольких новых областей применения. Кроме того, бесконтактные датчики со временем завоевали рынок, поскольку они обладают полезными характеристиками по сравнению с электромеханическим потенциометром.Это обсуждается ниже.

Датчики скорости и частоты используются для измерения пройденного расстояния или угла за единицу времени. Основная область применения - управление скоростью и мониторинг систем асинхронного привода, применяемых в различных отраслях промышленности, таких как дорожные и внедорожные автомобили, энергетический сектор, медицинский сектор, автоматизация и машиностроение. В этой области бесконтактные датчики проникли на рынок из-за отсутствия изнашиваемых механических частей, обеспечивающих длительный срок службы.

В следующем разделе представлены и сравниваются принцип, применения, преимущества и недостатки выбранных датчиков положения и скорости.

Потенциометры

Принцип

В потенциометрах
используется резистивный элемент в виде механического скользящего контакта для измерения линейных или угловых перемещений. Ползунок всегда соприкасается с дорожкой сопротивления. Степень сопротивления изменяется в зависимости от движения ползунка. В дополнение к механической части каждый потенциометр нуждается во внешнем источнике питания, чтобы механическое движение можно было преобразовать в электрический сигнал. Выходное напряжение зависит от степени сопротивления и, следовательно, от угла поворота или пройденного расстояния.Диапазон измерения, выходной сигнал и электрические соединения настраиваются и доступны многими производителями электрических компонентов. Потенциометры обеспечивают абсолютные значения измерения по сравнению с инкрементными датчиками, система измерения которых основана на повторяющихся и периодических градуировках.

Сильные стороны
- Низкая стоимость (копейки, но высокоточные версии могут стоить до 200 долларов)
- Гибкость в установке и характеристиках
- Не требуется внутренних электронных компонентов
- Быстрое прототипирование
- Доступность многими производителями
- Высокое разрешение и точность измерений ( точность выходного сигнала лучше 1%)
- Резервирование для надежных сигналов
- Диапазон рабочих температур до 250 ° C
- Измерение большого смещения (до 360 °; 1500 мм)

Слабые стороны
- Чувствительность к износу, особенно в условиях высокой вибрации (например,грамм. дорожные транспортные средства, тяжелые установки или авиационные системы)
- Восприимчивость к инородным частицам, таким как пыль / песок, которые будут истирать резистивную гусеницу (срок службы значительно сокращается)
- Ограниченный срок службы из-за износа, который можно рассчитать в среднем на 500000 циклов
- Не подходит для работы с жидкостями
- Не подходит для высоких ускорений (ползун может отделяться)
- Необходим цифровой преобразователь, увеличивающий стоимость
- Ограниченная миниатюризация, которая может ограничить доступный диапазон измерений

Области применения
В общем, потенциометры больше подходят для приложений с умеренными рабочими циклами и благоприятными условиями окружающей среды.Требования к приложениям не должны быть жесткими из-за износа и трения механического ползуна.

Поскольку потенциометры существуют во множестве различных версий с преимуществом низкой цены и широкой доступности, их можно найти почти во всех отраслях промышленности.

Индуктивные энкодеры

Принцип


Индуктивный энкодер, также известный как инкодер, представляет собой бесконтактный датчик скорости и позиционирования, подходящий для линейных и угловых перемещений.На основе принципа электромагнитной индукции датчик измеряет, например, в двигателях положение ротора относительно статора. Основными компонентами индуктивного датчика являются катушки (традиционный инкодер) или печатные схемы на подложках (инкодер нового поколения). Когда металлическая цель приближается к индуктору, происходит изменение магнитного поля. По закону индукции датчик создает напряжение между биполярным выходом, которое пропорционально временному изменению магнитного потока.Это вызывает ток, который течет через индуктивность и подключенные провода к выходному устройству. Дальность обнаружения зависит от типа целевого материала; черные металлы обеспечивают больший диапазон чувствительности, чем цветные металлы. Электроника может быть размещена вдали от чувствительной области, что позволяет использовать инкодер в суровых условиях.

Сильные стороны
- Безопасная и надежная работа даже в тяжелых условиях
- Бесконтактная и не подверженная износу
- Множественная геометрия, например, криволинейная, 2D и 3D определение положения
- Для широкого и малого диапазонов измерения
- Диапазон рабочих температур до 150 ° C
- Высокая точность (по шкале от 360 ° до 0,09 °)
- Новое поколение: многослойные тонкие датчики для дублирующих сигналов
- Высокое сопротивление ЭМВ
- Электроника может быть расположена вдали от зоны обнаружения, - нет требуется защита

Слабые стороны
- Традиционный инкодер: большой размер из-за спулинга и отсутствия избыточного измерения
- Новое поколение: фактор стоимости
- Не подходит для измерений на низких скоростях (выходной сигнал зависит от частоты)
- Чувствительность к изменению воздушного зазора

Области применения
- Мониторинг и контроль приложений, связанных с безопасностью (машиностроение, производство оборудования, дорожные и внедорожные транспортные средства)
- Технологии хранения и обращения
- Датчик частоты вращения двигателя и колеса, дизельный топливный насос, датчик распределительного вала
- Индуктивный тахометр двигателя (датчик частоты коленчатого вала)

Датчики Холла

Принцип


Датчики на эффекте Холла очень чувствительны к магнитным полям.Их можно использовать для линейных и угловых измерений, а также для измерения скорости и направления. Основным компонентом этих датчиков является ИС Холла и находящийся под ним постоянный магнит. Эффект Холла основан на тонких полупроводниковых чипах. Если в такую ​​токопроводящую пластину вертикально проникает индукция B (постоянный магнит), носители заряда отклоняются силой Лоренца, перпендикулярной полю. Ток I, обеспечиваемый внешним источником питания, отклоняется от его прямого пути.Таким образом, можно обнаружить напряжение U, которое возникает поперек направления тока между двумя противоположными краевыми точками пластины. Выходное напряжение U пропорционально индукции B и току I.

Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, подвергается влиянию, как только к датчику приближается внешний ферромагнитный материал. В частности, для определения скорости, характеристики целевого колеса и воздушного зазора должны быть совместимы с датчиком Холла.

Благодаря этому принципу датчик работает с постоянным током, подаваемым от внешнего источника питания.Вот почему датчики Холла считаются активными датчиками, поскольку им нужна встроенная электроника? для обработки сигналов. В отличие от физических явлений индукции, эффект Холла возникает в стационарных условиях. Выходное напряжение ИС Холла сохраняется даже при постоянном магнитном поле.

Сильные стороны
- Настоящее твердое тело, отсутствие движущихся частей, отсутствие износа от трения
- Практически неограниченный срок службы (миллиард операций)
- Высокая скорость работы - возможно более 100 кГц
- Работает со стационарным входом (нулевая скорость)
- Широкий температурный диапазон (от -40 до + 150 ° C)
- Высокая повторяемость работы
- Маленький размер (физически подходит для многих приложений, где другие магнитные преобразователи были бы слишком громоздкими)
- Прочность: невосприимчивость к ударам и вибрации, высокая устойчивость к влаге и загрязнения окружающей среды
- Может определять направление поля, а также его величину
- Экономичный
- Различные типы обеспечивают цифровой, аналоговый или программируемый выход
- Доступны 2-, 3- или 4-проводные конфигурации

Слабые стороны
- Датчики чувствительны к электростатическому разряду и магнитному потоку из окружающей среды (например.грамм. провода) может привести к неточным результатам
- Работает только с нагрузками постоянного тока
- Требуется постоянное потребление тока
- Требуется интегральная схема

Области применения
- Успешно используется в агрессивных средах, таких как внутри автомобильных трансмиссий и в скважинах оборудования для бурения нефтяных скважин
- Скорость колес и валов, например, измерение скорости, установка угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания, антиблокировочные тормозные системы
- Электродвигатели постоянного тока для определения положения постоянного магнита
- Силовые установки / энергия ветра: скорость турбины
- Угловые датчики для рулевого управления и педальных систем для внедорожников
- Системы ABS и измерение скорости в электровелосипедах

Оптический кодировщик

Принцип


Оптические датчики обычно известны как энкодеры и инкрементальные датчики положения для угловых и линейных измерений.Они также подходят для измерения скорости. Основными компонентами являются светодиод, поворотно-оптический диск с референтной меткой, а также фотодатчик со схемой возведения в квадрат. Генерируемый световой луч, создаваемый светодиодом, просвечивает через решетку оптического диска или на нее. Результирующий свет измеряется фотодатчиком и автоматически преобразуется в цифровой выходной сигнал.

Сильные стороны
- Датчики вращения могут достигать 50-5000 отсчетов на оборот
- Высокая точность при точном монтаже
- Малый вес датчика
- Срок службы 80 тыс. - 100 тыс. Часов
- Невосприимчивость к ферромагнитным материалам

Слабые стороны
- В жестких условиях измерения могут быть неудачными, если линза или оптический диск будут закрыты посторонними частицами, такими как вода, грязь или стружка.
- Чувствительность к ударам
- Отсутствие или незначительное предупреждение о неизбежном отказе
- Ограниченный диапазон рабочих температур (максимум 70 ° C)

Области применения
- Измерение положения, скорости и направления
- Приложения, требующие большого количества отсчетов на оборот в благоприятных условиях
- Подходит для сред / приложений с ферромагнитными материалами

Геркон

Принцип
Геркон был изобретен Bell Labs в 1930-х годах.В течение десяти лет он начал находить широкое применение в качестве датчика положения в электронном и испытательном оборудовании. В отличие от других датчиков, упомянутых в этой статье, герконовый переключатель может определять только конечное положение цели или его можно использовать в качестве датчика скорости, поскольку он считает переключение с течением времени. Базовый геркон состоит из двух ферромагнитных никель-железных проводов, расположенных внутри герметичной стеклянной капсулы. Две проволоки превращаются в «язычки» за счет сплющивания одного конца.Концы язычка аккуратно выравнивают с небольшим нахлестом. Стеклянная капсула заполнена инертным азотом. Язычки действуют как проводники магнитного потока при воздействии внешнего магнитного поля. В контактном зазоре создаются полюса противоположной полярности, и контакты замыкаются, когда магнитная сила превышает силу пружины язычков. Контакты размыкаются, когда внешнее магнитное поле уменьшается, так что сила магнитного притяжения между язычками меньше, чем сила восстанавливающей пружины язычков.

Сильные стороны
- Нулевое энергопотребление (внешнее питание не требуется)
- Срок службы обычно исчисляется миллионами операций
- Экономически эффективен
- Герметично закрыт: невосприимчив к пыли / частицам, воде и влаге различные размеры с разными амперными витками и гистерезисом в зависимости от расстояния магнита и размера магнита
- Коммутационная мощность: выдерживает нагрузки как переменного, так и постоянного тока, возможность переключения с 10 нановольт на 10000 вольт и до 5 ампер
- Устойчивость к электростатическому разряду (ESD)
- Диапазон рабочих температур до 200 ° C

Слабые стороны
- Чувствительность к вибрации / ударам более 20 г
- Чувствительность может измениться из-за механического напряжения
- Измерение скорости ограничено операциями ниже 1 кГц
- Цифровой выход (только определение конечного положения)

Области применения
- Определение положения (конечное положение движения, только цифровой выход)
- Измерение скорости (счетные переключатели)
- Применение реле (электронные приборы)
- Автомобиль и транспорт (датчик тормозной жидкости, фары и задние фонари, зеркало контроль, датчик безопасности при столкновении, мониторинг давления в шинах, обнаружение газовой крышки)
- Умный дом (системы безопасности, бытовая техника, HVAC и сантехника)
- Безопасность (пожарная сигнализация, датчики двери, датчик окна, охрана отеля)
- Медицинское , телекоммуникационные, испытательные и измерительные приложения

Резюме
Все представленные датчики демонстрируют разные характеристики в зависимости от их физического принципа, поэтому лучшего сенсорного решения не существует.Это всегда зависит от соответствующей области применения. В следующей таблице приводится приблизительное сравнение датчиков положения и скорости по нескольким ключевым показателям производительности. Оценка основана на стандартных датчиках определенных типов датчиков, как описано выше.

Каков принцип работы датчиков Холла, обычно используемых в автомобилях?

Как поставщик датчиков Холла , поделитесь с вами.

Датчик Холла - это электронный компонент, который часто используется в автомобилях.Ну и что вид принципа работы датчика Холла, на какие типы он делится, и какие конкретные варианты использования существуют, многие друзья могут не быть знакомы с этим. Сегодня редактор намерен поговорить с вами о содержании датчика Холла. исходя из этих пунктов. Эта идея также связана с практической проблемой. столкнулся с редактором некоторое время назад, что заставило его изучить более. Я также делюсь со всеми своими поверхностными знаниями.

Датчик Холла

Как работает датчик Холла

Прежде всего, давайте начнем с принципа работы датчика Холла.Этот знания легко найти в Интернете, и их суть - это знания, которые мы изучал в средней школе физику - магнитоэлектрический эффект. Проще говоря, когда на носители в твердом материале воздействует внешнее магнитное поле, они будет отклоняться под действием силы Лоренца. Отклоненный носители собираются с обеих сторон, образуя разность потенциалов. Этот потенциал разница - это напряжение Холла.

Используйте изображение, чтобы описать этот процесс следующим образом:

Это изображение было найдено в Интернете.Это очень интуитивно понятно и показывает направление движения носителя и формирование холловского напряжения на взглянуть мельком.

В то же время мы также интуитивно видим, что Холл датчик необходимо запитать, иначе он не будет работать.

Многих друзей это может не волновать, поэтому мы немного подчеркнем это.

Накопление носителей может генерировать напряжение Холла, но генерируемые напряжение очень мало, и нет возможности напрямую подать его.Какой-то усилитель цепи должны быть добавлены для усиления, прежде чем его можно будет использовать. Что касается того, как проектирование усилительной схемы выходит за рамки данной статьи, мы не будем повтори это.

Однако следует отметить, что датчик Холла усиленной конструкции может выводить цифровые сигналы, которые мы часто называем высоким и низким уровнем state, который также является наиболее широко используемым.

Наша компания также имеет в продаже датчик Холла , обращайтесь к нам.

Все о датчиках положения (типы, применение и характеристики)

Датчики положения дроссельной заслонки обеспечивают обратную связь с системой впрыска топлива автомобиля.

Изображение предоставлено: ЛЕВЧЕНКО ХАННА / Shutterstock.com

Датчики положения - это устройства, которые могут обнаруживать движение объекта или определять его относительное положение, измеренное от установленной контрольной точки. Эти типы датчиков также могут использоваться для обнаружения присутствия объекта или его отсутствия.

Существует несколько типов датчиков, которые служат аналогично датчикам положения и о которых стоит упомянуть. Датчики движения обнаруживают движение объекта и могут использоваться для запуска действия (например, включения прожектора или активации камеры наблюдения).Датчики приближения также могут обнаружить, что объект попал в зону действия датчика. Таким образом, оба датчика можно рассматривать как специализированную форму датчиков положения. Подробнее об этих датчиках можно найти в наших руководствах по датчикам приближения и датчикам света движения. Одно из отличий датчиков положения заключается в том, что они по большей части связаны не только с обнаружением объекта, но также с записью его положения и, следовательно, включают использование сигнала обратной связи, который содержит информацию о местоположении.

В этой статье будет представлена ​​информация о различных типах датчиков положения, о том, как они работают, как они используются, а также об основных характеристиках, связанных с этим классом датчиков. Чтобы узнать больше о других типах датчиков, см. Наши соответствующие руководства, которые охватывают различные типы датчиков и их использование, а также различные типы датчиков Интернета вещей (IoT). Для целей этой статьи термины датчик положения и датчик положения считаются синонимами.

Типы датчиков положения

Общая цель датчика положения - обнаружить объект и передать его положение посредством генерации сигнала, обеспечивающего обратную связь по положению.Затем эту обратную связь можно использовать для управления автоматическими ответами в процессе, звуковыми сигналами или запуском других действий, продиктованных конкретным приложением. Вообще говоря, датчики положения можно разделить на три широких класса, которые включают датчики линейного положения, датчики поворотного положения и датчики углового положения. Есть несколько конкретных технологий, которые можно использовать для достижения этого результата, и различные типы датчиков положения отражают эти лежащие в основе технологии.

К основным типам датчиков положения относятся следующие:

  • Потенциометрические датчики положения (резистивные)
  • Индуктивные датчики положения
  • Вихретоковые датчики положения
  • Емкостные датчики положения
  • Магнитострикционные датчики положения
  • Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла
  • Волоконно-оптические датчики положения
  • Оптические датчики положения
  • Ультразвуковые датчики положения

Потенциометрические датчики положения

Потенциометрические датчики положения

- это датчики на основе сопротивления, в которых используется резистивная дорожка со скребком, прикрепленным к объекту, положение которого отслеживается.Движение объекта заставляет стеклоочиститель изменять свое положение вдоль дорожки сопротивления и, следовательно, изменять измеренное значение сопротивления между положением дворника и концом дорожки. Таким образом, измеренное сопротивление может использоваться как индикатор положения объекта. Это достигается за счет использования делителя напряжения, в котором фиксированное напряжение прикладывается к концам дорожки сопротивления, а измеренное напряжение от положения стеклоочистителя до одного конца дорожки дает значение, пропорциональное положению стеклоочистителя.Этот подход работает как для линейных, так и для вращательных перемещений.

Потенциометры

, используемые для потенциометрических датчиков положения, включают проволочную обмотку, металлокерамику или пластиковую (полимерную) пленку. Эти типы датчиков положения предлагают относительно низкую стоимость, но также страдают низкой точностью и воспроизводимостью. Кроме того, конструктивные ограничения устройства ограничивают диапазон, в котором можно измерить изменение положения.

Индуктивные датчики положения

Индуктивные датчики положения определяют положение объекта по изменению характеристик магнитного поля, которое индуцируется в катушках датчика.Один из типов называется LVDT или линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор. В датчике положения LVDT три отдельные катушки намотаны на полую трубку. Одна из них - первичная обмотка, а две другие - вторичные обмотки. Они соединены электрически последовательно, но фазовое соотношение вторичных катушек составляет 180, 90, 1 32, 90, 13 3, не совпадающих по фазе с первичной катушкой. Ферромагнитный сердечник или якорь помещается внутри полой трубки, и якорь соединяется с объектом, положение которого измеряется.На первичную катушку подается сигнал напряжения возбуждения, который индуцирует ЭДС во вторичных катушках LVDT. Измеряя разность напряжений между двумя вторичными катушками, можно определить относительное положение якоря (и, следовательно, объекта, к которому он прикреплен). Когда якорь находится точно по центру трубки, ЭДС нейтрализуются, что приводит к отсутствию выходного напряжения. Но по мере того, как якорь перемещается из нулевого положения, напряжение и его полярность изменяются. Следовательно, амплитуда напряжения вместе с его фазовым углом служит для предоставления информации, которая отражает не только величину отклонения от центрального (нулевого) положения, но и его направление.На рисунке 1 ниже показана работа линейно-переменного дифференциального трансформатора, показывающая преобразование измерения напряжения в индикацию положения.

Рисунок 1 - Работа индуктивного датчика положения LVDT

Изображение предоставлено: https://www.electronics-tutorials.ws

Эти типы датчиков положения обеспечивают хорошую точность, разрешение, высокую чувствительность и хорошую линейность во всем диапазоне измерения. Они также не имеют трения и могут быть герметизированы для использования в условиях, где может быть воздействие элементов.

В то время как LVDT функционируют для отслеживания линейного перемещения, эквивалентное устройство, называемое RVDT (от Rotary Voltage Differential Transformer), может обеспечивать отслеживание вращательного положения объекта. RVDT функционирует идентично LVDT и отличается только особенностями их конструкции.

Вихретоковые датчики положения

Вихревые токи - это индуцированные токи, возникающие в проводящем материале в присутствии изменяющегося магнитного поля и являющиеся результатом закона индукции Фарадея.Эти токи протекают по замкнутым контурам и, в свою очередь, приводят к генерации вторичного магнитного поля.

Если катушка возбуждается переменным током для создания первичного магнитного поля, присутствие проводящего материала, поднесенного к катушке, может быть обнаружено из-за взаимодействия вторичного поля, создаваемого вихревыми токами, которое влияет на импеданс катушка. Таким образом, изменение импеданса катушки можно использовать для определения расстояния объекта от катушки.

Вихретоковые датчики положения работают с электропроводящими объектами. Большинство вихретоковых датчиков работают как датчики приближения, предназначенные для определения приближения объекта к месту расположения датчика. Они ограничены как датчики положения, потому что они всенаправленные, что означает, что они могут определять относительное расстояние объекта от датчика, но не направление объекта относительно датчика.

Емкостные датчики положения

Емкостные датчики положения полагаются на обнаружение изменения значения емкости для определения положения измеряемого объекта.Конденсаторы состоят из двух пластин, отделенных друг от друга диэлектрическим материалом между пластинами. Есть два общих метода, которые используются для определения положения объекта с помощью емкостного датчика положения:

  1. Путем изменения диэлектрической проницаемости конденсатора
  2. Путем изменения площади перекрытия пластин конденсатора

В первом случае измеряемый объект прикреплен к диэлектрическому материалу, положение которого относительно пластин конденсатора изменяется по мере движения объекта.По мере смещения диэлектрического материала эффективная диэлектрическая проницаемость конденсатора изменяется в результате частичной площади диэлектрического материала, а баланс - диэлектрической проницаемости воздуха. Этот подход обеспечивает линейное изменение значения емкости по отношению к относительному положению объекта.

Во втором случае, вместо того, чтобы прикреплять объект к диэлектрическому материалу, он подключается к одной из обкладок конденсатора. Следовательно, когда объект перемещает свое положение, область перекрытия пластин конденсатора изменяется, что снова изменяет значение емкости.

Принцип изменения емкости для измерения положения объекта может применяться к движению как в линейном, так и в угловом направлениях.

Магнитострикционные датчики положения

Ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт, проявляют свойство, известное как магнитострикция, что означает, что материал будет изменять свой размер или форму в присутствии приложенного магнитного поля. Магниторестрикционный датчик положения использует этот принцип для определения положения объекта.

К измеряемому объекту прикреплен подвижный позиционный магнит. Волновод, который состоит из провода, по которому передается импульс тока, подключен к датчику, расположенному на конце волновода. Позиционный магнит создает аксиальное магнитное поле, силовые линии которого копланарны по отношению к магнитострикционной проволоке и волноводу. Когда по волноводу посылается импульс тока, в проводе создается магнитное поле, которое взаимодействует с осевым магнитным полем постоянного магнита (позиционного магнита).Результатом полевого взаимодействия является скручивание, известное как эффект Видемана. Это скручивание вызывает напряжение в проводе, которое генерирует звуковой импульс, который проходит по волноводу и обнаруживается датчиком на конце волновода. Путем измерения времени, прошедшего между инициированием импульса тока и обнаружением звукового импульса, магниторестрикционный датчик положения может установить относительное расположение позиционного магнита.

Поскольку звуковая волна будет распространяться от места, где расположен позиционный магнит, в двух направлениях (как к датчику датчика, так и от него), на противоположном конце волновода расположено демпфирующее устройство для поглощения импульса, распространяющегося от датчик, чтобы он не приводил к отражению мешающего сигнала обратно к датчику захвата.На рисунке 2 ниже показан принцип работы магниторестрикционного датчика положения.

Рисунок 2 - Работа магниторезистивного датчика положения.

Изображение предоставлено: https://www.sensorland.com/HowPage024.html

Магниторестрикционные датчики положения по своей природе используются для определения линейного положения. Они могут быть оснащены несколькими позиционными магнитами для предоставления информации о положении нескольких компонентов вдоль одной оси.Это бесконтактные датчики, и поскольку волновод обычно помещается в трубку из нержавеющей стали или алюминия, эти датчики могут использоваться в тех случаях, когда они могут быть источником загрязнения. Кроме того, магнитострикционные датчики положения могут работать даже при наличии барьера между волноводом и позиционным магнитом при условии, что барьер изготовлен из немагнитного материала.

Датчики доступны с различными выходами, включая напряжение постоянного тока, ток, сигнал PWM и цифровые импульсы start-stop.

Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла

Эффект Холла утверждает, что когда тонкий плоский электрический проводник проходит через него и помещается в магнитное поле, магнитное поле воздействует на носители заряда, заставляя их накапливаться на одной стороне проводника относительно другой, чтобы уравновесить интерференцию магнитного поля. Это неравномерное распределение электрических зарядов приводит к созданию разности потенциалов между двумя сторонами проводника, известной как напряжение Холла.Этот электрический потенциал возникает в направлении, поперечном направлению потока электрического тока и направлению магнитного поля. Если ток в проводнике поддерживается на постоянном уровне, величина напряжения Холла будет напрямую отражать силу магнитного поля.

В датчике положения на эффекте Холла объект, положение которого измеряется, соединен с магнитом, который размещен на валу датчика. По мере движения объекта положение магнита изменяется относительно элемента Холла в датчике.Это перемещение положения затем изменяет силу магнитного поля, которое прикладывается к элементу Холла, которое, в свою очередь, отражается как изменение измеренного напряжения Холла. Таким образом, измеренное напряжение Холла становится индикатором положения объекта.

Волоконно-оптические датчики положения

В оптоволоконных датчиках положения используется оптическое волокно с набором фотодетекторов, расположенных на каждом конце волокна. Источник света прикреплен к объекту, за движением которого наблюдают.Световая энергия, которая направляется во флуоресцентное волокно в месте расположения объекта, отражается в волокне и направляется на любой конец волокна, где она обнаруживается фотодетекторами. Логарифм отношения измеренной оптической мощности, наблюдаемой на двух фотодетекторах, будет линейной функцией расстояния от объекта до конца волокна, и поэтому это значение можно использовать для получения информации о положении объекта.

Оптические датчики положения

Оптические датчики положения работают по одному из двух принципов.В первом типе свет передается от излучателя и направляется к приемнику на другом конце датчика. Во втором типе излучаемый световой сигнал отражается от контролируемого объекта и возвращается к источнику света. Изменение характеристик света (например, длины волны, интенсивности, фазы, поляризации) используется для получения информации о положении объекта. Эти типы датчиков делятся на три категории:

  • Прозрачные оптические энкодеры
  • Световозвращающие оптические энкодеры
  • Интерференционные оптические энкодеры

Оптические датчики положения на базе энкодера доступны как для линейного, так и для вращательного движения.

Ультразвуковые датчики положения

Подобно оптическим датчикам положения, ультразвуковые датчики положения излучают высокочастотную звуковую волну, обычно генерируемую пьезоэлектрическим кристаллическим преобразователем. Ультразвуковые волны, генерируемые датчиком, отражаются от измеряемого объекта или цели обратно к датчику, где генерируется выходной сигнал. Ультразвуковые датчики могут работать как датчики приближения, когда они сообщают об объекте, находящемся в пределах указанного диапазона датчика, или как датчик положения, который предоставляет информацию о дальности.Преимущества ультразвуковых датчиков положения заключаются в том, что они могут работать с целевыми объектами из различных материалов и поверхностей, а также обнаруживать небольшие объекты на большем расстоянии, чем другие типы датчиков положения. Они также устойчивы к вибрации, окружающему шуму, электромагнитным помехам и инфракрасному излучению.

Технические характеристики датчика положения

Конкретные параметры, определяющие работу датчика положения, будут варьироваться в зависимости от выбранного типа датчика, поскольку основные технологические принципы меняются от типа к типу.Некоторые ключевые характеристики, которые следует учитывать, которые применимы к большинству датчиков положения, следующие:

  • Диапазон измерения - указывает диапазон расстояний от датчика, для которого можно получить измеренное значение.
  • Разрешение - определяет значение наименьшего приращения положения, которое может измерить датчик.
  • Точность - мера степени, в которой измеренное положение соответствует фактическому положению измеряемого объекта.
  • Повторяемость - отражает диапазон значений, полученных для измеренного положения, когда датчик выполняет идентичное измерение во времени.
  • Линейность - степень отклонения от линейного поведения выходного сигнала, измеренного в диапазоне выходного сигнала датчика.

Другие рекомендации по выбору датчиков положения включают:

  1. Размер и вес датчика
  2. Предоставляет ли датчик абсолютную или инкрементную информацию о положении
  3. Диапазон рабочих температур для прибора
  4. Способность датчика противостоять другим условиям окружающей среды и эксплуатации, таким как наличие конденсата, загрязнения или механических ударов и вибрации
  5. Простота установки
  6. Начальная стоимость

Примеры применения датчика положения

Датчики положения имеют множество применений и лежат в основе многих автоматизированных процессов.Знакомая - автоматизированная автомойка. Датчики положения используются для определения местоположения автомобиля, когда он проезжает через автомойку. Это позволяет активировать уборочное оборудование в нужное время. Чтобы автомойка могла очистить шины, ей необходимо знать, где они находятся и когда они находятся в правильном положении, чтобы нанести чистящие средства или средства защиты шин. Учитывая тот факт, что автомобили бывают разных размеров, необходимы датчики положения, чтобы определять, когда начинать и останавливать процесс очистки, чтобы автомойка могла адаптироваться к различным транспортным средствам и при этом эффективно очищать их все.

Датчики положения также используются для управления оборудованием. Индуктивные датчики, которые представляют собой большие петли проводов, встроенные в дороги, используются для обнаружения присутствия транспортных средств на полосе левого поворота, чтобы система управления движением могла активировать светофор. На парковках с системами контроля доступа датчики положения используются для подъема ворот при приближении транспортных средств. Лифты используют датчики положения, чтобы определить, что лифт правильно расположен на определенном этаже и что двери лифта можно безопасно открывать.

Промышленные процессы на автоматизированных производственных линиях используют датчики положения, чтобы убедиться, что продукты правильно расположены перед тем, как произойдет автоматический этап процесса, такой как распыление краски на кузов автомобиля или добавление воды в бутылку с водой. В медицинских учреждениях есть сканеры МРТ, которые используют датчики положения, чтобы убедиться, что положение пациента правильное, перед сканированием или визуализацией, а также для перемещения пациента через аппарат МРТ.

Автомобильные конструкторы и инженеры используют датчики положения для измерения важных параметров двигателя, таких как положение коленчатого вала и положение дроссельной заслонки.

Камеры видеонаблюдения, которые имеют возможность сканирования и наклона, будут использовать датчики положения для определения относительного направления камеры, чтобы гарантировать, что она правильно ориентирована для оптимального обзора.

Сводка

В этой статье представлен обзор датчиков положения, включая их описание, типы, основные характеристики и способы их использования. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:
  1. https://www.electronics-tutorials.ws
  2. https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=308
  3. https://www.engineersgarage.com
  4. https://www.positek.com/
  5. https://www.te.com/usa-en/products/sensors/position-sensors.html
  6. https://www.sensorland.com/HowPage024.html
  7. https://www.celeramotion.com/zettlex/support/technical-papers/position-sensors-choosing-the-right-sensor/
  8. https: // www.linearmotiontips.com/how-do-magnetostrictive-sensors-work/
  9. http://hyperphysics.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *