Как работает датчик холла: Страница не найдена — Практическая электроника

Содержание

ᐉ Системы зажигания с датчиком Холла

Магнитоэлектрический датчик Холла получил свое название по имени Э. Холла американского физика, открывшего в 1879 г. важное гальваномагнитное явление.

Элемент Холла представляет собой тонкую пластинку, выполненную из полупроводникового материала (кремний, германий), с четырьмя электродами. Если через такую пластинку проходит ток I и на нее одновременно действует магнитное поле, вектор магнитной индукции В которого перпендикулярен плоскости пластинки, то на параллельных направлению тока гранях возникает э.д.с. Холла, которое определяется по следующему выражению:

Uн = кхIВ/d,
кх – постоянная Холла, зависящая от материала пластинки; d – толщина пластинки

Рис. Принцип работы элемента Холла:
1 – магнит; 2 – пластинка из полупроводникового материала

Через пластинку пропускается ток примерно 30 мА, тогда как напряжение Холла составляет 2 мВ, увеличиваясь с ростом температуры. Пластинка обычно представляет одно целое с интегральной схемой, осуществляемой усиление и формирование сигнала.

Если между магнитом и полу­проводником поместить перемещающийся экран с прорезями, получим импульсный генератор Холла.

Схема прерывателя-распределителя с датчиком Холла представлена на двух следующих рисунках.

Рис. Принцип работы датчика Холла:
1 – постоянный магнит; 2 – ротор; 3 – элемент Холла; 4 – операционный усилитель; 5 – формирователь импульсов; 6 – выходной каскад; 7 – блок стабилизации

Магнитное поле создается постоянным магнитом 1, а прерывание магнитного поля осуществляется ротором (экраном) 2 с окнами, укрепленным на валике распределителя. При прохождении окна ротора около постоянного магнита силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность элемента Холла и на его выходе возникает ЭДС. Если воздушный зазор между магнитом и элементом Холла перекрывается шторкой, магнитное поле замыкается на шторку экрана и не попадает на элемент Холла.

Рис. Схема прерывания магнитного потока:
1 – датчик Холла; 2 – держатель датчика; 3 – воздушный зазор; 4 – магнитный поток; 5 – ротор

Количество шторок и окон экрана соответствует количеству цилиндров двигателя. Ширина шторки экрана соответствует углу, при котором выходной транзистор коммутатора пропускает ток через первичную обмотку зажигания.

Учитывая небольшое напряжение, вырабатываемое элементом Холла, оно обрабатывается и усиливается.

Операционный усилитель 4 усиливает сигнал датчика и через формирователь импульсов 5 подает сигнал на базу выходного транзистора 6 и открывает его. Для исключения влияния на выходной сигнал датчика колебаний напряжения сети и температуры в схеме датчика имеется блок стабилизации 7.

При нахождении шторки экрана в щели воздушного зазора, величина магнитного потока резко падает, вследствие замыкании магнитного потока на шторку.

Рис. Импульсы датчика Холла:
В – магнитная индукция; Uн – напряжение, вырабатываемое элементом Холла; Ug – напряжение, вырабатываемое датчиком Холла; I – ток первичной обмотки катушки зажигания; tz – момент зажигания электрической искры; а – изменение магнитной индукции; б – изменение напряжения, вырабатываемого элементом Холла; в – изменение напряжения, вырабатываемого датчиком Холла; г – изменение силы тока первичной катушки зажигания.

Напряжение, вырабатываемое элементом Холла Uн, поступает на операционный усилитель, где происходит усиление сигнала. После этого ток поступает на формирователь импульсов и там происходит переработка из аналогового сигнала в цифровой. Затем полученный цифровой сигнал поступает на выходной каскад и окончательно усиливается до величины напряжения Ug, достаточного для работы транзисторного коммутатора. При этом напряжение Ug за счет инверсии выходного каскада вырабатывается в момент отсутствия напряжения Uн с входа элемента Холла, т.е. в момент перекрытия шторкой экрана воздушного зазора, что соответствует напряжению Uн ниже 0,4 В. В таком положении экрана транзистор выходного каскада Т0 находится в открытом состоянии, при этом от коммутатора через транзистор Т0 проходит ток и при этом база транзистора Т1 соединяется с массой.

Рис. Электрическая схема коммутатора и датчика Холла:
1 – датчик Холла; 1а – выходной сигнал; 2 – коммутатор; 3 – замок зажигания; 4 – дополнительный резистор; 5 – шунтирование дополнительного резистора; 6 – катушка зажигания

Учитывая, что проводимость транзистора Т1 n-p-n, отсутствие положительного потенциала этого транзистора приводит к его закрытию. В результате этого прекращается подача положительного потенциала на базу В через резистор R4 и коллекторно-эмитерный переход транзистора Т1. При этом ток не проходит через резистор R7 и база В включения транзисторов Т2/Т3 замыкается на массу. Учитывая проводимость этих транзисторов n-p-n, отсутствие положительного заряда на базе В, транзисторы закрываются и ток в первичную обмотку катушки зажигания не поступает. При выходе экрана из воздушного зазора напряжение с элемента Холла достигает 0,4В и через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать ток.

В момент попадания зуба ротора в зазор датчика на выходе датчика создается напряжение Umax примерно на 3 В меньше напряжения питания. Если через зазор датчика проходит прорезь ротора, напряжение на выходе датчика Umin близко к нулю (не более 0,4 В). Отношение периода Т к длительности Ти (скважность) равна трем. Напряжение питания датчика соответствует напряжению бортовой сети и находится в пределах 8…14 В.

Для преобразования управляющих импульсов бесконтактного датчика в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания применяются коммутаторы. Коммутатор преобразует управляющие импульсы датчика в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Коммутатор соединен с генератором импульсов (бесконтактным датчиком) тремя проводниками. Коммутатор управляет зажиганием в зависимости от частоты вращения валика датчика-распределителя, напряжения аккумулятора, полного сопротивления катушки зажигания и при любых режимах работы двигателя выдает импульсы напряжения постоянной величины. Во время прохождения положительного импульса (напряжение Umax ) от бесконтактного датчика происходит постепенное ( в течении 4…8 мс) нарастание тока в первичной обмотке катушки зажигания до максимальной величины В равной 8…9 А. В момент, когда напряжение на выходе датчика падает до Umin , выходной транзистор коммутатора закрывается и ток через первичную обмотку катушки зажигания резко прерывается. В результате во вторичной обмотке индуцируется импульс высокого напряжения.

Отдельно элементы прерывателя-распределителя с датчиком Холла показаны на рисунке. Пластинка и остальные составляющие датчика Холла устанавливается внутри пластмассового корпуса, залитого смолой. Датчик Холла неразборный и не подлежит ремонту. Для соединения с коммутатором датчик Холла имеет 3 вывода.

Рис. Элементы прерывателя-распределителя с датчиком Холла:
1 – ротор: 2 – шторка; 3 – держатель датчика Холла; 4 – постоянный магнит и датчик Холла; 5 – воздушный зазор

Датчик-распределитель выдает управляющие импульсы низкого напряжения и распределяет импульсы высокого напряжения по свечам зажигания. Он имеет центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания. Бескон­тактный датчик в сборе с опорной пластиной имеет возможность поворачиваться в зависимости от разряжения, подводимого к вакуумному регулятору.

Катушка зажигания, адаптированная к данной системе зажигания, установлена рядом с коммутатором. Она преобразует прерывистый ток низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (20…25 кВ) необходимый для пробоя воздушного зазора между электродами свечей зажигания. Катушка имеет в верхней части отверстие, закрытое пробкой диаметром 5.5 мм для защиты катушки от избыточного внутреннего давления. Пробка выталкивается из отверстия при росте давления вследствие повышения температуры из-за короткого замыкания.

Видео: Как работает датчик Холла

принцип работы и применение устройства в автомобиле

Датчик Холла — это устройство, которое применяется в современных автомобилях с бесконтактным принципом зажигания. Назначение и использование прибора зависит от его технических характеристик.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Принцип работы

Закон работы заключается в том, что при перемещении проводника через магнитное поле возникает потенциал ЭДС. Такое действие было разработано известным американским ученым Э. Холлом еще в 1879 году.

Эффект Холла состоит в возникновении напряжения на пластинах датчика при изменении магнитной индукции электромагнитного поля.

Схема работы устройства Холла

Бесконтактный датчик Холла — это устройство, которое работает по следующему принципу:

  1. Через пластины полупроводника протекает электрический ток.
  2. В магнитном поле возникает разность потенциалов, которая гасится постоянным магнитом. Диапазон напряжения на выходе составляет от микровольт до сотен милливольт.
  3. При прохождении сигнала на вход устройства возникает постоянный прямоугольный импульс, который можно увидеть только на осциллографе.
  4. Происходит преобразование индукции магнитного поля в электрическое напряжение, поступающее на элемент управления мотором автомобиля. Значение угла опережения зажигания зависит от ЭДС датчика.
  5. Измеритель определяет положение распределительного и коленчатого вала автомобиля. Двигатель при несоответствии положения ГРМ может выйти из строя.

Каналом Радиолюбитель представлено описание работы датчиков Холла.

Основные виды

Прибор Холла имеет следующую классификацию:

  1. Аналоговый. Превращает магнитную индуктивность в ЭДС.
  2. Цифровой. Действует при превышении значений магнитной индуктивности электрического поля. Эти устройства делятся на униполярники и биполярники. Первые датчики выполняют свои функции при увеличении электромагнитного поля. Вторые — реагируют на прямую или обратную полярность. Цифровые приборы обладают зависимой чувствительностью при изменении индуктивности электрического поля.
Аналоговый датчик Цифровой датчик

Для чего нужен датчик Холла

Применение датчика в автомобилях обеспечивает правильный угол опережения системы зажигания.

В старых моделях авто он используется для разрешения подачи искры на высоковольтные свечи. Аналоговые приспособления в основном встроены в электрические средства измерений и систему учета электроэнергии. Современные цифровые вольтметры и амперметры производят замер значений с помощью системы Холла. В крупном производстве можно встретить эксплуатацию датчиков на электрических приводах конвейеров.

 Загрузка …

Видео «Обзор датчиков Холла»

На видео от канала chipdip представлен подробный обзор и техническое описание датчиков Холла.

Была ли эта статья полезна?

Спасибо за Ваше мнение!

Статья была полезнаПожалуйста, поделитесь информацией с друзьями

Да (100.00%)

Нет

Устройство датчика Холла: принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Автор Master OffRoad На чтение 9 мин. Просмотров 562 Опубликовано

Датчик Холла — что это такое в автомобиле?

Датчик используют на машинах с бесконтактной основой, ставшей очередной вехой в эволюции устройств, применяемых для включения системы подачи горючего. Именно бесконтактный измеритель — ее главная особенность. Также система отличается контактным зажиганием. Принцип работы датчика Холла — фиксация перемен, происходящих в магнитном поле, путем изменения напряжения мотора, генерируемого на выходе.

Прибор заменяет собой контакты, используется для контроля величины напряжения. Благодаря ему при перегрузках в бортовой сети происходит деактивация двигательной системы. При перегреве контроллера включается температурная защита. Металлический экран датчика имеет прорези, на которых формируется магнитное поле. Благодаря этому в пластине появляется напряжение. Из-за того, что прорези чередуются, оно является пониженным.

Поломка прибора приводит к возникновению неисправностей инжектора.

Описание и применение

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

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

Регистр Холла работает следующим образом:

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

Напряжение называется напряжением Холла.

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

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

  • выполняют несколько функций, таких как определение положения, скорости, а также направления движения;
  • поскольку являются твердотельными устройствами, то абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей;
  • почти не требуют обслуживания;
  • прочные;
  • невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

  • 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 оказывает влияние на сопротивление проводника. Это в свою очередь скажется на подвижности носителя заряда и чувствительности датчиков Холла.

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.

На основе операции

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

  • биполярный;
  • униполярный.
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 — для его отключения.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы быть активированными. Эта же полярность задействуется для выключения датчика.

Признаки неисправности датчика Холла

Датчики Холла являются составной частью различных приборов. Фото 1. Назначение и устройство датчика Холла Название датчик берет от фамилии своего изобретателя.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.

Выглядит он так: Поэтому при наличии неисправного датчика Холла бежим в ближайший радиомагазин или рынок и приобретаем SSA. Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора, и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Писали, что очень удобна для выставления зажигания… Удачи! Схема подключения датчика Холла В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла. Существует несколько способов проверки исправности автомобильного датчика Холла.

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.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Заключение

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

Источники

  • https://mashinapro.ru/1795-datchik-holla.html
  • https://ProDatchik.ru/vidy/ustrojstvo-datchika-holla/
  • https://meanders.ru.com/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml
  • http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/
  • https://tokzamer.ru/bez-rubriki/datchik-holla-shema-principialnaya
  • https://autodvig.com/grm/chto-takoe-datchik-holla-64849/
  • https://unit-car.com/diagnostika-i-remont/150-datchik-holla.html
  • https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

что использовать, как понять, что работает

Использование датчика Холла широко распространено, однако наиболее часто он применяется в автомобилях. Это устройство предназначено для управления системой бесконтактного зажигания. Если оно неисправно, это может представлять собой серьезную проблему. Чтобы справиться с ней, необходимо знать, как проверить датчик Холла в трамблере.

Суть эффекта Холла

Перед тем как проверить на работоспособность датчик Холла, нужно понять, как он работает. Его название связано с тем, что в работе используется эффект Холла. Он назван по фамилии профессора Балтиморского университета, открывшего его в 1879 году.

Для демонстрации рассматриваемого явления можно проделать следующий опыт. Вертикально расположить прямоугольную плоскую металлическую пластину между полюсами магнита на равном расстоянии от них. Пластина ориентирована перпендикулярно линиям напряженности магнитного поля. На ее малые стороны подается постоянное напряжение. Вследствие эффекта Холла на широких боковых поверхностях пластины возникает ток.

Этот эффект объясняется воздействием силы Лоренца на движущиеся заряды. Она действует перпендикулярно линиям напряженности и создает ток в вертикальном направлении. В результате возникает разность потенциалов, однако она намного меньше по сравнению с той, которая подается на боковые поверхности.

В течение долгого времени это открытие, как считалось, имело только теоретическое значение. После того как появилась возможность использовать полупроводники, на основе данного эффекта был создан датчик. Это устройство применяется в различных приборах и механизмах. Например, в токовых клещах. Они позволяют замерять силу тока, не прикасаясь к самому проводу.

Наибольшее применение датчику нашли в автомобилестроении. Практически все модели российского автопрома снабжены датчиком Холла — ВАЗ 2106, 2107, 2108 и прочие. С его помощью отслеживается величина тока нагрузки, происходит отключение двигателя при наличии токовых перегрузок.

Принцип работы датчика

При использовании рассматриваемого эффекта необходимо учитывать, что ток, который возникает, очень мал. Чтобы с ним работать, требуется применение усилителей и логических схем для переключения, триггера Шмитта и других приспособлений. Схема самого простого датчика Холла представлена на рисунке ниже.

На рисунке использованы следующие обозначения:

  • Supply Voltage обозначает источник питания.
  • Voltage Regulator предназначен для регулировки напряжения.
  • Ground — заземление
  • A — усилитель.
  • Hall Sensor отмечает место расположения металлической пластинки, используемой для получения эффекта Холла.
  • Output transisitor Switch представляет собой выходной транзисторный переключатель.

Датчик Холла располагается около трамблерного вала. Между магнитом и датчиком имеется небольшое пространство, через которое при помощи вращения движется круговая пластина с прямоугольными зубьями и промежутками между ними. Количество зубьев совпадает с числом используемых цилиндров. Например, если в автомобиле 6 цилиндров, то в круговой пластине будет шесть зубьев и столько же прорезей.

Когда в промежутке появляется пластина, действует эффект Холла. Возникает ток, обеспечивающий подачу управляющего импульсного сигнала при помощи коммутатора на катушку зажигания. Далее выполняется преобразование сигнала в высоковольтный, который передается на свечу зажигания.

К датчику подсоединены три провода. По одному из них (красному) поступает напряжение, второй (черный) соединяется с массой, третий (зеленый) предназначен для передачи управляющего сигнала.

Чтобы лучше понять принцип действия датчика Холла, удобно провести следующий эксперимент. Нужно в моторе автомобиля отключить штекер и подключить к нему датчик.

На приведенном изображении датчик присоединен к штекеру. К последнему подключены два коротких провода. Красный щуп подсоединяется к сигнальному выходу, а черный к минусу аккумулятора. Мультиметр подключается в режиме измерения постоянного напряжения в диапазоне, максимальное значение которого равно 20 В. При этом свеча, подсоединенная к соответствующему кабелю (отключенному центральному проводу с крышки трамблера), должна находиться в контакте с массой.

Далее необходимо включить зажигание. На мультиметре, чтобы увидеть величину напряжения, нужно перейти к диапазону с максимальным значением 2 В. Измеряемое будет равно примерно 0.023, но не нулевым.

Если в зазор датчика Холла поместить лезвие ножа, то напряжение увеличится. При использовании диапазона величин до 20 В будет показано 4.68 В. В разных автомобилях оно может отличаться. Есть марки, в которых оно превосходит 11 В.

Если лезвие убрать, то напряжение уменьшится, вернувшись к прежнему значению. При этом нужно обратить внимание, что при удалении ножа в момент размыкания можно видеть искру. При обычной работе двигателя в качестве металлической пластины используется цилиндр с количеством лепестков, соответствующим числу цилиндров в моторе. Рассмотренное напряжение — это сигнал, который передается датчиком Холла в нужные моменты.

Как обнаружить, что датчик Холла неисправен

Это можно узнать по наличию хотя бы одного из следующих признаков:

  • Одним из проявлений рассматриваемой проблемы является полное пропадание искры зажигания, что приводит к невозможности запуска мотора.
  • Резкое увеличение объема использованного топлива, которое является следствием того, что впрыскивание происходит слишком часто. Из-за неисправности датчика за один оборот коленвала это может происходить чаще одного раза.
  • Плохая работа датчика может повлиять на систему самодиагностики. Например, одним из проявлений может быть следующее. Когда машина находится на холостом ходу, загорается сигнал датчика проверки, а после того как скорость вращения увеличивается, он гаснет.
  • Иногда неисправность выражается в нарушении стабильности работы двигателя. При этом машина начинает дергаться, возможно резкое уменьшение скорости. При попытке ехать со скоростью 50 км/час и выше двигатель может заглохнуть.
  • Проблема может проявиться в виде фиксации определенного положения коробки передач. При этом переключение произвести не удается. Ситуацию в некоторых случаях можно исправить, но при этом потребуется перезапустить двигатель.

При появлении любого из перечисленных признаков важно, чтобы была выполнена проверка датчика Холла.

Проверка датчика

При наличии проблем, которые могут быть связаны с неисправностью, нужно произвести проверку датчика и точно выяснить, исправен он или нет. Следует также учитывать, что описанные здесь признаки могут вызываться другими причинами. Однако сначала рекомендуется провести диагностику датчика. Далее изложены наиболее практичные способы проверки.

Сравнение датчиков

Самым простым способом проверки является временная замена датчика. Для этого нужно найти полностью рабочий экземпляр и поставить его вместо проверяемого. Если после замены неисправности исчезнут, значит, прежний датчик Холла неисправен и его следует заменить на новый.

Измерение напряжения

Чтобы проверить неисправный датчик Холла мультиметром, необходимо сделать замеры на его выходах. Мультиметр при этом следует установить в режим изменения постоянного напряжения. Нужно отсоединить штекер с проводами от датчика. У последнего три провода. Красный — это положительный контакт, а черный — отрицательный. По третьему проводу передается управляющий сигнал.

Разность потенциалов в исправном устройстве обычно чуть меньше того напряжения, которое имеется на клеммах автомобильного аккумулятора. Если оно, например, равно 11.7 В, то это означает, что на датчик Холла поступает нормальное питание. Также нужно проверить разность потенциалов между центральным проводом и отрицательным. Оно должно быть больше, чем 4 В, но может со временем изменяться.

Дальнейшие измерения производят при выключенном зажигании. Штекер необходимо поставить обратно. Перед этим с обратной стороны продевают два провода — через центральный контакт и через тот, который соответствует отрицательному проводу. К первому подсоединяют черный провод мультиметра, а ко второму — красный.

Далее на крышке трамблера необходимо отключить центральный провод. К нему подсоединяют свечу и кладут так, чтобы появился контакт с массой.

После этого нужно включить зажигание. Мультиметр тоже должен быть включенным. На нем необходимо установить режим работы для измерения постоянного напряжения. В качестве рабочего диапазона выбирают тот, у которого максимальное значение составляет 20 В.

На дисплее должно появиться ненулевое значение. Его точная величина зависит от точного положения вала двигателя. Чтобы проверить тестером это значение в различных ситуациях, необходимо его провернуть.

Одним из наиболее удобных способов является применение для этой цели стартера. Делая очень короткие нажатия, водитель способствует тому, что двигатель будет понемногу проворачиваться. При этом надо обратить внимание на то, какие значения при этом появляются на мультиметре. Показания прибора будут циклически меняться от 0.02–0.05 до 4 В и больше. Следует помнить, что точные значения зависят от модели автомобиля и могут несущественно отличаться от приведенных здесь. Если датчик Холла исправен, проверка должна установить следующее: максимальное значение напряжения больше 4 В, а минимальное не равняется нулю.

Если мультиметра не окажется под рукой, то его можно заменить обычной 12-вольтной лампой накаливания. Ее нужно подключить аналогично мультиметру. Если датчик исправен, лампа будет мигать с частотой, зависящей от скорости вращения стартера.

Визуальный осмотр

Если имеются такие признаки неисправности датчика Холла, как видимые повреждения, то их можно обнаружить, сняв крышку трамблера и проведя внимательный осмотр самого датчика. Их появление может быть связано с тем, что:

  • нарушена изоляция провода;
  • внутрь попала влага;
  • произошло отсоединение провода;
  • внутрь попал мусор;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • присутствует контакт между сигнальным проводом и массой;
  • поврежден провод, по которому поступает питание;
  • у проводов питания перепутана полярность;
  • неправильно выставлен зазор с металлической пластиной.

Если причиной неисправностей являются те, которые указаны в списке, то необходимо устранить соответствующую причину, восстановив работоспособность мотора. Также проблемы могут быть в других узлах, например, плате электронного управления, высоковольтной схеме зажигания и других.

Так как датчик Холла стоит недорого (примерно 3–5 у. е.), то не имеет смысла ремонтировать его. Затраты на эту процедуру превысят стоимость самого устройства.

Видео по теме

Датчик Холла — назначение и принцип работы

Датчик Холла играет важную роль в автомобилестроении, авиации, приборостроении, а также в других отраслях промышленности. Хотя он является второстепенным компонентом автомобильной системы, он имеет огромное значение для синхронизации отдельных элементов автомобиля. Он устанавливается в различных местах автомобильной системы и присутствует в системе ABS, а также в системах ESP, VCS, PSM.

Устройство и функции датчика Холла


Преобразователь на эффекте Холла — это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в результате изменения напряженности магнитного поля. Проще говоря, преобразователь на основе эффекта Холла — это устройство, измеряющее силу магнитного поля.

Датчик Холла представляет собой щель с полупроводником на одной стороне и постоянным магнитом на другой. Когда его магнитное поле пропускает ток, сила, действующая на электроны, имеет вектор, перпендикулярный току и магнитному полю.
Все типы датчиков, основанные на эффекте Холла, используются в современных прецизионных приложениях для определения скорости, бесконтактной коммутации, позиционирования. На основе эффекта Холла создаются и другие типы датчиков, например, датчики углового и линейного перемещения, магнитного поля, тока и потока.

Например, датчики Холла компании Logic Hall применяются в различных устройствах синхронизации, считывателях магнитных карт, бесконтактных выключателях, системах зажигания, клавиатурах и т.д. Интегральные линейные датчики также широко применяются для измерения линейных или угловых перемещений и электрического тока.

Помимо автомобилей и мотоциклов, сенсорные устройства на основе эффекта Холла также используются в производстве электронного оборудования. Подобные типы устройств, осуществляющих бесконтактный сбор информации, встречаются также в стиральных машинах для управления скоростью вращения барабана, клавиатурах и кулерах для компьютеров.

Одним из наиболее распространенных устройств, работающих на эффекте Холла, является датчик Холла для выключателей. Его выход изменяет свое логическое состояние, если магнитное поле превышает определенное значение. Датчик Холла для переключателей широко используется в бесщеточных двигателях для определения положения ротора DPR.

Так называемый, эффект Холла был открыт в 1879 году американским физиком Э. Г. Холлом во время работы с тонкими золотыми пластинами. Он наблюдал интересное явление в поведении проводника с током в магнитном поле.

Ученый провел эксперимент, в ходе которого обнаружил, что при пропускании тока через медную пластину, помещенную между магнитами, на ее боковых поверхностях возникает разность потенциалов.

Эффект Холла — это прохождение электричества через проводник, в результате чего создается магнитное поле. Это происходит, когда проводящая пластина помещается в магнитное поле, в результате чего возникает напряжение, известное как напряжение Холла.
Величина магнитного поля зависит от величины протекающего через него тока. Датчик Холла полезен для измерения величины тока без прерывания питания.

Недостатком датчика Холла является его чувствительность к электромагнитным помехам. Кроме того, использование сложных электронных модулей в конструкции этого сенсорного устройства в определенной степени снижает его точность. Эти особенности необходимо учитывать при работе с данным оборудованием.

Датчик Холла в системе транспортного средства


Эффект Холла нашел применение в автомобильной промышленности через 75 лет после его открытия, когда началось производство полупроводниковых пленок со специфическими свойствами.

Датчик на эффекте Холла участвует в движении коленчатого и распределительного валов. Его роль заключается в определении того, в каком положении находятся коленчатый и распределительный валы, а также в том, чтобы отвечать за синхронизацию двигателя.
Датчики коленчатого и распределительного валов — одни из самых важных компонентов в автомобильной системе. Это автомобильное устройство сканирует обороты двигателя и положение поршней и клапанов, управляет моментом зажигания двигателя и впрыском топлива в цилиндры двигателя.

Полый датчик считывает положение кулачка распределительного вала в четырехтактных двигателях. Таким образом, он точно определяет, какой цилиндр в данный момент находится в положении сгорания, и синхронизирует зажигание двигателя и впрыск топлива соответствующим образом.

Существует несколько типов датчиков Холла — индуктивные датчики, магнитные (датчики на эффекте Холла) и оптические и другие. В большинстве автомобилей датчики являются магнитными, оптическими или индуктивными.

Магнитные и оптические датчики в основном используются в автомобилях старых моделей. Датчики Холла этого типа имеют длительный срок службы, но нуждаются в регулярной диагностике и чистке. В противном случае со временем они загрязняются, и способность к точному считыванию снижается. Оптические датчики Холла имеют выемку посередине, в то время как магнитные датчики имеют плоскую поверхность.

Их производят такие известные компании, как:

• Siemens,
• Micronas Intermetall,
• Honeywell,
• Melexis,
• Analog Device.

Признаки неисправности датчика Холла


Когда датчик Холла загрязнен или поврежден, разница в поведении автомобиля сразу же становится заметной. Существует несколько характерных признаков, по которым можно определить, что датчик Холла нашего автомобиля поврежден или загрязнен.

Например:

• один из цилиндров отказывается работать,
• двигатель трудно запустить,
• на приборной панели загорается предупреждающая лампочка,
• задержка подачи газа,
• наличие вибраций двигателя.

Замена датчика Холла


Замена датчика холостого хода коленчатого вала не является сложным процессом. Он легко снимается на большинстве моделей автомобилей и имеет зажим, облегчающий откручивание болта датчика.

Прежде всего, необходимо определить его местонахождение, поскольку обычно он находится рядом с ремнем/цепью на автомобиле. Следует иметь в виду, что на некоторых моделях автомобилей доступ к датчику Холла затруднен.

При определении местоположения датчика следует ориентироваться по длинному болту, который удерживает его на месте. Никаких других болтов, гаек или зажимов, которыми крепится датчик корпуса, нет. Исключение составляют некоторые модели Mercedes, в которых датчик удерживается двумя болтами.

Сначала необходимо вынуть шплинт, а затем длинный болт на датчике Холла. При снятии датчика необходимо также снять клеммы аккумулятора. При замене старого датчика Холла на новый рекомендуется сначала очистить старый датчик.

Очистка датчика Холла


Процесс очистки датчика холостого хода коленчатого вала также не представляет особой сложности. Единственная сложность заключается в его обнаружении. Для очистки понадобится растворитель, чтобы удалить слой грязи на датчике. Иногда очистка датчика коленчатого вала может помочь устранить проблему без необходимости его замены.
Если после очистки датчика вы все еще видите следы повреждения, рекомендуется сразу приобрести новый. Его стоимость относительно невысока.

В автомобилях марки BMW существуют некоторые трудности при подключении датчика Холла. Особенностью этих автомобилей является то, что датчики нуждаются в более частой очистке, чем в других типах автомобилей.
Более старые модели автомобилей, такие как Golf 2, 3 и 4, также имеют определенные проблемы с датчиком Холла. W-образные двигатели, с другой стороны, имеют два датчика.

Лучший способ продлить срок службы датчика коленчатого вала автомобиля — регулярно проводить полную диагностику. При диагностике лучше всего выяснить, есть ли серьезная неисправность в датчике Холла или он просто нуждается в чистке.

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

В 2021 году даже самые простые кнопочные телефоны оборудованы множеством умных датчиков и даже процессорами, что делает их на порядок «умнее» своих далеких родственников. Что уж говорить о смартфонах: датчик приближения, освещения, гироскоп и акселерометр — лишь малая часть умной начинки вашего телефона. Из всех этих умных сенсоров особенно выделяется датчик Холла, про который известно не так уж много. Что это за датчик? Как он работает?

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне?

Что такое датчик Холла

Датчик Холла — это умный сенсор, фиксирующий магнитное поле и его напряженность. В быту он достаточно громоздкий, поэтому в смартфоне используется более упрощенный аналог этого устройства, который реагирует только на наличие магнитного поля. Прибор основан на принципе эффекта Холла, который был открыт в 1879 году. Суть заключается в том, что, если проводник, по которому течет электрический ток, находится в постоянном магнитном поле, под этим действием электроны отклоняются к одной из граней пластины. На этой части накапливается отрицательный заряд, а на противоположной — положительный. В итоге, образованная разность потенциалов на краях пластины фиксируется датчиком. В смартфоне этот датчик является микросхемой, которая представляет собой бинарный код.

Датчик Холла в разборе выглядит именно так

Производители смартфонов не используют потенциал этого датчика целиком. На это есть несколько причин: например, этому мешает нехватка свободного места в корпусе смартфона, слабые аккумуляторные батареи, которые не смогут совладать с прожорливым датчиком. Кроме того, датчик используется исключительно для трех функций и у производителей нет какого-либо интереса реализовывать новые функции с его помощью.

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Датчик применяется для трех важных функций. Во-первых, для устойчивой работы GPS и позиционирования. С его помощью в картах навигации ускоряется определение вашего местоположения, что позволяет системе работать с высокой точностью и без долгих задержек при включении карт навигации. Какие карты лучше всего использовать? Читайте в нашем Яндекс.Дзен!

Датчик Холла помогает в работе GPS

Самый яркий пример повседневного использования датчика Холла — это смартфоны или планшеты с магнитными чехлами, стилусами и клавиатурами. Пожалуй, это самый важный плюс, о котором мы расскажем ниже. Работа того же Smart Cover для iPad основана как раз на этом принципе, благодаря которому чехол и считается умным (и стоит дороже).

Умные датчики: Как работает гироскоп в телефоне

Важна и третья функция: датчик Холла позволяет работать складным смартфонам и ноутбукам, у которых при закрытии гаснет экран. Раньше это активно применялось в телефонах-раскладушках и слайдерах, теперь же нашло применение в новых складных смартфонах Samsung. Умный датчик располагается на одной из частей телефона, а на другой установлен небольшой магнит, который оказывается прямо над датчиком. При закрытии телефона датчик срабатывает, позволяя выполнить какое-нибудь действие, например, закончить вызов или закрыть приложение. В ноутбуках датчик Холла полезен похожим образом — при закрытии крышки операционная система оставляет компьютер в режиме сна или в режиме ожидания.

Как работает магнитный чехол

Рынок изобилует самыми разными чехлами для смартфонов, но особым спросом всегда пользовались магнитные чехлы-книжки, которые автоматически отключают или активизируют экран смартфона, на примере Smart Case для iPad. Как это работает? Блокировка или активация дисплея происходит благодаря реакции датчика Холла в смартфоне на приближающийся магнит, запрятанный в крышке чехла. Когда вы открываете крышку чехла, то происходит снижение интенсивности излучения, поэтому экран включается.

Привычные чехлы для Samsung Galaxy работают именно с датчиком Холла

Датчик Холла очень удобно работает с флип-чехлами, у которых есть небольшой вырез для управления плеером или для ответа на звонки. Благодаря такой фиче можно пользоваться отдельными функциями, не открывая чехол, например, просматривать уведомления из нашего Telegram-чата или смотреть время. Как это работает? Возможность наличия или отсутствия высокого магнитного поля позволяет смартфону оставлять экран активным или же подсвечивать только необходимую область дисплея. Кстати, сам магнит, установленный в чехле, не вредит смартфону.

Читайте также: Зачем нужна автояркость на смартфоне и нужно ли ее включать

Как проверить датчик Холла в смартфоне

Современные смартфоны почти все комплектуются этим датчиком. Если вам интересно, поддерживает ли ваш телефон эту функцию, можно зайти на сайт производителя для поиска документации по модели или проверить в разделе «Датчики» через утилиту AIDA64.

Smart Case для iPad — отличное применение датчика Холла

При покупке смартфона поинтересуйтесь, есть ли для него в продаже умные магнитные чехлы. Если они существуют, то в вашем телефоне точно есть датчик Холла. Проверить вручную наличие датчиком можно еще одним способом: возьмите небольшой магнитик и поднесите его к экрану смартфона. Экран должен потухнуть при приближении и начать светиться, когда вы отдаляете магнит.

Оказалось, что датчик Холла — это один из вполне привычных сенсоров смартфона, который мы используем повсеместно. Иногда мы даже не задумываемся, что за такими простейшими вещами стоят огромные научные открытия.

Датчик Холла – энциклопедия VashTehnik.ru

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

Датчики разного типа

Эффект Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Эффект Холла

Достоинства сенсоров Холла

Специалисты отмечают следующие ряд достоинств датчиков Холла:

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

Конструкция датчиков Холла

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

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

Особенности конструкции датчика

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

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

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

Применение датчиков Холла

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

    Применение датчика

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

SET-Article-датчик тока на эффекте Холла

Датчик Холла представляет собой преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

В датчике на эффекте Холла по тонкой металлической полоске проходит ток.В присутствии магнитного поля электроны в металлической полосе отклоняются к одному краю, создавая градиент напряжения на короткой стороне полосы (перпендикулярно подающему току). Датчики на эффекте Холла имеют преимущество перед индуктивными датчиками в том, что, в то время как индуктивные датчики реагируют на изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует ток в катушке провода и создает напряжение на его выходе, датчики на эффекте Холла могут обнаруживать статические (неизменяющиеся) магнитные поля.

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

Часто датчик Холла сочетается с обнаружением порога, так что он действует как переключатель и называется им. Обычно их можно увидеть в промышленных приложениях, таких как изображенный на фото пневматический цилиндр, они также используются в бытовом оборудовании; например, некоторые компьютерные принтеры используют их для обнаружения отсутствия бумаги и открытых крышек.Их также можно использовать в компьютерных клавиатурах, что требует сверхвысокой надежности.

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

Датчики Холла

: как они работают?

Знали вы об этом или нет, датчики Холла повсюду. Каждый раз, когда вы видите двигатель на устройстве с какой-либо обратной связью по оборотам или сигналом скорости, на этом двигателе есть датчик Холла. Как и в случае с любой повсеместно распространенной технологией бытовой техники, нам, техническим специалистам, важно знать, как они работают. Более глубокое понимание технологии означает более глубокое понимание того, как устранять неполадки.

Итак: что такое датчик Холла и как он работает? Это полупроводниковые устройства, поэтому, как и в случае с большей частью электроники, не стоит слишком углубляться в дебри. Нам просто нужно функциональное понимание их, поскольку это влияет на устранение неполадок. С этой целью, вот небольшая картинка, показывающая вам датчик Холла в действии:

Эти красные диски — это постоянные магниты — что-то вроде тех, которые можно использовать, чтобы прикрепить что-нибудь к холодильнику. Синяя рамка — это датчик Холла.Обратите внимание, как каждый раз, когда вращающийся белый диск (предположим, что это ротор двигателя) проводит магнит мимо датчика Холла, датчик загорается. Это все, что делают датчики Холла. Они обнаруживают близость магнита. Это так просто.

Как они это делают? Используя электромагнитный принцип, известный как эффект Холла, поэтому их правильно называют датчиками на эффекте Холла. Эффект Холла гласит, что если через проводник протекает ток, а затем вы прикладываете к этому проводнику магнитное поле, это вызывает разность напряжений на этом проводнике, перпендикулярную протеканию тока.Эту индуцированную разность напряжений часто называют напряжением Холла.

Вот изображение, демонстрирующее эффект Холла в действии в датчике Холла.

Опять же, не важно, что вы полностью осознаете все, что происходит внутри одного из этих датчиков. Важно то, что вы понимаете, какие входы нужны датчику Холла и что он выдает.

Ниже показано, как физически выглядит датчик Холла. Обратите внимание, что у него три терминала, и на этом рисунке каждый терминал помечен тем, что несет этот терминал.

Очень просто — у вас есть источник питания 5 В постоянного тока, заземление постоянного тока, а затем сигнал, представляющий собой наведенное постоянное напряжение — напряжение Холла — от магнита, о котором мы говорили ранее. 5 В постоянного тока и заземление постоянного тока предназначены для создания постоянного тока через датчик, на котором индуцируется напряжение Холла.

Все три провода должны быть подключены к плате управления. Эта плата подает напряжение постоянного тока и землю, а также получает сигнал датчика в качестве входа.Затем логика на плате интерпретирует этот сигнал, чтобы вычислить, работает ли двигатель и как быстро он вращается.

Итак, теперь, когда вы знаете, как они работают, как проверить датчик Холла? Это на самом деле очень просто, и вы уже могли догадаться. Все, что вам нужно сделать, это вручную прокрутить двигатель, к которому прикреплен датчик, пока у вас есть вольтметр, измеряющий сигнальную линию относительно земли постоянного тока. Если вы видите, что во время вращения двигателя появляются колебания напряжения, вы знаете, что датчик выполняет свою работу.

Вот и все! Очень простые, но очень полезные и универсальные устройства. Мы видим их повсюду, и теперь вы знаете, что происходит внутри этого маленького черного полупроводника.

Хотите по-настоящему понять технологии, присутствующие во всех бытовых приборах, и узнать, как применить эти знания для устранения неполадок вашего бытового оборудования для получения максимальной прибыли? Нажмите ниже, чтобы ознакомиться с нашим онлайн-курсом по ремонту основной бытовой техники прямо здесь, в Master Samurai Tech Academy.

Нажмите здесь, чтобы ознакомиться с базовым курсом

Датчики Холла — физические вычисления

Содержание

  1. Введение
  2. Эффект Холла
  3. Датчики Холла
    1. Применение датчиков Холла
    2. Аналоговый и аналоговый датчики Холла
    3. двоичный выход
      1. Аналоговые датчики Холла эффект
      2. Двоичные (переключатель на основе) датчика Холла
      3. эффект
    4. герконы
    5. DRV5055 Датчик Холла
      1. Монтаж модуля DRV5055
      2. отклика датчика магнитного поля
  4. Давайте сделать вещи
  5. Сделать волшебный магнитный светодиодный светильник
    1. Workbench Video
    2. Улучшение схемы
  • Сделать Arduino на основе Arduino на основе магического магнитного света из светодиода
    1. Hall Effect Arduino 120052
    2. код
    3. Workbench Video
  • Ссылки
  • Видео
  • Цитаты

  • В этом уроке вы узнаете о двух типах магнитных датчиков: датчики Холла и герконы.Затем вы будете использовать датчик Холла DRV5055 для создания простой схемы светодиода с автояркостью сначала без, а затем с микроконтроллером.

    Введение

    Магнитные датчики, такие как герконы и датчики Холла, реагируют на присутствие магнитного поля. Это действительно вездесущие датчики, которые можно найти во всем: от автомобильных цепей управления и систем контроля жидкости до электронных устройств, таких как мобильные телефоны и компьютеры. В то время как герконы являются электромеханическими: два внутренних контакта физически замкнуты, когда правильно ориентированное магнитное поле находится в пределах досягаемости, датчики Холла являются твердотельными преобразователями (без движущихся частей): они преобразуют магнитную энергию в электрическую и могут либо использоваться в качестве аналоговых датчиков или переключателей.

    Основным преимуществом датчиков на основе магнита является то, что сам магнит не нуждается в питании и даже может быть полностью заключен в движущуюся часть, такую ​​как окно, колесо, турбина и т. д. и т. д. Например, велосипедный тахометр работает, прикрепляя магнит к велосипедному колесу (которое вращается), в то время как датчик Холла или геркон прикрепляется к вилке колеса и используется микроконтроллером для подсчета оборотов. Датчики на основе магнитов также обычно используются для отслеживания вращения электродвигателей постоянного тока, которые уже содержат магниты для питания двигателя.

    Два примера систем слежения за колесами велосипеда (слева и посередине), а также велосипедный спидометр. Как правило, эти системы изготавливаются с датчиками на эффекте Холла или герконами для измерения оборотов колеса, которые преобразуются в расстояние и скорость с помощью небольшого компьютера с дисплеем (часто установленным на руле). Примечание: чтобы использовать эту систему, велосипедист должен сначала выполнить шаг калибровки, переместив колесо на заданное расстояние (тем самым предоставив необходимые данные для преобразования оборотов в расстояние).

    Эффект Холла

    Как взаимодействуют электрические и магнитные поля? Возможно, вы помните, что электрический ток создает магнитное поле (вспомните правило правой руки из школьного курса физики). Но влияет ли магнитное поле на ток? Да!

    Электричество и магнетизм давно интересовали людей, но считались отдельными явлениями. Только в конце 19-го века, когда Джеймс Максвелл опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме , электричество и магнетизм были объединены в одну взаимосвязанную силу: электромагнетизм.Но остались ключевые вопросы, в том числе, наиболее актуальные для нас: как магниты взаимодействуют с электрическим током ?

    Входит Эдвин Холл. Будучи аспирантом Университета Джона Хопкинса в 1879 году, Холл открыл «эффект Холла», который представляет собой создание небольшой разности потенциалов на электрическом проводнике поперек электрического тока при приложении магнитного поля (Википедия). Эта анимация от How to Mechatronics помогает продемонстрировать эффект. Когда вводится магнит, он отталкивает отрицательные заряды на одну сторону проводника, создавая асимметричное распределение заряда (перпендикулярно потоку тока) на проводнике.Это разделение заряда создает новое электрическое поле с небольшим электрическим потенциалом (часто в милливольтах), который можно измерить мультиметром или подобным устройством.

    Анимация из книги «Как сделать мехатронику»

    Обратите внимание, что хотя анимация показывает прекращение тока в проводнике во время эффекта Холла, это не так. Ток продолжает течь даже в присутствии магнитного поля. Анимация также не показывает, что при переворачивании магнита эффект Холла также меняется на противоположный: отрицательные и положительные заряды будут смещаться в противоположные стороны проводника (и опять же, это смещение поперечно протеканию тока).

    Запутался? Это нормально!

    Чтобы лучше понять эффект Холла, посмотрите это 5-минутное видео от профессора Боули из Ноттингемского университета. Он предоставляет замечательный набор визуальных экспериментов и объяснений (лучших из тех, что мы видели), которые должны прояснить ситуацию:

    В этом замечательном видео из Университета Ноттингема профессор Боули объясняет физику эффекта Холла.

    Датчики Холла

    Датчики Холла используют «эффект Холла» для измерения величины проксимального магнитного поля.Точнее, датчики на эффекте Холла измеряют «магнитный поток» (\(Φ\)), который представляет собой полное магнитное поле \(\vec{B}\), проходящее через заданную область \(\vec{A}\) (где A — площадь чувствительного элемента по нормали к магнитному полю): \(Φ = \vec{B} \cdot \vec{A}\). В то время как индуктивные датчики реагируют на изменяющихся магнитных полей, одним из преимуществ датчиков Холла является то, что они работают со статическими (неизменяющимися) полями. Таким образом, датчик Холла может реагировать на магнит, даже если он не движется.

    Имитация магнитного потока магнита NdFeB.Изображение из таблицы данных датчика Холла DRV5055.

    Поскольку векторы магнитного поля текут от северного полюса магнита к южному, магнитный поток будет изменяться в зависимости от ориентации магнита относительно датчика Холла. Величина магнитного потока максимальна, когда полюса магнита ортогональны датчику. Чтобы узнать больше о магнитном потоке, посмотрите этот урок Академии Хана.

    Применение датчиков Холла

    Датчики Холла используются в ряде бытовых и промышленных приложений, от автомобилестроения до мониторинга жидкостей и автоматизации зданий.Некоторые приложения, такие как определение положения сиденья и ремня безопасности, используют датчики на эффекте Холла для локализации объектов, в то время как другие используют датчики на эффекте Холла для бесконтактных измерений постоянного тока (измерение индуцированного магнитного поля с помощью тока через провод). Одни только современные автомобили содержат 10 или более датчиков Холла для всего, от определения положения стеклоочистителей до педалей тормоза и газа и системы зажигания (Landuyt et al., SPLC’14).

    В своем справочнике по датчикам Холла компания Honeywell предлагает десятки идей по применению:

    Подмножество идей по применению датчиков Холла, представленных в справочнике Honeywell.

    Аналоговый и двоичный выход

    Датчики Холла могут обеспечивать аналоговый или двоичный выход. В любом случае это активных датчиков с тремя контактами (\(V_{CC}\), \(GND\) и \(Out\)).

    Аналоговые датчики на эффекте Холла

    В предыдущих уроках мы рассмотрели резистивные датчики, такие как чувствительные к силе резисторы и фоторезисторы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от внешнего воздействия. Напротив, аналоговый датчик Холла выдает переменное напряжение .Это напряжение прямо пропорционально воспринимаемой плотности магнитного потока.

    Двоичные (переключающие) датчики Холла

    Некоторые датчики Холла действуют как переключатели: либо включены (при наличии достаточно сильного магнитного поля), либо выключены (если нет). Например, US5881LUA, продаваемый Adafruit, обычно имеет HIGH , но переключается на LOW при наличии южного магнитного полюса . Некоторые переключатели на эффекте Холла фиксируются , которые остаются в активированном состоянии даже при удалении магнита.Например, фиксирующий датчик Холла US1881 переключается на HIGH при наличии северного магнитного полюса, но остается в этом состоянии даже после удаления магнита и до тех пор, пока не будет обнаружен южный магнитный полюс.

    Для получения бинарного выхода эти датчики Холла имеют дополнительный внутренний элемент, называемый триггером Шмитта, подключенный к аналоговому выходу, который преобразует внутренний аналоговый выходной сигнал во внешний цифровой выход ( HIGH или LOW ).Смотрите это видео от «Как к мехатронике».

    Герконы

    Изображение из Википедии.

    Хотя некоторые датчики на эффекте Холла выдают бинарный выходной сигнал ( HIGH или LOW ) и, таким образом, могут работать как переключатели, их не следует путать с герконами, которые являются электромеханическими устройствами. В герконовом переключателе два контакта из ферромагнитного металла замыкаются в присутствии магнитного поля (в остальном они нормально разомкнуты). Поскольку геркон представляет собой механическое устройство, контакты переключателя со временем изнашиваются.Смотрите анимации ниже.

    Reed Switch Animation Видео активации Slow Motion

    Геркон — это пассивный датчик: его контакты замыкаются в присутствии магнитного поля независимо от того, включен ли он в цепь. В отличие от датчиков Холла, герконы не чувствительны к полярности магнитного поля; однако магнитное поле должно быть параллельно камышам — либо с севера на юг, либо с юга на север.См. рисунок ниже.

    В датчике на эффекте Холла плотность магнитного потока через датчик максимальна, когда магнитный полюс направлен прямо к датчику. У геркона магнитные полюса должны быть параллельны датчику. Изображение получено от KJMagnetics.

    Вот видео, демонстрирующее работу геркона с тремя различными магнитами от K&J Magnetics:

    Датчик Холла DRV5055

    В наших комплектах оборудования мы предоставляем логометрический линейный датчик Холла DRV5055 Texas Instruments (TI), который изменяет свое выходное напряжение пропорционально плотности магнитного потока.Ратиометрический означает, что выходное напряжение датчика пропорционально напряжению питания (\(V_{CC}\)).

    DRV5055 может работать с источниками питания 3,3 В и 5 В (с допуском +/- 10 %). Датчик может сниматься на частоте 20 кГц. Чтобы обеспечить надежное выходное напряжение в различных условиях развертывания, микросхема DRV5055 включает в себя схемы температурной компенсации, компенсацию механических напряжений, преобразование сигнала и усиление. Таким образом, несмотря на небольшой размер, в этот аппарат встроено значительное количество сложного оборудования.

    Доступны два комплекта: комплект для поверхностного монтажа SOT-23 (левый рисунок внизу) и комплект для сквозного монтажа TO-92 (справа). Мы будем использовать сквозной пакет (ТО-92).

    Два корпуса DRV5055 с конфигурацией контактов и расположением элемента Холла помечено красным (в центре датчика)

    Подключение DRV5055

    Чтобы использовать датчик, подключите ногу 1 к \(V_{CC}\)* , ногу 2 к \(GND\), а ногу 3 к аналоговому входному контакту на вашем Arduino (скажем, A0 ).

    *TI рекомендует соединить ветвь 1 с керамическим конденсатором с заземлением емкостью не менее 0,01 мкФ. Он называется развязывающим конденсатором (или обходным конденсатором) и является обычным дополнением, помогающим сгладить подачу напряжения во время работы датчика. См. схему подключения ниже. Хотя это не является абсолютно необходимым — и у некоторых из вас может не быть доступа к керамическим конденсаторам — это рекомендуется (это повысит производительность и надежность). Чтобы увидеть влияние добавления развязывающего конденсатора на подачу напряжения на микросхему, посмотрите это видео.Дэйв Джонс из EEVblog также предлагает хороший урок на доске (ссылка).

    Мы включили две эквивалентные проводки Arduino. Левая диаграмма включает макетную плату, которая, по нашему мнению, может немного сбить с толку тех, кто все еще знаком с макетными платами. Средняя схема — та же разводка, но без макетной платы. Схема справа скопирована/вставлена ​​непосредственно из таблицы данных DRV5055.

    Реакция датчика на магнитное поле

    Итак, как выходной контакт DRV5055 (ножка 3) реагирует на магнитное поле?

    При отсутствии магнитного поля аналоговый выход управляет половиной от \(V_{cc}\).Таким образом, на Arduino Uno AnalogRead(A0) вернет 512 (1023/2) в состоянии по умолчанию (без магнита). Затем выходной сигнал датчика будет линейно изменяться в зависимости от приложенной плотности магнитного потока. Если южный полюс магнита обращен к датчику, аналоговый выход увеличится между \(V_{cc}/2\) — \(V_{cc}\). Если северный полюс обращен к датчику, выходное напряжение уменьшится с \(V_{cc}/2\)) до 0 В. См. приведенный ниже график магнитного отклика и раздел 7.3.2 технического описания DRV5055.

    График магнитного отклика датчика Холла DRV5055. На диаграмме справа показан южный полюс магнита, ортогональный сенсорной поверхности, что приводит к положительному \(\vec{B}\) и аналоговому выходному напряжению > \(V_{cc}/2\). Если ориентация магнита изменена таким образом, что северный полюс обращен к датчику, то \(\vec{B}\) будет отрицательным, а аналоговое выходное напряжение будет находиться в диапазоне от 0 до \(V_{cc}/2\) .

    Давайте сделаем что-нибудь

    Сначала мы собираемся использовать датчик Холла в «голой» схеме без микроконтроллера, а затем покажем, как использовать датчик с Arduino.

    Сделайте волшебный магнитный осветлитель светодиодов

    Давайте воспользуемся датчиком эффекта Холла для автоматического изменения яркости нашего светодиода. Напомним, что \(V_{out}\) увеличивается по мере приближения к южному полюсу магнита, а \(V_{out}\) уменьшается по мере приближения к северному полюсу. Давайте используем это свойство для управления яркостью нашего светодиода.

    Даже с этой простой схемой открывается множество творческих возможностей: представьте себе свет в стиле Гарри Поттера, который включается только тогда, когда палочка волшебника находится рядом (свет содержит датчик Холла, а палочка — магнит).

    В техническом описании DRV5055 указано, что максимальный непрерывный выходной ток составляет 1 мА. Используя закон Ома, мы можем рассчитать безопасное значение сопротивления токоограничивающего резистора, чтобы светодиод не потреблял слишком много тока. \(I=\frac{V_{cc} — V_f}{R} \to 1mA=\frac{5V-2V}{R} \to R=\frac{3V}{0,001A} = 3000Ω\). Итак, мы будем использовать 3,3 кОм.

    Мы включили две схемы подключения: слева рекомендуемая схема подключения согласно спецификации DRV5055 с развязывающим конденсатором, а справа такая же схема подключения, но без конденсатора.Оба будут работать одинаково для наших целей, поэтому, если у вас нет под рукой конденсатора, просто сделайте схему справа.

    Видео верстака

    А вот видео верстака, демонстрирующее схему (без конденсатора). Во второй половине видео показаны два мультиметра: один для измерения тока в цепи, а другой для измерения выходного напряжения датчика Холла.

    Мое голосовое повествование довольно мягкое, так как я записал видео рано утром и не хотел беспокоить свой дом! 😀

    Улучшение схемы

    Что, если бы мы хотели подавать более 1 мА через наш светодиод? У нас есть два варианта:

    1. Как и в случае с нашей схемой фоторезистора, мы можем изменить нашу схему, чтобы использовать транзистор .В этом случае выход датчика Холла будет подключен к транзистору, который будет управлять током через наш светодиод. Если у вас есть транзистор, не стесняйтесь попробовать это!
    2. Мы могли бы перейти к использованию микроконтроллера, что мы и собираемся сделать!

    Создание волшебного магнитного осветлителя светодиодов на основе Arduino

    Давайте адаптируем нашу схему для использования Arduino. Мы создадим одну схему для считывания показаний датчика Холла на A0 и другую схему для включения и автоматического увеличения яркости светодиода с помощью ШИМ (через контакт 3 GPIO).

    Схема Arduino на эффекте Холла

    Ниже мы приводим две схемы подключения: одну с развязывающим конденсатором (0,01 мкФ) и одну без него. Развязывающий конденсатор необходим для обеспечения постоянного напряжения питания во время работы датчика Холла; однако это не обязательно для простого прототипирования и обучения.

    Код

    Наш код самый простой из возможных. Мы просто считываем выходное напряжение датчика Холла на A0 и напрямую переводим его в ШИМ-выход светодиода.Напомним, что датчик на эффекте Холла выдает \(V_{cc}/2\), когда магнит отсутствует. Таким образом, светодиод «включен наполовину» ( AnalogWrite(LED_PIN, 128) ) без магнита, полностью яркий, когда южный полюс обращен прямо перед датчиком, и полностью выключен, когда северный полюс обращен прямо к датчику. перед датчиком.

    Одна простая модификация, которую вы можете попробовать: когда нет магнита, выключите светодиод. При обнаружении южного или северного полюса магнитного поля яркость светодиода увеличивается соответствующим образом.

    Этот исходный код находится на GitHub.

    Видео Workbench

    Ссылки

    Видео

    Цитаты

    Дмитрий Ван Ландуйт, Стивен Оп де Беек, Арам Овсепян, Сэм Михилс, Воутер Йосен, и Мати Йосен, Оливье Йоосен, Свен Йельт Мейнкенс, Гьяльт Мейнкенс, Гьялт Мейнкенс. 2014. На пути к управлению изменчивостью конструкции безопасности автомобильного датчика Холла. В материалах 18-й Международной конференции по линейке программных продуктов — Том 1 (SPLC ’14).Ассоциация вычислительной техники, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США, 304–309. DOI. Нашли ошибку? Сообщить о проблеме на GitHub.

    Выбор подходящего датчика Холла и целевого магнита

    Обзор выбора подходящего датчика Холла и целевого магнита:

    Диаграммы в этих указаниях по применению показывают типичные диапазоны зазоров, в которых датчики Холла Sensor Solutions обнаруживают целевые магниты, доступные на нашем веб-сайте.Все кривые и точки переключения основаны на расположении чувствительного элемента в типичном корпусе и расчетных значениях напряженности магнитного поля.

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТАБЛИЦ:

    На каждой диаграмме показана типичная выходная кривая поля, создаваемого южным полюсом нескольких магнитов при комнатной температуре. Верхняя горизонтальная линия указывает наихудший случай переключения типа датчика (максимальная точка переключения или требуемое максимально возможное поле). Средняя линия указывает типичную точку переключения датчика.Нижняя линия указывает наименьшее возможное поле, которое может вызвать срабатывание датчика (минимальная точка переключения).

    Датчики

    на 100 % протестированы на переключение при максимальной точке переключения, но большинство из них будет работать ближе к типичной точке переключения. Гарантированный диапазон*, в котором данный датчик обнаружит конкретный магнит, будет составлять от зазора 0,000” до точки, где кривая достигает максимальной точки переключения. Минимальный зазор, необходимый для того, чтобы датчик не активировал магнит, находится ниже точки, где кривая пересекает минимальную точку переключения.

    Под каждой диаграммой находится таблица, в которой указаны максимальная, типичная и минимальная точки переключения для датчика и каждого перечисленного типа магнита. Нажмите на номер детали магнита, чтобы открыть страницу продукта для указанного магнита.

    *На магнитные поля будет влиять наличие стали или других магнитов. Sensor Solutions рекомендует протестировать любую комбинацию магнита и датчика в приложении, чтобы определить зазоры при установке. Нестандартные корпуса также могут располагать чувствительный элемент ближе или дальше от поверхности магнита.

    ИЗМЕРЕНИЕ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА:

    На приведенном ниже рисунке показано, как измеряется воздушный зазор между датчиком и магнитом мишени для диаграмм и данных в этих указаниях по применению.

    ДИАГРАММЫ:

    В каждой таблице перечислены распространенные неодимовые цилиндрические магниты, доступные в Sensor Solutions. Данные для других магнитов предоставляются по запросу.

    Щелкните ссылку ниже, чтобы перейти непосредственно на страницу со списком данных о чувствительности датчика и максимальном зазоре для каждой характеристики.

    HS / HSQ / HSCD / DHS / DHSS
    HS1 / HS1Q / HS1CD / DHS1 / DHSS1
    IHS2 / IHS2Q / IHS2CD / DIHS2 / DIHSS2
    HS3 / HS3Q / HS3CD / DHS3 / DHSS3
    MQMR / EHS190 / EHS01 / MRCD

    Если характеристика датчика или целевой магнит, который вы ищете, не указаны в этом документе, свяжитесь с нашим техническим отделом, чтобы обсудить ваши конкретные требования.

     

     

     

    Нажмите здесь, чтобы вернуться к указателю заметок по применению

    Что такое датчик Холла

    Для чего используются датчики Холла?

    Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения переменных, таких как близость, скорость или смещение механической системы.Датчики Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны соприкасаться с физическим элементом.

    Что такое датчик Холла и как он работает?

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

    Что такое датчик Холла на двигателе?

    Датчик Холла представляет собой чувствительный переключатель, который. выводит логический уровень на основе обнаружения магнитного поля. Датчики Холла экономичны и потому постоянны. магниты внутри двигателя BLDC легко установить внутри двигателя.

    Нужны ли датчики Холла?

    При правильном оборудовании вам не нужны датчики Холла для некоторого уровня производительности (как правило, с лучшим определением положения вала у вас более широкие и лучшие уровни) производительности с контроллерами, предназначенными для обоих методов работы.

    Что такое датчик Холла в ноутбуке?

    Компьютер оснащен датчиком Холла, который сообщает системе о необходимости отключения таких элементов, как экран и сенсорная панель, когда крышка компьютера закрыта. Если магнитный предмет (например, магнитная застежка на сумке или кошельке) находится рядом с датчиком Холла, датчик срабатывает, и экраны отключаются.

    Каковы преимущества датчика Холла?

    Датчики на эффекте Холла

    не изнашиваются, поэтому имеют длительный срок службы, а в случае двухкомпонентной технологии это означает, что они имеют практически неограниченный срок службы.Они очень надежны. Предлагайте предварительно программируемые электрические углы и выходы. Предложите высокоскоростную работу.

    Что вызывает эффект Холла?

    Эффект Холла обусловлен природой тока в проводнике. Ток состоит из движения множества небольших носителей заряда, обычно электронов, дырок, ионов (см. Электромиграция) или всех трех. Когда присутствует магнитное поле, на эти заряды действует сила, называемая силой Лоренца.

    В чем принцип эффекта Холла?

    Что такое эффект Холла? Принцип эффекта Холла назван в честь физика Эдвина Холла.В 1879 году он обнаружил, что, когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, помещают перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерить под прямым углом к ​​пути тока.

    Сколько существует типов датчиков Холла?

    Существует два типа датчиков Холла: устройства с линейными (или аналоговыми) выходами и устройства с цифровыми выходами. Аналоговые датчики используют постоянное выходное напряжение, которое увеличивается в сильном магнитном поле и уменьшается в более слабом поле.

    Что делает датчик Холла на электровелосипеде?

    Для этого в некоторых системах контроллеров внутри ступицы используются датчики Холла, которые отслеживают положение двигателя. Эта информация позволяет контроллеру чередовать мощность с правильным временем и в правильной последовательности, и, вуаля, он вращается.

    Почему датчик Холла выходит из строя?

    Датчик Холла рассчитан на ток 20 миллиампер или меньше. Резистор расположен в сигнальной цепи, поэтому он может ограничивать ток, протекающий через эту цепь.Если сопротивление этого резистора упадет, протекающий ток увеличится, что приведет к множественным отказам датчика Холла.

    Как проверить датчик Холла?

    Для проверки датчиков необходимо подать +5 В (от источника питания или аккумулятора) между красным проводом, который является «+» проводом датчика Холла, и черным проводом, который является «-» проводом датчика Холла, и проверить напряжение между ними. каждый из проводов сигнала холла (белые провода) к красному проводу (с мультиметром) — пока крутишь.

    Насколько точны датчики Холла?

    Что касается точности, доступные в настоящее время датчики на эффекте Холла могут обеспечивать выходную погрешность всего 1%. Хорошо спроектированная резистивная схема измерения тока может превзойти это значение, но 1%, как правило, будет достаточно в приложениях с высоким током/высоким напряжением, для которых особенно подходят устройства на эффекте Холла.

    Может ли BLDC работать без датчика Холла?

    Если бесщеточный двигатель постоянного тока без датчика Холла сломан, его нельзя заменить бесщеточным двигателем постоянного тока с датчиком Холла.Схема аппаратного привода этих двух двигателей отличается, как и программный код, поэтому двигатели bldc после замены работать не будут.

    В чем разница между датчиком Холла и индуктивным датчиком?

    Внутри индуктивного датчика находится катушка провода, по которой проходит переменный ток. Это создает переменное магнитное поле, которое реагирует на проводящий материал. Датчик Холла имеет тонкую проводящую металлическую полоску, обычно называемую «элементом Холла».

    Какие датчики есть в ноутбуке?

    Сегодня все современные ноутбуки и смарт-устройства в стандартной комплектации оснащены датчиками обнаружения инфракрасного излучения, позволяющими экранам загораться, когда объект находится поблизости, и гаснуть, когда его нет.

    Как работает датчик поворота на эффекте Холла?

    Когда оператор убирает ногу с педали, датчик поворотного положения на эффекте Холла определяет изменение положения и посылает сигнал двигателю, чтобы уменьшить поток топлива и воздуха через дроссельную заслонку.Автомобиль реагирует на этот сигнал снижением скорости.

    Измерение датчика ABS на эффекте Холла

    Датчик антиблокировочной тормозной системы (ABS) используется для определения скорости вращения колеса, чтобы предотвратить его блокировку. при торможении. Датчик ABS на эффекте Холла состоит из постоянного магнита с датчиком на эффекте Холла рядом с ним. Напряженность магнитного поля изменяется, когда объект, чувствительный к магнетизму, проходит через магнитное поле магнит. Это изменение магнитного поля вызывает изменение выходного сигнала датчика Холла.

    В большинстве случаев объектом воздействия на магнитное поле является диск или кольцо с равномерно распределенными зубьями. устанавливается на карданный вал или в подшипник. Когда колесо вращается, зубья проходят мимо датчика, и рисунок, в котором они расположены, виден в сигнале датчика АБС. Каждый период сигнала представляет собой зубец, проходящий через датчик. Частота сигнала зависит от скорости вращения колеса и количества зубьев на диске или звенеть.

    В автомобилях используются два разных типа датчика ABS на эффекте Холла: с 2 или 3 проводами.

    3-проводной датчик ABS на эффекте Холла имеет простой источник питания и сигнальный провод с сигналом. напряжение (U s ), поступающее на ЭБУ АБС, показано на рисунке 1. В зависимости от конструкции датчика наличие зубца вызывает высокое или низкое напряжение сигнала и щель между зубами противоположная. Результирующий сигнал представляет собой прямоугольную волну.

    Рис. 1. Схематическое изображение трехпроводного датчика ABS

    на эффекте Холла.

    Двухпроводной датчик ABS на эффекте Холла имеет провод питания 12 В, но не имеет прямого заземления.Как показано на рисунке 2, заземление датчика также является сигнальным проводом. Двухпроводной датчик ABS на эффекте Холла регулирует ток. Величина тока (I s ) изменяется датчиком, когда зуб проходит мимо датчика. В зависимости от конструкции датчика наличие зубца вызывает высокий или низкий ток и щель между зубами противоположная. Этот ток, протекающий через резистор внутри ЭБУ АБС, создает напряжение (U s ). относительно земли, аналогично прямоугольному сигналу 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла.Уровни напряжения отличаются и намного ниже, чем у 3-проводного датчика ABS на эффекте Холла из-за низкие токи. Уровни напряжения также могут меняться от системы к системе в зависимости от протекающего тока и номиналов резисторов. но должна быть видна четкая прямоугольная волна.

    Рисунок 2: Схематическое изображение двухпроводного датчика ABS

    на эффекте Холла.

    %PDF-1.3 % 53 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 53 107 0000000016 00000 н 0000002489 00000 н 0000003135 00000 н 0000003291 00000 н 0000003355 00000 н 0000003431 00000 н 0000003505 00000 н 0000003602 00000 н 0000003685 00000 н 0000003796 00000 н 0000003905 00000 н 0000004011 00000 н 0000004165 00000 н 0000004338 00000 н 0000004479 00000 н 0000004566 00000 н 0000004665 00000 н 0000004769 00000 н 0000004899 00000 н 0000004994 00000 н 0000005078 00000 н 0000005174 00000 н 0000005265 00000 н 0000005382 00000 н 0000005507 00000 н 0000005603 00000 н 0000005711 00000 н 0000005868 00000 н 0000006030 00000 н 0000006193 00000 н 0000006327 00000 н 0000006437 00000 н 0000006539 00000 н 0000006659 00000 н 0000006789 00000 н 0000006932 00000 н 0000007081 00000 н 0000007201 00000 н 0000007349 00000 н 0000007439 00000 н 0000007559 00000 н 0000007693 00000 н 0000007776 00000 н 0000007884 00000 н 0000007978 00000 н 0000008076 00000 н 0000008171 00000 н 0000008262 00000 н 0000008354 00000 н 0000008502 00000 н 0000008609 00000 н 0000008700 00000 н 0000008808 00000 н 0000008912 00000 н 0000009010 00000 н 0000009111 00000 н 0000009213 00000 н 0000009361 00000 н 0000009445 00000 н 0000009546 00000 н 0000009676 00000 н 0000009784 00000 н 0000009853 00000 н 0000010004 00000 н 0000010159 00000 н 0000010271 00000 н 0000010353 00000 н 0000010451 00000 н 0000010586 00000 н 0000010695 00000 н 0000010845 00000 н 0000010963 00000 н 0000011095 00000 н 0000011229 00000 н 0000011356 00000 н 0000011453 00000 н 0000011573 00000 н 0000011656 00000 н 0000011760 00000 н 0000011878 00000 н 0000011997 00000 н 0000012135 00000 н 0000012306 00000 н 0000012391 00000 н 0000012472 00000 н 0000012589 00000 н 0000012710 00000 н 0000012798 00000 н 0000012885 00000 н 0000012969 00000 н 0000013077 00000 н 0000013174 00000 н 0000013376 00000 н 0000013704 00000 н 0000013831 00000 н 0000013942 00000 н 0000014052 00000 н 0000014233 00000 н 0000015698 00000 н 0000015826 00000 н 0000016766 00000 н 0000017095 00000 н 0000017223 00000 н 0000017279 00000 н 0000018206 00000 н 0000002606 00000 н 0000003113 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 54 0 объект > эндообъект 158 0 объект > поток Hb«`f`c`g«[email protected]

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.