Линейный датчик холла принцип работы: Страница не найдена — Практическая электроника

Содержание

Датчик холла назначение и принцип работы

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

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

Блок: 1/10 | Кол-во символов: 281
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Что такое датчик Холла

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

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

Внешнее магнитное поле используется для активации этих датчиков эффекта Холла. Отслеживаемый магнитный поток фиксируется датчиком, когда его плотность за пределы определенного порога. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

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

Купить датчик вы можете в популярном китайском интернет магазине «АлиЭкспресс». Брали оттуда, все рабочие, советуем.

Блок: 2/10 | Кол-во символов: 1096
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

С чего все начиналось

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

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

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

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 753
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Датчик Холла – принцип работы и назначение

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Во многих случаях этот прибор размещается в трамблере и отвечает за образование искры, то есть он используется вместо контактов. Нередко данный прибор применяется для слежения за током нагрузки. С его помощью производится отключение при возникновении токовых перегрузок. В случае перегревания датчика происходит срабатывание температурной защиты. Резкое изменение напряжения может иметь для устройства тяжелые последствия. Поэтому в последних моделях устанавливается внутренний диод, препятствующий обратному включению напряжения.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.


Блок: 6/8 | Кол-во символов: 1367

Источник: http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

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

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

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1136
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Как работает датчик Холла

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

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

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

Простейший датчик состоит из:

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

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

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

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

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1931
Источник: http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/

Пример использования аналогового элемента

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

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

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

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

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 573
Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html

Цифровые датчики Холла

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

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

Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

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

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

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 945
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

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

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

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

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

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 2929
Источник: http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • на основании вывода;
  • на основании операции.

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить по типу выхода:

  • аналоговый;
  • цифровой.
Датчики Холла с аналоговым выходом

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

Эти измерительные элементы имеют непрерывный линейный выход. Благодаря такому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «вкл.» и «выкл.». Эти датчики имеют дополнительный элемент — «триггер Шмитта», отличаясь этим от датчиков Холла с аналоговым выходом.

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

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

На основе операции

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

  • биполярный;
  • 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.

Блок: 5/10 | Кол-во символов: 1914
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как проверить датчик Холла

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

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео,  мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1547
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1861
Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков Холла
  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
  • датчики частоты вращения
  • устройства синхронизации
  • датчики систем зажигания автомобилей
  • датчики положения
  • счетчики импульсов
  • датчики положения клапанов
  • блокировка дверей
  • измерители расхода
  • бесконтактные реле
  • детекторы приближения
  • датчики бумаги (в принтерах)

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 683
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

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.

Блок: 7/10 | Кол-во символов: 373
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически  датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 364
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

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.

Блок: 8/10 | Кол-во символов: 554
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

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

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

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

Блок: 9/10 | Кол-во символов: 912
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как работает датчик Холла Видео

Блок: 10/10 | Кол-во символов: 31
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Кол-во блоков: 27 | Общее кол-во символов: 30483
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:
  1. http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/: использовано 2 блоков из 8, кол-во символов 4296 (14%)
  2. https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml: использовано 7 блоков из 10, кол-во символов 5161 (17%)
  3. https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 2434 (8%)
  4. https://autolirika.ru/interesnoe/datchik-holla.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 6612 (22%)
  5. http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 1931 (6%)
  6. https://220v.guru/elementy-elektriki/datchiki/princip-raboty-i-primenenie-datchika-holla.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 2199 (7%)
  7. https://carnovato.ru/princip-raboty-shema-datchika-holla-skutere/: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 2422 (8%)
  8. https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 5428 (18%)

Некоторые применения линейных интегральных датчиков Холла компании Allegro Microsystems — Компоненты и технологии

Интегральные датчики Холла находят применение во многих областях современной промышленности, например в машиностроении, автомобильной электронике, авиационной технике. В отличие от механических и оптических датчиков, датчики Холла обладают важным преимуществом — они практически нечувствительны к механическим воздействиям и изменению параметров окружающей среды, при этом обеспечивают минимизацию стоимости готового решения.

Введение

Наибольшее распространение получили так называемые ключевые датчики Холла — микросхемы, выход которых меняет логическое состояние при превышении напряженностью магнитного поля определенной величины. Такие датчики применяются, в частности, для измерения частоты вращения и величины перемещения движущихся объектов — валов электродвигателей, зубчатых колес редукторов, транспортерных лент и т. п. Однако существует отдельный класс интегральных микросхем с элементом Холла, позволяющий значительно расширить область применения либо дать разработчику большую гибкость при построении системы в традиционных областях применения. Речь идет о так называемых линейных датчиках Холла. В данной статье мы рассмотрим основные характеристики и области применения этих устройств.

Структура и основные характеристики линейных датчиков Холла

Линейные датчики Холла (ЛДХ) обычно оптимизируют для измерения величины униполярного или биполярного магнитного поля. ЛДХ характеризуются двумя основными параметрами — чувствительностью и линейностью в заданном диапазоне рабочих температур.

Рис. 1

Типовая передаточная характеристика ЛДХ (зависимость выходного напряжения от амплитуды магнитного поля) показана на рис. 1. Большинство датчиков с однополярным питанием имеют выходное напряжение нуля (соответствующее нулевой напряженности магнитного поля), равное половине диапазона изменения выходного напряжения или половине напряжения питания. В последнем случае величина напряжения нуля и чувствительность зависят от величины напряжения питания. Это наблюдается в датчиках с пропорциональным выходом, представляющих собой элемент Холла с линейным усилителем (рис. 2). Так, у популярного датчика A3515 при напряжении питания +5,0 В напряжение нуля и чувствительность равны 2,5 В и 5,0 мВ/Гаусс соответственно, а при увеличении питания до 5,5 В данные параметры изменяются до значений 2,75 В и 5,5 мВ/Гаусс. Вот почему при использовании ЛДХ этого типа необходимо предъявлять более жесткие требования к источнику питания. В то же время датчики позволяют осуществить простую регулировку чувствительности без дополнительных усилительных компонентов, что может быть весьма полезно.

Рис. 2

Современные ЛДХ представляют собой монолитную интегральную схему, где на одном кристалле объединены элемент Холла, линейный усилитель и оконечный каскад усиления мощности класса А (рис. 3). Кроме того, для увеличения точности преобразования и обеспечения температурной стабильности в микросхеме реализована система автоматической коррекции напряжения смещения и фильтрация сигнала после линейного усилителя.

Рис. 3

Таблица 1. Номенклатура новых линейных датчиков Холла компании Allegro Microsystems

В таблице 1 приведена номенклатура новых линейных датчиков Холла компании Allegro Microsystems. Датчики А1301, А1302 имеют схему, показанную на рис. 3. Они обеспечивают невысокое значение точности и могут использоваться, например, в системах регистрации угловых или линейных перемещений объектов. На показатели точности и стабильности характеристик ЛДХ с одним элементом Холла может оказывать влияние множество факторов: дисбаланс градиентов сопротивления в зависимости от направления тока, геометрическая неоднородность, пьезорезистивные эффекты и даже внешние механические воздействия на корпус микросхемы. Для устранения влияния указанных факторов на точность ЛДХ используется схема динамической квадратурной компенсации смещения. Принцип ее работы иллюстрирует рис. 4. Токи элемента Холла с двух направлений (0° и 90°) поочередно коммутируются с частотой около 200 кГц на входы дифференциального усилителя, осуществляя «электронный поворот» элемента на 90°. При этом к моменту «поворота» схема выборки-хранения фиксирует напряжение на выходе усилителя, устраняя коммутационные помехи. Окончательно сигнал пропускается через ФНЧ для полного восстановления. Схемотехника динамической квадратурной компенсации позволяет практически полностью устранить влияние внешних дестабилизирующих факторов, а также добиться высокой стабильности выходного напряжения смещения. К недостаткам схемы можно отнести наличие в спектре выходного сигнала шумов в полосе частот коммутации Fком, что ограничивает максимальную частоту выходного сигнала датчика величиной, обычно равной 0,1–0,2 Fком.

Рис. 4

Описанный принцип компенсации смещения используется в датчиках А1321–А1323 (рис. 5). Эти изделия относятся к классу прецизионных калиброванных ЛДХ и сохраняют высокую точность и линейность преобразования в температурном диапазоне от –40 до +150 °С. Однако, как отмечалось выше, схемотехника динамической компенсации смещения приводит к увеличению шума на выходе датчика. Так, если у линейных датчиков А1301, А1302 амплитуда выходных шумов в полосе 10 кГц не превышает 150 мкВ, то у А1321–А1323 это значение оказывается уже на два порядка выше — около 25 мВ. Соответственно, при одинаковом коэффициенте преобразования 2,5 мВ/Гаусс разрешение по минимальной регистрируемой величине магнитного поля у А1301 составляет 0,06 Гаусс, а у А1323 — 10 Гаусс.

Рис. 5

Использование регулировки напряжения питания для масштабирования коэффициента преобразования ЛДХ приводит к ряду сложностей при проектировании схемы. Во-первых, резко возрастают требования к стабильности напряжения источника питания. Во-вторых, пульсации и шумы питающего напряжения непосредственно модулируют выходной сигнал датчика, оказывая влияние на точность измерения, что требует применения сложной фильтрации, а значит, намного удорожает схему. От подобных недостатков свободны датчики нового поколения А1391, А1392 (рис. 6). Эти микросхемы имеют отдельный вход образцового напряжения масштабирования VREF, с помощью которого можно задать любое значение уровня нуля и коэффициента преобразования. При этом схема обеспечивает глубину подавления помех по напряжению питания около 60 дБ. Стабилизация смещения выполнена аналогично А1321–А1323, однако амплитуда шумов снижена на 20%.

Рис. 6

В датчиках А1391 и А1392 реализован режим электронного отключения по входу SLEEP. При подаче на этот вход логического нуля микросхема переходит в режим пониженного энергопотребления (менее 25 мкА), а выход датчика переходит в третье состояние с высоким импедансом. Это позволяет объединять группы датчиков параллельно по выходам и использовать единый АЦП без встроенного мультиплексора (рис. 7). Опрос датчиков может осуществляться внешним микропроцессором выдачей сигнала логической единицы на вход SLEEP соответствующей микросхемы.

Рис. 7

Применение ЛДХ

Среди областей применения линейных датчиков Холла следует выделить две наиболее распространенные. Это устройства измерения линейного или углового перемещения и измерения электрического тока.

Измерение линейного или углового перемещения

В большинстве применений для измерения перемещения объектов ЛДХ используют совместно с постоянными магнитами. Это обусловлено тем, что для поддержания максимальной линейности необходимо обеспечить большую величину изменения магнитного поля при изменении расстояния между ЛДХ и опорной точкой на перемещающемся объекте. Постоянный магнит необходимо выбирать с возможно большей напряженностью поля, например SaCo или AlNiCo.

Существует несколько вариантов взаимного расположения постоянного магнита и ЛДХ в системах измерений перемещений объектов. Наиболее простой способ — линейное расположение ЛДХ и магнита на одной оси так, чтобы силовые линии магнитного поля пересекали датчик под углом 90°. При таком расположении существует сильно нелинейная зависимость между выходным напряжением ЛДХ и расстоянием между ним и магнитом (рис. 8). При относительно небольших перемещениях отклонение от линейности невелико и можно не прибегать к дополнительной линеаризации. В противном случае необходимо использовать дополнительную схему линеаризации характеристики расстояние — напряжение.

Рис. 8

Второй вариант — расположение ЛДХ и магнита в параллельных плоскостях. При такой ориентации система имеет точку нулевого поля, что позволяет получать дополнительную информацию о направлении перемещения по знаку выходного напряжения (например, вправо — увеличение напряжения, влево — уменьшение (рис. 9)). Как видно из рис. 9, центральная область относительно точки нулевого перемещения имеет высокую линейность, что с успехом может быть использовано в таких применениях, как потенциометры, воздушные корректоры (пневматические клапаны), датчики положения дроссельных заслонок и т. п. Кстати, в данном варианте, благодаря большой амплитуде изменения напряженности магнитного поля около нулевой точки, выходное напряжение ЛДХ тоже имеет большой размах, что упрощает последующую обработку сигнала.

Рис. 9

Третий вариант — расположение ЛДХ между двумя комплементарно установленными магнитами (рис. 10). Комплементарные поля системы двух магнитов обеспечивают хорошую линейность с высокой крутизной характеристики. Эта система также располагает точкой нулевого перемещения, что позволяет иметь информацию о направлении перемещения. Недостатком описанного варианта является достаточно небольшой диапазон перемещений в такой системе, что ограничивает область ее применения.

Рис. 10

Большинство рассмотренных вариантов в той или иной степени требуют линеаризации зависимости выходного сигнала от расстояния. Это можно реализовать с помощью АЦП и микроконтроллера, если в разрабатываемом устройстве предусмотрено последующее цифровое управление. Если же в результате требуется получить аналоговый сигнал, линейно зависящий от расстояния, процесс линеаризации может быть легко реализован с помощью программируемой аналоговой интегральной схемы (ПАИС) Anadigm [1]. При этом достаточно один раз снять экспериментальную зависимость функции преобразования и занести ее в виде таблицы коэффициентов в среду разработки. Кроме линеаризации, в ПАИС можно при необходимости реализовать и дополнительную обработку сигнала (усиление, фильтрацию, детектирование нуля и т. п.).

Измерение электрического тока

Существует большое количество методов измерения тока, но только три из них нашли широкое применение в производстве массовой продукции. Это резистивный метод, трансформаторные датчики и датчики тока на эффекте Холла. Резистивный метод — самый простой и экономичный, но имеет существенные недостатки, среди которых — большие потери мощности на резисторе и отсутствие гальванической развязки измерительной и измеряемой цепей. Кроме того, проволочные резисторы обладают значительной индуктивностью, что не позволяет использовать их в схемах измерения импульсных и ВЧ-токов. Применение мощных безындукционных толстопленочных резисторов сводит экономический эффект данного метода к нулю. Использование трансформаторов тока — намного более дорогое решение, к тому же возможное только при измерении переменного тока в ограниченной полосе частот.

Датчики тока на эффекте Холла занимают промежуточное положение по цене между рассмотренными выше типами. Их основные преимущества — отсутствие потерь проводимости и возможность измерения как постоянного, так и переменного тока. Помимо того элемент Холла изолирован от токовой цепи, что автоматически обеспечивает гальваническую развязку. Необходимость внешнего питания нельзя назвать существенным недостатком, так как в подавляющем большинстве случаев датчик не является оконечным устройством и после него все равно находятся другие компоненты схемы, также требующие электропитания.

Поскольку диапазон измеряемых ЛДХ значений индукции магнитного поля ограничен, при выборе конструкции необходимо правильно определить конфигурацию магнитной цепи датчика. Напряженность поля, создаваемая источником тока, должна соответствовать диапазону измерения ЛДХ.

При измерении тока от нескольких десятков до тысяч ампер датчик Холла может находиться вблизи проводника, без использования дополнительного магнитопровода. Для существующих типов датчиков оптимальной можно считать величину индукции магнитного поля около 100 Гаусс в середине диапазона измерений. Это обеспечит приемлемую чувствительность датчика по уровню выходных шумов. Индукция магнитного поля, создаваемая проводником с током, может быть оценена по известной формуле (в системе СИ):

где r — расстояние между центрами проводника и микросхемы датчика Холла (рис. 11). При выборе положения ЛДХ относительно проводника необходимо учитывать, что наибольшая чувствительность достигается при пересечении линиями магнитного поля плоскости датчика под прямым углом. Данный метод обладает тем недостатком, что любой внешний источник магнитного поля будет влиять на показания датчика тока.

Рис. 11

Повысить чувствительность и снизить внешние влияния позволяет тороидальный магнитопровод с зазором, в котором установлена микросхема прецизионного калиброванного ЛДХ типа А1321–А1323 (рис. 12). При этом все поле сосредоточено в зазоре и внешнее влияние практически отсутствует. Индукцию в зазоре можно оценить по соотношению:

Рис. 12

Описанный принцип измерения тока реализован в модульных датчиках компании Allegro Microsystems семейства ACS (рис. 13, таблица 2).

Таблица 2. Характеристики модульных датчиков компании Allegro Microsystems семейства ACS

Рис. 13

Конструкция, показанная на рис. 12, не позволяет измерять малые значения токов. Это связано с ограничением чувствительности ЛДХ по выходному шуму. Так, при использовании микросхемы А1323 разрешение по магнитной индукции, ограниченное шумами в полосе 10 кГц, составляет 10 Гаусс, или около 1,5 А. Существует два выхода: либо использовать ЛДХ с линейным некомпенсированным усилителем, либо применить многовитковую конструкцию (рис. 14). В первом случае, как было показано выше, чувствительность возрастет до 0,06 Гаусс, или около 10 мА. Для обеспечения такой чувствительности в многовитковой конструкции потребуется намотать более 150 витков, что приводит к резкому увеличению индуктивности и может оказаться неприемлемым. Поэтому в каждом конкретном случае приходится идти на компромисс между разрешением датчика и полосой частот. Например, ограничение полосы частот с помощью простейшего RC ФНЧ на выходе ЛДХ А1323 до 1 кГц позволит увеличить разрешение до 0,1 А.

Рис. 14

Заключение

Мы рассмотрели два наиболее популярных применения ЛДХ, позволяющих значительно упростить решение широкого круга задач при проектировании аппаратуры систем автоматического регулирования, электропитания и преобразовательной техники. Надеемся, что этот материал будет полезен разработчикам при выборе того или иного технического решения.

Литература

  1. Цикл статей, посвященный программируемым аналоговым интегральным схемам Anadigm // Компоненты и технологии. 2005. № 1–9.

Магнит датчика Холла — SDM Magnetics Co., Ltd.

Датчик является основной частью автоматической системы движения, измерения и интеллектуальной техники управления. С развитием Интернета вещей спрос на магниты для датчиков на эффекте Холла также значительно вырос.

Что такое принцип эффекта Холла?

Принцип эффекта Холла назван в честь Эдвина Холла после того, как он обнаружил его в 1879 году. Когда проводник с током или полупроводник помещается в магнитное поле, напряжение, перпендикулярное как электрическому току, так и полю, может быть измерено под прямым углом к ​​пути тока.

Что такое датчик эффекта Холла?

Датчик эффекта Холла — это преобразователь энергии, который преобразует изменяющееся магнитное поле в напряжение, основанное на принципе эффекта Холла, поэтому электрический сигнал будет дополнительно обрабатываться специальной электрической схемой для обеспечения ожидаемого выхода. В качестве датчика магнитного поля датчик Холла может использоваться для определения приближения, измерения тока, положения и скорости.

Классификация датчика Холла

Датчик эффекта Холла можно классифицировать на аналоговый тип и цифровой тип в соответствии с режимом вывода. Аналоговый датчик Холла, также известный как линейный датчик Холла, состоит из элемента Холла, линейного усилителя и повторителя излучателя. Цифровой датчик Холла, или датчик Холла, включает в себя элемент Холла, регулятор, дифференциальный усилитель и триггер Шмитта. Датчик Холла также можно разделить на биполярный тип и однополярный тип в зависимости от режима работы.

Преимущества датчика Холла

  1. Довольно высокая скорость отклика, чувствительность измерения и точность тоже очень высоки.
  2. Низкое энергопотребление и энергопотребление.
  3. Небольшой объем и легкий, и простой в установке.
  4. Твердая структура, таким образом, не будет зависеть от условий окружающей среды, включает в себя влажность, пыль и вибрацию и, следовательно, обеспечивает длительное время работы.
  5. Обслуживание освобождает.
  6. Может работать от -40 до 150 градусов C.
  7. Высокоскоростная работа надежна, что выше 100 кГц.
  8. Чрезвычайно высокая повторяемая операция.
  9. Бюджетный.

О магнитном датчике эффекта Холла

Магнит датчика Холла можно выбрать среди спеченный неодимовый магнит, спеченный магнит из самария и кобальта, Магнит AlNiCo, керамический магнити магнит на магнитах. Команда SDM также накопила большой опыт работы с сенсорным магнитом. SDM будет использовать анализ методом конечных элементов для анализа напряженности магнитного поля на этапе разработки, таким образом предоставляя клиентам экономичные сенсорные магнитные решения. Превосходные возможности управления технологическим процессом и технологии контроля позволят вам получить продукты с превосходной стабильностью.

Магнитный датчик Холла комбинированный (линейный) – KY-024

KY-024 — Воспринимающий элемент модуля – микросхема датчик Холла SS49E. Она соединена со входом компаратора на микросхеме LM393YD. С помощью подстроечного резистора выполняется установка порога срабатывания компаратора. При этом устанавливается чувствительность датчика магнитного поля. При воздействии поля напряженностью более чем установлена при настройке на выходе D0 меняется уровень напряжения. На аналоговый выход поступает усиленный сигнал воспринимающего элемента. Светодиод L1 показывает включение питания. L2 светится постоянно и гаснет при срабатывании датчика на магнитное поле установленной напряженности. При настройке порога чувствительности помогает светодиод L2, можно обойтись без вольтметра для напряжения выхода. Он легко подключается к платам «Arduino», или другим микроконтроллерам.

Устройство фиксирует наличие постоянного магнитного поля. Модуль датчика холла KY-024 в основном используется в автоматике, электромеханике для определения параметров движения деталей механизмов. KY-024 применяется в системах и приборах бытового, учебного и развлекательного назначения. Хорошо подходит в качестве наглядного пособия для изучения эффекта Холла.

Принципиальные преимущества

Датчик Холла срабатывает при поднесении постоянного магнита. Для работы KY-024 хорошо подходят неодимовые магниты. Благодаря эффективности неодимового сплава достаточно магнита небольшого размера. Датчик реагирует только на один полюс магнита. Определить полюс магнита на который реагирует датчик следует экспериментально. Для определения параметров вращательного движения на колесе закрепляют один или несколько магнитов. При прохождении мимо датчика на его выходе формируется импульс. Чем больше магнитов установлено на вращающемся колесе, тем точнее измерение.

Есть другая схема использования датчика Холла. Установить много магнитов на колесе дорого и сложно. При установке следует соблюдать полярность. Можно использовать всего один. Магнит и модуль датчика Холла закреплены неподвижно друг напротив друга. Между ними находится диск с отверстиями связанный механически с осью двигателя. Диск изготовлен из немагнитной стали экранирующей слабое поле магнита. Благодаря чередованию при движении прорезей и металла на выходе датчика присутствуют импульсы. Эта конструкция аналогична фотопрерывателю, но имеет ряд преимуществ. Магнит в отличии от светодиода неможет погаснуть, а это существенно повышает надежность. Экономиться ток питания, не нужны провода светодиода. Важное преимущество – работа в условиях повышенной влажности. При конденсации влаги на линзе фотоприбора оптопара прекращает работу, а для датчика Холла конденсация совершенно незаметна.

Делают еще проще. Не нужен диск с прорезями и отдельный магнит. Если в редукторе применены металлические шестерни, то намагничивают зубцы шестерни и рядом закрепляют модуль датчика Холла. Но для этого понадобится специальная намагничивающая шестерню установка.

Компоненты

Плата модуля KY-024 имеет отверстие для крепления.

Существуют также аналоговый и цифровой датчики Холла.

Характеристики KY-024:

— напряжение питания, В: 5

— Размеры, мм: 32 X 15 X 12

Подключение KY-024:

“A0” – выходное напряжение в реальном времени (аналоговый выход)

“G” – GND (общий)

“+” – плюс питания

“D0” – цифровой выход , пороговое напряжение регулируется потенциометром

Данный модуль возможно приобрести в наборе с дополнительными датчиками и модулями.

Эффект холла и датчики на его основе разного уровня

Эффект холла нашел широкое применение

В позапрошлом столетии был открыт знаменитый эффект холла, который успешно применяется и по сей день. Сущность эффекта состоит в том, что благодаря магнитному полю или импульсу образуется разность потенциалов, что способствует появлению выходного напряжения. Множество датчиков было придумано на основе подобного эффекта. Рассмотрим их подробнее.

Эффект Холла и его прогресс

Датчики холла или ДХ получили сегодня весьма широкую популяризацию, так как выходное напряжение у них определяется суммой 2-х величин.

Еще в начале 70-х годов прошлого столетия заграницей успешно внедрялись в промышленность бесконтактные клавишные переключатели. Уже тогда были отмечены: высокая надежность, малые габариты и долговечность приборов. Хотя были и недостатки: дороговизна и больший расход потребления энергии.

Схема датчика на эффекте холла

Что собой представляет ДХ? Это прибор с щелевой конструкцией, функционирующий либо по магнитному принципу, либо по импульсному. Первые называются аналоговыми, вторые – цифровыми.

Вообще, об эффекте Холла написано немало. Эффект активно используется в технике, его продолжают совершенствовать путем различных исследований.

Например, в 80-х годах прошлого века одним немецким ученым, получившем после этого Нобелевскую премию, были проведены исследования эффекта Холла при очень низких температурах. Им впервые было обнаружено, что напряженность магнитполя меняется не плавно, как следовало ожидать, а скачками.

Интересный момент. Величина скачка зависела от комбинации первоначальных физич. констант, никоим образом не завися от особенностей материала. Каноны квантмеханики чудесным образом меняли эффект Холла, и в физике такое явление стало называться квантовым эффектом.

Сила Лоренца и датчик холла

Несколькими годами позже уже квантовый эффект Холла подвергается исследованию. На этот раз в качестве образца применили арсенид галлия больших размеров, изготовленный искусственно.

Образец имел такую степень чистоты, что сквозь него электроны проходили абсолютно беспрепятственно.

Отличие эксперимента от схожего теста немецкого ученого, открывшего квантовый эффект, заключалось в том, что он проводился в холод и в более мощных магнитполях.

И здесь ученые обнаружили сенсационную особенность. Скачок в сопротивлении был в несколько раз больше, чем у немецкого ученого. В дальнейшем были обнаружены еще более высокие скачки. Что все это значило – комбинация физпостоянных делилась на дробное число, а вовсе не на целое.

Магнит и эффект холла

Разом опровергалась теория физиков, утверждавших, что заряд электрона является константой. А последняя не делится на части, как известно, а лишь только на целое.

 

Металл (сплав)Т, °СВ, ТлR, mj/k
Алюминий-190
0
+300
+600
0,54-0,22
-0,33
-0,39
-0,41
Золото-190
0
+300
+600
0,54-0,715
-0,695
-0,721
-0,785
Серебро-190
0
+300
+600
0,54-0,925
-0,909
-0,949
-1,002
Медь-190
0
+300
+600
0,54-0,56
-0,513
-0,543
-0,587
Железо+260,3…1,7+5,5
Кобальт+ 100
+300
+460
+960
0,1…1,6
0,1 …1,6
0,1… 1,6
0,2… 1
+8,65
+21,2
+89,4
+200
Морганец-сурьмо+20
+320
0…2
0…2
+ 1200
+10500
Хром-теллур00-1,6-31500

Виды ДХ

Применение ДХ на основе Холла подразумевают выбор магнитсистемы и сенсора, отличающего соответствующими эксплуатационными характеристиками. Два этих самых компонента объединены в систему, удовлетворяющую конкретное применение. Так как характеристики ДХ предопределены, то и применение их не требует каких-либо разработок, а состоит лишь в механическом сопряжении.

Рассмотрим основные виды ДХ, применяемых сегодня подробнее.

Ползунковый ДХ

Ползунковый датчик холла

Аналоговый прибор с цифровым выходом. Магнит с датчиком жестко установлен в едином корпусе, не подверженным воздействию магнита. Ползунковый ДХ обязательно имеет зазор, сквозь который проходит железная перегородка или экран.

Базовая конструкция ДХ ползункового типа не всегда бывает одинаковой. Возможен и другой способ ее реализации, подразумевающий добавление магнита со стороны ДХ. Такая схема влияет на уменьшение магнитного сопротивления.

Перегородка или экран в ползунковых типах ДХ может иметь несколько «зубцов», расстояния между которыми определяются словом «окно».

Ползунковые ДХ могут иметь отдельные, присущие только им параметры.

ДХ цифровые

Эта разновидность датчиков считается более скоростной. Изготавливаются они с использованием цифры на выходе. Называют их еще токовыми ДХ, ведь они включают в свой состав сенсор и электромагнит. Они соединены в едином фюзеляже.

Схема цифрового датчика холла

Принцип функционирования ДХ базируется на законах электромагнита. Последний успешно создает магнитполе по обе стороны проводника при прохождении импульса. В данном случае плотность магнитного поля одинакова с величиной тока, идущего по проводнику.

Линейные ДХ

Еще одна разновидность ДХ, имеющих аналоговый выход. Такой ДХ содержит ферритовое или стальное кольцо, чип датчика и единый корпус.

Когда сквозь проводник идет импульс, генерируется магнитное поле. Оно же концентрирует магнитный поток в области микросхемы.

Линейные ДХ считаются наиболее эффективными приборами для контроля ДВС.

Линейный датчик холла

Линейный ДХ работает по принципу измерения отношения. Благодаря этому и конструктивному исполнению гарантируется нормальная работа системы зажигания при высоких напряжениях и больших дозах тока.

Замкнутые ДХ

Такие регуляторы еще называются устройствами с замкнутой петлей тока. Такие ДХ усиливают выход, управляющий током. Генерируемое добавочным проводником магнитполе, направляется в противоположную сторону по сравнению со стандартной ситуацией. Такой ретроградный эффект является причиной того, что совокупное магнитполе равняется 0, а вторичное напряжение, проходя резистор, создает напряжение на выходе.

Существуют еще и другие разновидности ДХ, в том числе, имеющие принцип, основанный на механических переключателях. Однако такую широкую популярность, как описанные выше, они не получили.

Благодаря датчикам сегодня радиолюбителями собирается масса различных устройств. Это могут быть игрушки, такие как левитрон или энкодер – контроллер. Последние уже используются, как самостоятельные измерители вращающихся объектов.

Автомобильный датчик холла

Современные энкодеры имеют большую востребованность, нашли применение в металлургии, упаковочно-розливной промышленности, на испытательных стендах и т. д.

Энкодеры бывают абсолютные и инкрементные. Первые способны определять положение предметов в цифре, т.е, более точнее. Они имеют массу преимуществ, используются в высокоточных системах, например, в станках с ЧПУ и т. д.

Вторая разновидность энкодера тоже выдает цифровой код, но только импульсный. Применяется для определения скорости вращения. По сравнению с абсолютным энкодером имеет много недостатков.

что это, как работает, где применяется, схема

В современной электронике используется множество элементов, работа которых строится на взаимодействии электрического тока и магнитных полей. Статья даст подробное описание — что такое датчик Холла, какие виды датчиков существуют и зачем он используется в автомобилях.

Также будет приведена схема подключения и способ проверки таких датчиков различными способами.

Эффект Холла

Первооткрывателем явления образования разности электрических потенциалов при взаимодействии магнитного поля и электрического тока был физик Эдвин Холл. Он проделал простой эксперимент с пластиной из золота. Эксперимент проводился следующим образом:

  1. Грани золотой квадратной пластины помечались буквами A, B, C, D.
  2. К граням «D» и «B» был подключен источник электрического тока.
  3. Пластина под напряжением помещалась между двумя магнитами.
  4. При взаимодействии пластины с магнитным поле, на гранях «A» и «C» появлялся электрический ток с очень маленьким напряжением.

Этот эффект основывается на простом физическом законе: при воздействии силы Лоренца на носитель заряда, на его выводах образуется разность потенциалов.

Простейший датчик на эффекте Эдвина Холла не использовался до момента применения элементов из германия, кремния и других соединений, которые могут взаимодействовать с магнитным полем.

Разновидности

Применение датчиков Холла довольно обширное, они используются во многих сферах промышленности. Существуют две основные разновидности этих устройств, каждая из которых имеет свои особенности срабатывания, сферы использования.

Цифровые

Цифровые датчики Холла используют при работе принцип взаимодействия электромагнитного поля с чувствительными металлическими элементами (контактами).

Принцип работы датчика основан на образовании или преломлении имеющегося сигнала в момент его взаимодействия с магнитным полем. Цифровые типы устройств делятся на 2 основных вида:

  1. Униполярный тип. Принцип действия таких устройств строится на работе при наличии магнитного поля одной полярности, например, +. Если полярность отсутствует или элемент попадает под воздействие магнита иной полярности (–), контакты датчика размыкаются, а элемент отключает цепь.
  2. Биполярные. Датчик Эдвина Холла биполярного типа работает за счет изменения полярности магнитного поля. Например, при одной полярности работает на включение, а при воздействии другой он отключается.

Устройство цифрового датчика Холла довольно простое, а работает он за счет небольшого по величине напряжения. Датчики Холла могут дополняться внешним усилителем, регулятором или преобразователем напряжений. Дополнительно в схеме могут присутствовать логические переключатели.

Цифровые устройства Холла нашли свое применение в автомобилестроении. На их основе производятся, например, измерители скорости, распределители зажигания. Такими устройствами в наше время оснащаются электрические велосипеды, самокаты. Здесь основное назначение прибора — это считывание количества оборотов ротора электродвигателя за единицу времени.

Аналоговые или линейные

Линейные или аналоговые устройства довольно сильно отличаются от цифровых. Принцип работы эти элементов зависит от величины воздействия магнитного поля на пластину. Чем больше воздействие, тем выше выходное напряжение. Кроме того надо не забывать о том, что величина напряжения может расти только до определенной величины.

Это обуславливается тем, что магнитное поле пластины увеличивается до определенной величины, а потом рост этого поля и электрического напряжения на отводах прекращается. Таким образом будет невозможно получить более высокое напряжение на выходе за счет увеличения напряжения на вводе или использования более мощного постоянного магнита.

Магнитный линейный датчик Холла используется в бесконтактных измерительных приборах. Для примера, токовые клещи, измеряющие силу тока бесконтактным способом, оснащаются подобными устройствами. Так же подобное линейное устройство может выступать в качестве датчика тока, измерителя углов поворотов или вибраций.

Датчик в автомобиле

Применение датчика Холла получило довольно большое распространение в автомобильной промышленности. Далее будет дано описание — для чего нужен и как работает датчик Холла автомобиля ВАЗ.

Датчик Холла нашел свое применение в системе зажигания таких автомобилей. Состоит устройство из следующих элементов:

  1. Самого датчика.
  2. Постоянного магнита.
  3. Металлической пластины с прорезями.

Автомобильный датчик Холла и его принцип работы будут следующим:

  1. Вращение вала двигателя передается на распределитель.
  2. К элементу подводится электрическое напряжение.
  3. При вращении распределителя, прорези его пластины инициируют размагничивание датчика, а значит в этот момент происходит разъединение контактов. При этом ток не поступает на катушку зажигания.
  4. После прохождения прорезей, магнит вступает во взаимодействие с металлической частью пластины. Магнит втягивает контакт внутрь устройства и замыкает его. Через замкнутый контакт ток проходит сначала к коммутатору, а потом уже к катушке зажигания и возбуждает ее. После разряда, ток попадает в распределитель и от него поступает на каждый цилиндр.

Так как автомобиль оснащается 4 цилиндрами, то распределительная пластина имеет только четыре прорези (по одной на каждый цилиндр). От датчика на коммутатор поступает импульсное напряжение. Его частота зависит от скорости вращения самого двигателя. Если напряжение поточное, значит датчик находится постоянно в замкнутом состоянии. Такой вариант указывает на наличие неисправности.

Датчик холла ВАЗ оснащается только 3 контактными проводами. Распиновка проводки устройства будет следующая:

  1. Красный провод используется для питания датчика. В соединительном штекере он обозначается цифрой «1» или «+».
  2. Далее идет провод зеленого цвета. По нему поступает импульсное напряжение от датчика к коммутатору. Он имеет обозначение «2» или выход.
  3. Последний провод — черный или черно-белый, который является массой или «минусом». Подключается непосредственно к массе самого автомобиля.

Подключение данного устройства в карбюраторных моделях автомобилей довольно простые. А вот в инжекторных моделях подключение такого датчика предполагает перенаправление импульса сначала на ЭБУ, а только потом на привод распределения зажигания. Ниже в статье будет приведен датчик Холла и его схема подключения в автомобиле ВАЗ.

Проверка работоспособности

Очень часто автомобилисты сталкиваются с тем, что распределитель зажигания начинает работать неправильно. Проверить работу датчика можно с помощью следующего способа:

  1. Мультиметр перевести на режим измерения постоянного тока до 20 вольт.
  2. Разъединить штекер питания.
  3. К красному разъему подвести провод от аккумуляторной клеммы «+».
  4. К третьему контакту подвести провод от массы или минуса аккумулятора.
  5. Красный измерительный щуп тестера соединить с центральным выводом штекера.
  6. Черный измерительный щуп соединить с массой автомобиля. Можно так же соединить его с любой металлической деталью автомобиля.
  7. Провернуть двигатель стартером.

Исправно работающий датчик должен выдать импульсное напряжение около 12 вольт. При таком измерении нужно помнить о том, что делать это надо в течение нескольких секунд. Это позволит убедиться, что намагничивающийся контакт срабатывает непрерывно и никаких сбоев в его работе нет.

Ели мультиметра под рукой нет, то заменить его можно обычной лампой накаливания на 12 вольт. Ее нужно подключить таким же образом к контакту «2» и массе. При правильной работе устройства, лампа будет мигать. Частота мигания лампы будет зависеть от скорости вращения стартера.

Второй способ проверки подразумевает использование внутреннего сопротивления. Для начала стоит демонтировать устройство, и отсоединить штекер питания. Далее необходимо будет выполнить такие шаги:

  1. Мультиметр перевести в режим проверки сопротивления.
  2. Красный щуп соединить с «+» контактом на штекере.
  3. Черный измерительный щуп соединить с центральным импульсным выводом.
  4. Подвести к датчику постоянный магнит.

Измеряемый элемент должен выдавать показания сопротивления только в том случае, если на него воздействует магнит. Если никаких показаний при любых воздействиях нет, то такой элемент считается неисправным. Очень часто причина поломки подобных устройств — это загрязнение, которое влияет на прохождение магнитного поля.

В автомобиле имеются датчики скорости. Инжекторные модели автомобилей ВАЗ оборудуются этими устройствами. Их основное назначение — считывание количества оборотов за единицу времени. Датчик находится непосредственно на корпусе коробки передач и взаимодействует с маховиком, который имеет определенное количество зубьев на своем венце. В определенном месте маховика отсутствует один из зубьев. Именно на этот промежуток и реагирует магнит. Его размагничивание приводит к тому, что разъединяются контакты, возникает импульсный сигнал, который затем передается на ЭБУ. Датчики скорости и зажигания работают в синхронном режиме. Сигналы от этих устройств поступают на ЭБУ, который проверяет количество этих сигналов за единицу времени и вычисляет скорость движения автомобиля.

Проверка электронного датчика

При неправильной работе электронных датчиков, потребуется их демонтаж и проверка. Проведем проверку на примере биполярного цифрового датчика, использующегося в электронных измерительных приборах. Для начала расскажем, как устроен такой элемент:

  1. Первый его вывод является «+» или входом.
  2. Второй контакт является минусом.
  3. Третий контакт — импульсный выход.

Для проверки устройства потребуется собрать довольно простую схему. Нужными элементами для такой схемы будут:

  1. Светодиодная лампа 3 вольта.
  2. Резистор 1кОм в качестве токоограничителя.

Далее необходимо собрать все элементы в единую схему:

  1. К первой ножке датчика припаять анод лампы.
  2. Катод лампы соединить с выводом резистора.
  3. Второй вывод резистора соединить с третьей ножкой датчика.

Потом потребуется блок питания на 5 вольт. Надо будет подключить датчик к этому блоку питания следующим образом:

  1. «+» блока к «+» элемента.
  2. «минус» блока соединяется с центральной ножкой.

Исправный прибор должен пропустить через себя определенную величину напряжения. При этом сам светодиод должен включится. Затем нужно взять постоянный магнит и подвести его к устройству. При одной полярности лампа должна продолжать гореть, а после смены полярности магнита (необходимо просто перевернуть его) лампа потухнет. Также можно сделать дополнительный тест и узнать, на каком расстоянии происходит отключение лампы.

Мобильный телефон

Датчик тока на простом эффекте Холла используется и в мобильных телефонах. В этих устройствах элемент отвечает за измерение величины магнитного поля, воздействующего на телефон.

Датчик Холла используется в мобильниках — для формирования показаний компаса, удаленного управления, взаимодействия с различными аксессуарами.

Например, за счет его взаимодействия с крышкой телефона происходит включение и отключение дисплея. Принцип действия датчика будет в этом случае следующим. На чехле телефона устанавливается постоянный магнит. При закрытии крышки смартфона, уровень воздействия магнитного поля возрастает и экран отключается. После открытия крышки, магнит удаляется от устройства и его экран включается. Получается, что такой датчик интегрирован непосредственно в схему питания экрана смартфона.

Заключение

В статье было дано максимально подробное описание датчика Холла. Теперь вы знаете, для чего он нужен и где его применяют. Кроме того было описано, как работает датчик Холла в различных электронных цепях и какие виды этих устройств существуют. Такие устройства широко используются во многих электронных схемах. Он может служить в качестве переключателя; использоваться для различных измерений; а так же применяться для включения и отключения приборов.

Видео по теме

Don’t Buy a Feedback Linear Actuator Until You Read This!

Не покупайте Линейный привод обратной связи Пока вы не прочитаете эти важные советы

Итак, вы ищете привод с определенным уровнем позиционного управления (обратной связи), и теперь вам необходимо понять разницу между всеми приводами обратной связи, представленными на рынке. Что ж, вы попали в нужное место. На самом деле доступны три основных технологии обратной связи. Фирджелли продает все три типа вместе с контроллерами. Эта статья поможет вам понять преимущества и недостатки каждого типа, чтобы вы могли выбрать наиболее подходящий для вашего приложения. Это может быть немного техническим, поэтому не стесняйтесь пропустить и просто прочитать резюме для каждого типа обратной связи.

 ТИПЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИВОДА

Обратная связь потенциометра

А потенциометр это просто очень тонкий слой резистивного материала, такого как углерод или металлокерамика, который был напечатан на материале. Эти материалы предлагают электрическое сопротивление, которое очень линейно по своему удельному сопротивлению и может быть легко изменено с помощью другого состава. Немного Потенциометры Приводы используйте термостойкий провод сопротивления. Остальные потенциометры изготовлены из токопроводящей пластмассы.

 

Итак, допустим, у вас есть привод с ходом 6 дюймов, и вы хотите проложить углеродный след длиной 6 дюймов. Потенциометр пропускает 12 В постоянного тока (или любое другое напряжение, которое вы хотите) через этот углеродный след, а затем, если бы вы измеряли напряжение в месте, очень близком к тому месту, где напряжение было приложено, вы бы прочитали выходное напряжение примерно 12 В постоянного тока.

Если затем измерить напряжение на полпути вниз по кривой, напряжение будет примерно вдвое меньше. Чем дальше вы попадете от места приложения напряжения, тем ниже будет считываемое выходное напряжение, пока в конечном итоге оно не станет почти нулевым. Итак, в двух словах, считывание напряжения на резистивной полосе в виде значения напряжения связано с каким-то положением.

Конечно, вам все еще нужен какой-то контроллер, чтобы иметь возможность читать эту позицию и отображать ее вам значимым образом. Или, возможно, вы хотите использовать эти данные только для сопоставления позиции с другим приводом. Например: если вы хотите запустить два исполнительных механизма вместе с одинаковой скоростью. В этой ситуации вам нужно прочитать обе позиции одновременно, сопоставить их, а затем отрегулировать скорость более быстрой для синхронизации с более медленным устройством. Фирджелли разработал контроллер, который сделает это за вас.

 

Вверху: линейные и поворотные потенциометры.

Преимущества:

Потенциометры существуют уже несколько десятилетий. Они представляют собой относительно стабильное устройство обратной связи, которое обеспечивает обратную связь по положению без необходимости для контроллера сначала выполнять какой-либо цикл типа «возвращение в исходное положение». Данные обратной связи напрямую связаны с положением, и потеря питания или памяти контроллера не повлияет на цикл управления.

Еще одним преимуществом потенциометров является то, что вы можете добавлять их отдельно в вашу систему, поскольку эту технологию не нужно встраивать внутри привода. Ознакомьтесь с линейными потенциометрами Фирджелли здесь. Наши линейные потенциометры имеют длину до 50 дюймов, и вам не нужно использовать всю длину, чтобы они работали в вашем приложении. Внутренние кастрюли ограничены в ходе привода, потому что они используют вращающиеся кастрюли, которые могут вращаться только на определенное количество оборотов перед максимальным выходом. Вот почему мы предлагаем линейные горшки отдельно без ограничения хода.

Недостатки:

Со временем резистивный материал может изнашиваться, и во время фазы износа сигнал обратной связи может стать нестабильным. Кроме того, на сигнал обратной связи сильно влияет электрический шум, который может запутать контроллер. Программное обеспечение вашего контроллера должно подавлять шум. Еще одним недостатком является то, что обычно воспроизводимость потенциометра не идеальна. Это означает, что два потенциометра не дадут одинаковых результатов.

Еще один серьезный недостаток заключается в том, что обычно длина хода ограничена, поскольку чем длиннее углеродный след на потенциометре из-за стабильности резистивного элемента, тем хуже качество сигнала. Поэтому обычно потенциометры ограничиваются приводами с меньшим ходом.

 

Резюме:

Обратная связь потенциометра хороша для приложений, в которых каждый раз, когда вы включаете устройство, вы не хотите, чтобы оно завершало цикл самонаведения, как в случае с датчиком Холла или оптическим датчиком. Контроллер мгновенно получает абсолютное положение.

 

Обратная связь датчика Холла:

А Датчик Холла Привод не что иное, как магнитный датчик. Круглый магнитный диск установлен внутри коробки передач линейного привода, а датчик Холла просто подает импульс напряжения каждый раз, когда магнит вращается на 360 градусов. Вращающееся магнитное поле воспринимается как скачок напряжения, который очень повторяемый. Выходной сигнал датчика Холла представляет собой обычный импульс 5 В. Контроллер измеряет, сколько из этих импульсов подсчитывается за период времени, обычно в миллисекундах.

 

Поскольку магнитный диск установлен где-то в коробке передач, магнит может вращаться сотни раз в секунду, и чем больше раз он вращается, тем выше разрешение. Это коррелирует с точностью измерения.

Допустим, у вас есть привод с ходом 24 дюйма. А контроллер считает 1000 импульсов по всей длине хода. 1000/24 ​​”= 41,66 импульсов на дюйм. Или 1 импульс на 0,024 дюйма (0,60 мм). В этой ситуации у вас есть контроль и точность с точностью до 0,024 дюйма (0,60 мм), исключая люфт шестерни.

Вам необходимо знать два типа датчиков Холла: направленные и ненаправленные. Это очень важно, потому что большинство компаний, производящих линейные приводы, продают ненаправленные приводы для экономии денег. Это означает, что ваш контроллер не знает, выдвигается или втягивается ваш линейный привод. Firgelli продает только датчики Холла направленного действия, поэтому вы знаете, в каком направлении вы движетесь, а это очень важно.

 

Преимущества:

Датчики на эффекте Холла чрезвычайно надежны и обеспечивают очень хорошую повторяемость и контроль положения. Выходной сигнал представляет собой стабильный цифровой импульс, позволяющий контроллеру обеспечивать точное управление положением.

Недостатки:

Сигнал обратной связи от датчика Холла представляет собой просто цифровой импульс и никак не связан с положением. Необходимо указать его нулевое или исходное положение. Это означает, что сначала необходимо провести контроллер через какой-то цикл возврата в исходное положение. Обычно это делается путем втягивания линейного привода в его начальную точку, а затем контроллер начинает отсчет импульсов с этой точки. Но тогда привод необходимо полностью выдвинуть, чтобы контроллер мог подсчитывать общее количество импульсов по всей длине его хода. На этом этапе у вас есть какие-то результаты, которые можно использовать для точного перемещения.

 Резюме:

Датчики Холла очень точны и дают очень хорошее разрешение и точность. Устройства более чем способны управлять положением с очень мелкими шагами, а их долговечность также превосходна. Если ваше приложение может принимать «цикл возврата в исходное положение» каждый раз при включении питания, то это правильный путь.

 

Обратная связь оптического датчика:

Приводы оптических датчиков работают почти так же, как датчики Холла — они выдают импульсный сигнал 5 В. Однако вместо магнитного диска в системе используется небольшой плоский диск с отверстиями или прорезями. Оптический датчик просто считывает количество прорезей или отверстий при вращении диска. Это означает, что на одном диске может быть много пазов / отверстий, что значительно увеличивает точность, чем датчик Холла.

 

Допустим, на диске есть десять пазов или отверстий, и диск находится в том же месте в приводе, что и магнитный диск в установке датчика Холла. Разрешение теперь в десять раз больше, потому что теперь на один оборот приходится десять импульсов вместо одного. Итак, 1000 импульсов, которые мог бы прочитать датчик Холла, теперь равны 10 000. Точность рассчитывается как 10 000/24 ​​дюйма = 416,66 импульсов на дюйм или 1 импульс на 0,0024 дюйма (0,06 мм).

 

Преимущества:

Оптические датчики чрезвычайно надежны и обеспечивают очень хорошую повторяемость и контроль положения. Выходной сигнал очень легко читается, с очень стабильной обратной связью.

Недостатки:

Как и в случае с датчиком Холла, сигнал обратной связи от оптического датчика вообще не связан с положением, пока ему не будет сказано, где находится его нулевое или исходное положение. Это означает, что сначала необходимо провести контроллер через какой-то цикл возврата в исходное положение. Обычно это делается путем втягивания линейного привода в его начальную точку, а затем контроллер начинает отсчет импульсов с этой точки. Но тогда привод необходимо полностью выдвинуть, чтобы контроллер мог подсчитывать общее количество импульсов по всей длине его хода. На этом этапе у вас есть какие-то результаты, которые можно использовать для точного перемещения.

Другой возможный недостаток состоит в том, что из-за того, что на одно движение хода приходится так много импульсов, важно, чтобы ваше управляющее устройство могло достаточно быстро считывать импульсы, иначе у вас возникнут проблемы.

Третий недостаток заключается в том, что оптические датчики не знают направления. Вы должны запрограммировать полярность как часть вашей системы. DC линейный привод идет в каждом направлении в зависимости от полярности положительных и отрицательных проводов от источника питания, поэтому определить направление на основе этого несложно, но, тем не менее, это дополнительный шаг.

Резюме:

Оптические датчики чрезвычайно точны и обеспечивают чрезвычайно высокое разрешение и точность. Устройства более чем способны управлять положением с очень мелкими шагами, а их долговечность также превосходна. Если ваше приложение может принимать «цикл возврата в исходное положение» каждый раз при включении питания, тогда это правильный путь.

 

СОВЕТЫ ПО ПОКУПКЕ ПРИВОДА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Остерегайтесь кошек-копиров — направленных или нет

Мы немного коснулись этого в разделе о датчиках Холла, но, вероятно, это наша жалоба номер один. Кто-то покупает привод датчика Холла у кого-то другого, но привод бесполезен, потому что его контроллеру нужен дополнительный датчик для определения направления. Наши приводы датчиков Холла двунаправленные, поэтому у них есть дополнительный провод. Как показывает практика, если у актуатора нет шести проводов (два для питания и четыре для датчика Холла), то это не датчик направления, и будьте осторожны.

 

Знайте, какой тип потенциометра используется — определяет срок службы

Как упоминалось выше, одним из недостатков потенциометров является то, что углеродный след может со временем изнашиваться. Мы используем только горшки Борна. Они известны в электронной промышленности как потенциометры Rolls-Royce и прослужат дольше всех остальных, так что не беспокойтесь.

 

Определите, зачем вам нужен привод обратной связи

На этом этапе мы должны предположить, что вы уже знаете, что такое линейный актуатор и как он работает. Если нет, то мы предлагаем вам прочитать наш «Что такое линейный привод и как он работает? » бумага. Затем вам нужно решить, какой тип обратной связи вам нужен. Чтобы определить это, вы должны спросить себя, для чего вам нужна обратная связь?

Есть только две основные причины, по которым вам нужен привод обратной связи:

Вы хотите, чтобы два или более исполнительных механизма работали с одинаковой скоростью.

Вы должны знать положение привода, потому что вам нужно переместить его в определенное место/

Уровень точности и контроллера вы собираетесь использовать действительно диктует, какой тип для использования.  Для контроллеров большинство людей используют Контроллер Ардуино.  

Для автоматического управления двумя или более приводами с одинаковой скоростью вы можете использовать наши Контроллер привода обратной связи.  Никакое программирование не требуется, просто провод приводов в контроллер, и вы хорошо идти.  Эти контроллеры плагина и воспроизведения просты и просты в настройке.

 

 

 

Определение, принцип работы, применение и примеры датчика Холла

Напряжение Холла было обнаружено Эдвином Холлом в 1879 году. Эффект Холла возникает из-за природы тока в проводнике. Многие изобретения использовали эту теорию эффекта Холла. Эта теория также используется в датчиках тока, датчиках давления, датчиках потока жидкости и т. Д. Одним из таких изобретений, которые могут измерять магнитное поле, является датчик Холла.


Определение датчика Холла

Датчики на эффекте Холла — это линейные преобразователи, которые используются для измерения величины магнитного поля.Работая по принципу эффекта Холла, эти датчики генерируют напряжение Холла при обнаружении магнитного поля, которое используется для измерения плотности магнитного потока.

Линейные датчики могут измерять широкий диапазон магнитных полей. Помимо магнитных полей, эти датчики также используются для определения близости, положения, скорости. Для этих датчиков выходное напряжение прямо пропорционально величине магнитного поля.

Принцип работы датчика Холла

В качестве принципа работы датчика Холла используется принцип напряжения Холла.По тонкой полоске проводника при подаче электричества электроны движутся по прямой линии. Когда этот заряженный проводник входит в контакт с магнитным полем, которое направлено перпендикулярно движению электронов, электроны отклоняются.

Часть электронов собирается с одной стороны, а часть — с другой. Из-за этого одна из плоскостей проводника ведет себя как отрицательно заряженная, а другая — как положительно заряженная. Это создает разность потенциалов и напряжение.Это напряжение называется напряжением Холла.

Электроны продолжают перемещаться из одной стороны плоскости в другую, пока не будет достигнут баланс между силой, приложенной к заряженным частицам из-за электрического поля, и силой, вызвавшей магнитный поток, вызвавший это изменение. Когда это разделение прекращается, значение напряжения Холла в этот момент дает меру плотности магнитного потока.

Датчик на эффекте Холла Схема

В зависимости от соотношения между напряжением Холла и плотностью магнитного потока датчики на эффекте Холла бывают двух типов.В линейном датчике выходное напряжение линейно связано с плотностью магнитного потока. В пороговом датчике при каждой плотности магнитного потока выходное напряжение будет резко падать.

Датчики

на эффекте Холла можно рассматривать как линейные преобразователи. Для обработки выходного сигнала датчика требуется линейная схема, которая может обеспечивать постоянный ток возбуждения для датчиков, а также усиливает выходной сигнал.

Применение датчика Холла

Области применения датчиков Холла следующие:

  • В сочетании с обнаружением порога они действуют как переключатель.
  • Они используются в приложениях со сверхвысокой надежностью, таких как клавиатуры.
  • Датчики на эффекте Холла
  • используются для измерения скорости вращения колес и валов.
  • Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
  • Датчики на эффекте Холла
  • встроены в цифровые электронные устройства вместе с линейными преобразователями.
  • Определение наличия магнитного поля в промышленных приложениях.
  • Используется в смартфоне для проверки, закрыта ли откидная крышка.
  • Для бесконтактного измерения постоянного тока в трансформаторах тока используется датчик Холла.
  • Используется как датчик для определения уровня топлива в автомобилях.

Примеры

Некоторыми примерами применения датчиков Холла являются трансформаторы тока, определение положения, аксессуары Galaxy S4, переключатель клавиатуры, компьютеры, датчик приближения, определение скорости, приложения измерения тока, тахометры, антиблокировочные тормозные системы, магнитометры, постоянный ток. двигатели, дисководы и т.д…

Датчики на эффекте Холла

доступны в виде различных ИС.Многие из имеющихся на рынке датчиков на эффекте Холла содержат сенсорный элемент вместе с усилителем IC с высоким коэффициентом усиления. Они защищены от изменений окружающей среды благодаря своей защитной упаковке. Какую микросхему датчика Холла вы использовали?

Датчики на эффекте Холла

— работа, типы, применение, преимущества и недостатки

Датчики на эффекте Холла

широко используются в различных областях. В этом посте будет рассказано, как они работают, их типы, применение, преимущества и недостатки.

Знакомство с датчиком Холла

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

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

Для активации этих датчиков Холла используется внешнее магнитное поле. Когда плотность магнитного потока в непосредственной близости от датчика выходит за пределы определенного определенного порогового значения, это обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, также известное как напряжение Холла.

Рис. 1 — Датчики на эффекте Холла

Эти датчики на эффекте Холла пользуются большим спросом и находят очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. Д.

Принцип работы датчика Холла

Датчик Холла

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

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

Как работает датчик эффекта Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

  • Когда электрический ток течет через Датчик, электроны движутся через него по прямой.
  • Когда на датчик действует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда по кривой.
  • Из-за этого электроны с отрицательным зарядом будут отклоняться к одной стороне датчика, а отверстия для положительного заряда — к другой.

Рис. 3 — Принцип эффекта Холла — отклонение электронов и дырок

  • Из-за накопления электронов и дырок на разных сторонах пластины между ними может наблюдаться напряжение (разность потенциалов). стороны тарелки.Полученное напряжение прямо пропорционально электрическому току и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков эффекта Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • На основе выхода
  • На основе операции

На основе выхода

На основе На основе выходных сигналов датчики Холла можно разделить на два типа: —

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

Рис.4 — Схема датчика Холла с аналоговым выходом

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

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

Рис.5 — Выход датчика Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с цифровым выходом

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

Рис. 6 — Схема датчика Холла с цифровым выходом

Это «триггер Шмитта», который вызывает эффект гистерезиса и, таким образом, достигается два разных пороговых уровня.Соответственно, выходной сигнал всей схемы будет либо низким, либо высоким.

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

Рис. 7 — Выход цифрового выхода датчика Холла

Принцип работы

По принципу действия датчики Холла можно разделить на два типа: —

  • Биполярный датчик Холла Датчик эффекта
  • Униполярный датчик эффекта Холла
Биполярный датчик эффекта Холла

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

Рис. 8 — Биполярный датчик на эффекте Холла

Униполярный датчик на эффекте Холла

Как следует из названия, этим датчикам требуется только положительное магнитное поле южного полюса магнита для активации, а также для разблокировки датчика.

Рис. 9 — Униполярный датчик эффекта Холла

Применение датчика Холла

Для простоты использования датчики Холла были разделены на две категории.

  • Применение аналоговых датчиков Холла
  • Применение цифровых датчиков Холла

Применение аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики Холла используются для:

  • Измерение постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Тестеры).
  • Определение скорости вращения колес для антиблокировочной тормозной системы (ABS).
  • Устройства управления двигателями для защиты и индикации.
  • Определение наличия источника питания.
  • Обнаружение движения.
  • Определение скорости потока.
  • Чувствительная мембрана давления в мембранном манометре.
  • Определение вибрации.
  • Обнаружение черных металлов в детекторах черных металлов.
  • Регулировка напряжения.

Применение цифровых датчиков на эффекте Холла

Цифровые датчики на эффекте Холла используются для:

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

Преимущества датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла

обладают следующими преимуществами:

  • Их можно использовать для различных сенсорных функций, таких как определение положения, определение скорости, а также определение направления движения.
  • Поскольку они являются твердотельными устройствами, они абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей.
  • Они практически не требуют обслуживания.
  • Они прочные.
  • Они невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Недостатки датчиков на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла имеют следующие недостатки: —

  • Они не могут измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственное решение этой проблемы — использовать очень сильный магнит, который может генерировать широкое магнитное поле.
  • Точность измеренного значения всегда вызывает беспокойство, поскольку внешние магнитные поля могут влиять на значения.
  • Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителей заряда и чувствительность датчиков Холла.

Насколько большими электрическими нагрузками можно управлять с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Следовательно, он не может напрямую управлять большими электрическими нагрузками. Однако мы можем управлять большими электрическими нагрузками с помощью датчиков Холла, добавив к выходу NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока).

NPN-транзистор (сток тока) функционирует в состоянии насыщения как переключатель стока. Он закорачивает выходную клемму с землей, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть в различных конфигурациях: транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или и то, и другое. Таким образом, он обеспечивает выход «тяга / толчок», который позволяет потреблять ток, достаточный для непосредственного управления большими нагрузками.

Также прочтите о принципе эффекта Холла — история, объяснение теории, математические выражения и приложения

Датчики на эффекте Холла | Типы

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

Что такое магнитный датчик?

Магнитные датчики

Магнитные датчики — это устройства, которые способны обнаруживать и анализировать магнитные поля, создаваемые магнитом или током.Их можно использовать для различных целей, например, для определения изменения положения и угла магнитного поля, для определения изменения силы или направления приложенного магнитного поля и т. Д.

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

Магнитные датчики обычно представляют собой твердотельные устройства, которые являются в настоящее время пользуется большим спросом благодаря своей высокой точности и точности, бесконтактной работе, сравнительно низким затратам на техническое обслуживание, компактной конструкции и т. д. В настоящее время доступны магнитные датчики без сердечника, предназначенные для различных видов промышленного применения, например, герметичные устройства на эффекте Холла. водонепроницаемы и сделаны таким образом, чтобы противостоять любой вибрации.

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

Датчики на эффекте Холла

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

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

Что такое напряжение Холла (В H )?

Если к магнитному датчику приложить внешнее магнитное поле, он активируется. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально силе приложенного магнитного поля.После того, как внешнее поле превышает определенный порог плотности магнитного потока, генерируется выходное напряжение, которое обычно известно как напряжение Холла (V H ) .

Коэффициент Холла (R H )

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

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

Конструкция датчиков Холла:

Конструкция датчика Холла

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

Когда устройство активировано, через полупроводник протекает непрерывный ток. Если линии внешнего магнитного поля расположены под прямым углом к ​​головке зонда, так что линии поля проходят под прямым углом через датчик зонда, возникает напряжение, известное как напряжение «эффекта Холла», и устройство выдает показания. плотности магнитного потока (B) внешнего поля.

Символ датчика Холла:

Что такое датчик эффекта Холла?

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

Эксперимент на эффекте Холла

Аналоговый и цифровой датчик Холла

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

Формула эффектов Холла Датчик:

Выходной сигнал линейного датчика Холла может быть выражен как:

Где,

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

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

Тип сенсоров на эффекте Холла:

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

  1. Биполярный
  2. Униполярный

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

Применения датчиков Холла:
  • Датчик положения: при работе в режиме включения / выключения, то есть с цифровым выходом, обнаружение наличия магнитных материалов является одним из важных промышленных приложений датчиков Холла. .
  • Трансформаторы постоянного тока: Датчик Холла используется для измерения магнитного потока постоянного тока и, как следствие, для расчета постоянного тока.
  • Переключатель клавиатуры: для некоторых компьютерных клавиатур используются переключатели эффекта Холла. Но из-за своей сравнительно высокой стоимости он ограничивается областью аэрокосмической и военной техники из-за своей высокой надежности.
  • Индикатор уровня топлива: Датчик Холла определяет положение плавающего элемента с помощью определения положения и используется в качестве автомобильного индикатора уровня топлива.
  • Электрическая беговая дорожка: здесь используются датчики Холла для датчиков скорости, а также для аварийной остановки при случайном падении. Пояс пользователя беговой дорожки прикреплен к шнурку, который, в свою очередь, прикреплен к магниту. Если пользователь случайно упадет, магнит отсоединится, и произойдет отключение электропитания, что остановит машину.

Для получения дополнительных статей по электронике щелкните здесь

Об Амрите Шоу

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

Как работают датчики на эффекте Холла и где они используются?

Эффект Холла является результатом действия силы Лоренца.

Когда в тонком проводнике (или полупроводнике) протекает постоянный ток, и магнит помещается так, что его магнитное поле движется перпендикулярно этому току, магнитное поле тока реагирует на магнитное поле постоянного магнита, заставляя электроны, протекающие через проводник, притягиваться к одной стороне проводника из-за силы Лоренца.Это создает в проводнике разность потенциалов, называемую напряжением Холла. Величина напряжения Холла пропорциональна силе магнитного поля.

Сила Лоренца — это сила, которую частица испытывает из-за электрических и магнитных полей.

Напряжение Холла возникает, когда магнитное поле тока, протекающего по проводнику, реагирует на магнитное поле постоянного магнита, перпендикулярное потоку тока.
Изображение предоставлено: самоучители по электронике.ws

Эффект Холла используется в датчиках, где результирующее напряжение Холла может указывать на наличие, отсутствие или силу магнитного поля. Хотя датчики Холла работают, обнаруживая магнитное поле, их можно использовать для измерения широкого спектра параметров, включая положение, температуру, ток и давление.


Датчики на эффекте Холла обычно делятся на две категории: цифровые датчики на эффекте Холла, которые включают переключатели на эффекте Холла и защелки на эффекте Холла, и аналоговые датчики на эффекте Холла.

Переключатели на эффекте Холла

, также называемые униполярными датчиками, обнаруживают наличие (или отсутствие) магнитного поля по сравнению с предварительно определенным порогом магнитного потока. При обнаружении подходящего магнитного поля переключатель включается (замыкается), а когда поле снимается, переключатель выключается (размыкается). Датчики приближения — обычное применение переключателей на эффекте Холла.

Работа защелки на эффекте Холла, также называемого биполярным датчиком, аналогична работе переключателя, но защелка включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля, а остается на даже при снятии поля.И наоборот, защелка выключается (открывается) при приложении отрицательного магнитного поля, и остается выключенным , даже когда поле снимается. Защелки на эффекте Холла обычно используются в бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC) для определения положения ротора для правильной коммутации.

Цифровые датчики на эффекте Холла

содержат триггер Шмитта — схему, которая регулирует порог переключения до немного более высокой точки на переднем фронте сигнала и немного более низкой точки на спадающем фронте сигнала.Разница между этими точками переключения называется гистерезисом и гарантирует, что переключатель не будет колебаться или включаться и выключаться из-за шума во входном сигнале.

Триггер Шмитта обеспечивает гистерезис, предотвращающий колебания цифрового датчика на эффекте Холла между «включенным» и «выключенным».
Изображение предоставлено: Texas Instruments

Аналоговые или линейные датчики на эффекте Холла вырабатывают непрерывное выходное напряжение, пропорциональное плотности магнитного потока (напряженности магнитного поля), что делает их пригодными для измерения положения и движения.Фактически, во многих магнитных энкодерах используются линейные датчики на эффекте Холла. Однако взаимодействие протекающего тока и магнитного поля создает очень маленькое напряжение Холла, поэтому линейные датчики Холла обычно включают в себя усилитель для увеличения выходного напряжения вместе с другой электроникой преобразования сигнала для улучшения отклика датчика и компенсации температуры. последствия.

Устройства на эффекте Холла

являются отличными чувствительными элементами, поскольку они полностью бесконтактны и не имеют движущихся частей, что обеспечивает им долгий срок службы.И они могут работать на высоких скоростях и частотах переключения с отличной повторяемостью.

Изображение предоставлено: Texas Instruments

Работа датчика Холла

| Приложения

Датчики на эффекте Холла используются для обнаружения наличия и силы магнитного поля. Принцип работы датчика Холла основан на эффекте Холла, который гласит, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, напряжение будет генерироваться перпендикулярно как току, так и полю.Датчик Холла Переключатель выполнен в виде небольшой интегральной схемы (ИС).

Датчик выключен при отсутствии магнитного поля и срабатывает при наличии магнитного поля. Датчики на эффекте Холла имеют различный корпус. Выбор датчика в зависимости от типа корпуса будет варьироваться от приложения к приложению.

Датчики Холла аналогового типа вырабатывают непрерывный сигнал, пропорциональный измеренному магнитному полю. Аналоговый линейный датчик на эффекте Холла используется в сочетании с разъемным ферритовым сердечником для измерения тока.

Магнитное поле через зазор в ферритовом сердечнике пропорционально току, протекающему через провод, и поэтому напряжение, создаваемое датчиком на эффекте Холла, будет пропорционально току. Затем сигнал от устройства на эффекте Холла усиливается и отображается.


Наиболее распространенные применения датчика Холла . указаны ниже:

Цифровые мультиметры с зажимом, которые могут измерять как переменный, так и постоянный ток, используют датчик Холла для обнаружения постоянного магнитного поля, индуцированного в зажиме.

Датчики Холла цифрового типа используются в магнитных датчиках приближения. Они генерируют цифровой импульс каждый раз, когда цель проходит мимо датчика, и любое решение может быть принято путем расчета частоты импульсов.

Датчик на эффекте Холла чувствителен к величине магнитного потока, а не к его скорости изменения, и, как результат, создаваемый цифровой выходной импульс имеет постоянную амплитуду независимо от изменений скорости.

Эта особенность датчика Холла позволяет нам создавать датчики скорости, которые могут обнаруживать цели, движущиеся с малой скоростью, или наличие или отсутствие неподвижных целей.

Читайте также

© https://yourelectricalguide.com/ Принцип работы датчика общего эффекта | Приложения.

Arduino — Цифровой и аналоговый магнитный датчик Холла — Robo India || Учебники || Изучите Arduino |

В этом руководстве Robo India объясняется рабочая концепция датчика Холла как цифрового и аналогового датчика.
1. Введение:

В этом проекте используется датчик Холла для обнаружения присутствия магнита.Когда магнит проходит мимо этого датчика, он может его обнаружить. Он изменяет свое выходное напряжение в зависимости от магнитного поля. Датчики на эффекте Холла доступны с аналоговыми или цифровыми выходами.

Датчики с аналоговым выходом обеспечивают линейные выходные значения и снимаются непосредственно с выхода операционного усилителя, при этом выходное напряжение прямо пропорционально магнитному полю, проходящему через датчик Холла.

Цифровые выходные датчики используют триггер Шмитта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю.Сенсорное устройство переключается между состояниями «выключено» и «включено», когда выходной сигнал датчика превышает заданное значение.

2. Принцип работы:

Датчик эффекта Холла работает по принципу эффекта Холла. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала с выходными соединениями, перпендикулярными направлению тока. Когда он подвергается воздействию магнитного поля, он реагирует с выходным напряжением, пропорциональным напряженности магнитного поля.

3. Необходимое оборудование
4. Строительный округ

Цифровой интерфейс:

Аналоговый интерфейс:
5. Программирование:

Вы можете скачать этот скетч (код) Arduino для цифрового вывода отсюда.

// Учебник Robo India по магнитному модулю Холла
//  https://www.roboindia.com/tutorials 

const int hall_Sensor = 2;
int inputVal = 0;

установка void ()
{
 pinMode (13, ВЫХОД); // К выводу 13 подключен светодиод на большинстве плат Arduino:
 pinMode (Hall_Sensor, ВХОД); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный номер .begin (9600);
}

пустой цикл ()
{
 if (digitalRead (hall_Sensor) == HIGH) // Проверяем выход датчика
 {
 digitalWrite (13, ВЫСОКИЙ); // включаем светодиод
 }
 еще
 {
 digitalWrite (13, LOW); // выключаем светодиод
 }
inputVal = digitalRead (hall_Sensor);
  Последовательный  .println (inputVal);
задержка (1000); // ждем секунду
}

 

Вы можете скачать этот скетч (код) Arduino для аналогового вывода отсюда.

const int hall_Sensor = A0;
int inputVal = 0;

установка void ()
{
 pinMode (13, ВЫХОД); // К выводу 13 подключен светодиод на большинстве плат Arduino:
 pinMode (Hall_Sensor, ВХОД); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный номер .begin (9600);
}

пустой цикл ()
{
 if (digitalRead (hall_Sensor) == HIGH) // Проверяем выход датчика
 {
 digitalWrite (13, ВЫСОКИЙ); // включаем светодиод
 }
 еще
 {
 digitalWrite (13, LOW); // выключаем светодиод
 }
inputVal = analogRead (Hall_Sensor);
  Последовательный  .println (inputVal);
задержка (1000); // ждем секунду
}


 
6. Выход

После загрузки кода поднесите магнит к линейному датчику Холла, и встроенный светодиод Arduino погаснет, а светодиодный индикатор на линейном датчике Холла загорится.

Датчик выдает логическую 1 (+ 5 В) на цифровом выходе, когда магнит помещен перед датчиком, и логический 0 (0 В), когда перед датчиком нет магнита.

Сделайте то же самое для аналогового выхода. Arduino масштабирует аналоговый сигнал в диапазоне 0-1023.

Если у вас есть какие-либо вопросы, напишите нам по адресу [email protected]

Благодарности и приветы
Команда разработки контента
Robo India
https: // roboindia.ком

Причина и следствие

: Поиск и устранение неисправностей датчиков Холла

Лампа из китового масла освещала место над кухонным столом, где Эдвин работал над тонкой прямоугольной полоской из золотой фольги. Он мог видеть свое отражение в полосе, и его мысли на мгновение заблудились, когда он подумал о том, каким усталым он выглядел. Было уже очень поздно, но Эдвин задумал что-то новое, что-то очень новое. Эдвин Холл работал над теорией электронного потока Кельвина, которая была представлена ​​примерно 30 годами ранее, в 1849 году.Во время работы он случайно заметил, что если через золотую полоску протекает ток и магнитное поле помещается перпендикулярно одной стороне полоски, то на краях полоски обнаруживается разность электрических потенциалов. Это открытие было приписано доктору Эдвину Холлу, и теперь оно называется эффектом Холла.

Как и многие другие открытия, блестящее наблюдение д-ра Холла пришло не в результате его поиска, а в результате наблюдения чего-то необычного и последующего воздействия на него. Эффект Холла известен уже более 100 лет, но приложения для его использования не были разработаны до последних нескольких десятилетий.В автомобильной промышленности эта технология применяется ко многим системам, используемым в современных транспортных средствах, включая трансмиссию, систему контроля кузова, антипробуксовочную систему и антиблокировочную тормозную систему. Чтобы охватить эти различные системы, датчик на эффекте Холла конфигурируется несколькими способами / переключением, аналоговым и цифровым. Это датчики приближения; они не имеют прямого контакта, но используют магнитное поле для активации электронной схемы.

Эффект Холла может быть получен с помощью таких проводников, как металлы и полупроводники, и качество эффекта меняется в зависимости от материала проводника.Материал будет напрямую влиять на протекающие через него электроны или положительные ионы. В автомобильной промышленности обычно используются три типа полупроводников для изготовления элемента Холла / арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs). Самый распространенный из этих полупроводников — арсенид индия. Как и в эксперименте доктора Холла, важно, чтобы проводник был прямоугольным и очень тонким. Это дает возможность протекающим через него носителям разделяться и объединяться по краям.

Теперь давайте посмотрим на принцип эффекта Холла (рис. 1 и 2 выше). Если ток течет по проводнику и магнитному полю (магнитному потоку) позволяют перемещаться по проводнику перпендикулярно потоку тока, заряженные частицы дрейфуют к краям прямоугольной полосы. Эти заряженные частицы собираются на краях поверхности. Магнитный поток передает силу на проводник, которая заставляет напряжение (положительную силу) дрейфовать к одному краю, в то время как электроны (отрицательная сила) дрейфуют к противоположному краю.Сила, действующая на текущий поток, называется силой Лоренца.

Пока к проводнику прикладывается магнитная сила, носители остаются на противоположных сторонах, создавая падение напряжения на проводнике. Этот перепад напряжения и есть напряжение Холла. Он пропорционален току, протекающему через него, напряженности магнитного поля и типу материала проводника. Если любая из этих трех переменных изменится, разность напряжений на проводнике также изменится. Вот почему элемент Холла должен иметь регулируемое напряжение, подаваемое на путь тока.Если ток регулируется и материал проводника задан, остается изменить только магнитную напряженность. Когда магнитная напряженность изменяется до угла 90 ° по отношению к пути тока, падение напряжения на проводнике также изменяется. Чем сильнее магнитный поток, тем больше падение напряжения на проводнике.

Генерируемое напряжение Холла является аналоговым сигналом. Этот сигнал Холла очень мал / обычно около 30 микровольт при магнитном поле 1 гаусс. Из-за небольшого генерируемого напряжения сигнал Холла необходимо усилить, если устройство будет использоваться в практических целях.

Тип усилителя, который лучше всего подходит для использования с элементом Холла, — это дифференциальный усилитель (рис. 3 на стр. 56), который усиливает только разность потенциалов между положительным и отрицательным входами. Если нет разницы напряжений между положительным и отрицательным входами усилителя, выходное напряжение усилителя не будет. Однако при наличии разности напряжений эта разница будет иметь линейное усиление. Величина усиления определяется дифференциальным усилителем, используемым в схеме.

Элемент Холла подключается непосредственно к дифференциальному усилителю, поэтому активность элемента Холла отражается усилителем. Когда магнитное поле отсутствует в элементе Холла, не создается напряжение Холла и отсутствует выходное напряжение из усилителя. Когда к элементу Холла прикладывается магнитное поле, на элементе создается напряжение Холла. Дифференциальный усилитель обнаруживает этот перепад напряжения и усиливает его.

Способ использования датчика Холла определяет изменения схемы, необходимые для обеспечения правильного вывода на устройство управления.Этот выходной сигнал может быть аналоговым, например датчик положения ускорения или датчик положения дроссельной заслонки, или цифровым, например датчиком положения коленчатого или распределительного вала.

Давайте рассмотрим эти различные конфигурации датчика Холла. Когда элемент Холла должен использоваться для аналогового датчика, который может использоваться для шкалы температуры в системе климат-контроля или датчика положения дроссельной заслонки в системе управления трансмиссией, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а усилитель — к транзистору NPN (рис.4). Магнит прикреплен к вращающемуся валу. При вращении вала магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла пропорционально напряженности магнитного поля.

Если бы вал дроссельной заслонки контролировался PCM, магнит вращался бы вместе с валом дроссельной заслонки. На холостом ходу дроссельная заслонка была закрыта. В этом случае напряженность магнитного поля будет низкой, а создаваемое напряжение Холла будет низким. Дифференциальный усилитель будет иметь небольшую разность потенциалов, а выход усилителя будет низким.База транзистора NPN будет получать выходной сигнал усилителя.

Поскольку напряжение на базе низкое, усиление транзистора NPN также невелико. В этом состоянии выходное напряжение TPS будет порядка 1 вольт. Когда двигатель находится под нагрузкой, вал дроссельной заслонки вращается, открывая дроссельную заслонку. При вращении вала дроссельной заслонки магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла увеличивается пропорционально напряженности магнитного поля. По мере увеличения напряжения Холла дифференциальный усилитель получает свою разность потенциалов.Затем усилитель усиливает разницу между отрицательным и положительным входами. Этот возрастающий выходной сигнал отправляется на базу транзистора NPN, который затем усиливает сигнал, создавая выходной сигнал датчика положения дроссельной заслонки. Этот линейный выходной сигнал пропорционален вращению вала дроссельной заслонки.

Выходные данные TPS отправляются в PCM, где он сообщает об угле вала дроссельной заслонки. Микропроцессор PCM не может напрямую считывать аналоговое напряжение, отправляемое с TPS. Этот сигнал должен быть преобразован в двоичный формат — единицы и нули.Для этого используется устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем. В большинстве случаев используется 8-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует уровень напряжения в последовательность единиц и нулей, которые микропроцессор может декодировать и использовать для определения фактического угла вала дроссельной заслонки.

Когда элемент Холла должен использоваться для цифрового сигнала, например, в датчике положения коленчатого или распределительного вала или датчике скорости транспортного средства, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, который подключен к триггеру Шмитта.В этой конфигурации датчик выдает цифровой сигнал включения / выключения. В большинстве автомобильных цепей датчик Холла является поглотителем тока или заземляет сигнальную цепь. Для этого к выходу триггера Шмитта подключается NPN-транзистор (рис. 5). Магнит расположен напротив элемента Холла. Спусковое колесо, или цель, расположено так, чтобы затвор мог находиться между магнитным полем и элементом Холла.

Когда затвор не находится между магнитом и элементом Холла, магнитное поле проникает через элемент Холла, создавая напряжение Холла.Это напряжение подается на положительный и отрицательный входы дифференциального усилителя. Усилитель повышает это дифференциальное напряжение и отправляет его на вход триггера Шмитта (цифрового пускового устройства). Когда напряжение от дифференциального усилителя увеличивается, оно достигает порога включения или рабочей точки. В этой точке срабатывания триггер Шмитта меняет свое состояние, позволяя отправить сигнал напряжения.

Точка срабатывания (отключения) установлена ​​на более низкое напряжение, чем точка включения.Целью этой разницы между точками включения и выключения (гистерезис) является устранение ложного срабатывания, которое может быть вызвано незначительными отклонениями от дифференциального усилителя. Триггер Шмитта включается, и выходное напряжение отправляется на базу NPN-транзистора. Когда на базе транзистора присутствует напряжение, транзистор включается.

Регулятор напряжения блока управления подает напряжение на резистор или нагрузку. Схема резистора подключена к коллектору транзистора NPN, и когда NPN включен, ток течет в коллектор и выходит из эмиттера на землю.В этом состоянии сигнал заземлен. Поскольку резистор находится внутри блока управления, напряжение находится на плече заземления и будет падать очень близко к напряжению заземления.

При вращении спускового колеса затвор перемещается между магнитом и элементом Холла. Поскольку спусковое колесо сделано из железа, оно притягивает магнитное поле к затвору. В этот момент элемент Холла больше не имеет магнитного поля, проникающего через него, и напряжение Холла не создается. Без напряжения Холла дифференциальный усилитель не имеет выхода на триггер Шмитта.В свою очередь, триггер Шмитта не имеет выхода напряжения на базу NPN-транзистора, и транзистор изменяет состояние и закрывается. Затем земля снимается с груза. Это создает разрыв цепи. В разомкнутой цепи присутствует напряжение источника. Если бы регулятор напряжения был источником 5 вольт, то напряжение в разомкнутой цепи было бы 5 вольт. При вращении заслонка выдвигается между магнитом и элементом Холла. Включается цепь, замыкающая заземляющую ногу от нагрузки.Таким образом, напряжение сигнала падает очень близко к земле. Этот цикл повторяется для создания цифрового сигнала от датчика Холла с экранированным полем.

Зубчатый датчик Холла (рис. 6) — это еще один тип цифровых датчиков включения / выключения. Подмагничивающий магнит помещен над элементом Холла. В этом датчике магнитное поле всегда проникает через элемент Холла, и всегда присутствует напряжение Холла. Когда зуб шестерни или цель проходит под элементом Холла, магнитное поле в элементе усиливается.По мере усиления магнитного поля напряжение Холла увеличивается. Это напряжение отправляется в схему, которая сравнивает выходное напряжение холла без зубцов с выходным напряжением холла.

Для срабатывания этого датчика цель должна пройти мимо элемента Холла. В не зубчатом положении конденсатор заряжается для хранения незубчатого напряжения Холла, чтобы его можно было сравнить с зубчатым напряжением Холла. По мере приближения передней кромки зуба к датчику напряжение Холла увеличивается до заданной точки срабатывания.В этот момент компаратор отправляет сигнал в схему триггера. Триггер подает сигнал напряжения на NPN-транзистор и включает его. Транзистор NPN подключен к цепи резистора в блоке управления.

Одна сторона резистора подключена к регулятору напряжения, другая сторона — к коллектору NPN-транзистора. Когда транзистор меняет состояние и включается, сигнальное напряжение сбрасывается на землю. Когда цель вращается и задняя кромка зубца проходит через датчик Холла, напряжение падает ниже заданной точки срабатывания, и компаратор подает напряжение на цепь запуска и выключает транзистор NPN.Затем транзистор меняет состояние и размыкает цепь. Теперь в сигнальной цепи присутствует напряжение источника. Если регулятор представляет собой источник 5 В, напряжение сигнала теперь составляет 5 В. Когда зуб проходит под датчиком Холла, цепь активируется и тянет этот 5-вольтовый сигнал на землю. Этот цикл повторяется для создания цифрового выходного сигнала датчика Холла с зубчатым колесом.

Для поиска неисправностей в этих цепях (см. Рис. 7 и 8) необходимо измерить падение напряжения на питании, заземлении и сигнале.Если сигнал правильный на низком и высоком выходах, питание и заземление также будут в норме. Если источником питания является аккумуляторное напряжение, регулятор напряжения находится внутри датчика Холла. Если питание подается от электронного модуля, регулятор напряжения находится в этом модуле. Если источник питания падает из-за падения напряжения (сопротивления) или из-за проблемы регулятора, выходной сигнал также упадет. Если напряжение питания увеличится, выходной сигнал также увеличится. Если напряжение земли увеличивается из-за падения напряжения (сопротивления), выходной сигнал также увеличивается.

С аналоговым датчиком Холла, если есть падение напряжения или разрыв цепи между датчиком Холла и модулем управления, напряжение сигнала будет правильным на датчике, но неправильным на модуле. Если напряжение на модуле правильное, а напряжение на диагностическом приборе неправильное, значит, проблема в аналого-цифровом преобразователе внутри блока управления. Перед заменой блока всегда проверяйте питание, массу и сигналы на модуле управления.

Осциллограф необходим для поиска и устранения неисправностей цифрового датчика.Следующие рекомендации помогут вам поставить диагноз:

• С цифровым датчиком на эффекте Холла, если сигнал на датчике высокий, прерывистый или полностью отсутствует, цепь от модуля управления исправна.
• В разных блоках управления используются разные уровни напряжения сигнала; Обычны 5, 8, 9 и 12 вольт. Этот уровень напряжения сигнала должен быть в пределах 10% от целевого напряжения, иначе блок управления не обнаружит изменение состояния напряжения.
• Если сигнал низкий, прерывистый или полностью неработающий, регулятор напряжения или цепь в блоке управления могут быть неисправны, сигнальный провод может быть разомкнут или заземлен, или датчик эффекта Холла может быть неисправен и тянет сигнал на землю.
• Если уровень напряжения заземления датчика не находится в пределах 10% от напряжения заземления автомобиля, блок управления не обнаружит изменение состояния сигнала.
• Если напряжение остается высоким или низким, убедитесь, что цель движется.
• При выходе из строя нескольких датчиков Холла убедитесь, что цель не попадает в один из них.
• Когда сигнальный провод Холла закорочен или периодически или постоянно закорочен на источник питания, он сгорает в электронных схемах внутри датчика Холла и, как правило, выводит сигнал на землю.Датчик Холла рассчитан на ток 20 миллиампер или меньше. Резистор расположен в сигнальной цепи, поэтому он может ограничивать ток, протекающий по этой цепи. Если сопротивление этого резистора снизится, ток увеличится, что приведет к отказу нескольких датчиков Холла.

Существует множество конфигураций датчиков Холла. Все эти устройства работают по одним и тем же основным принципам, описанным здесь. Когда вы работаете в отсеке для обслуживания, позвольте своему блеску сиять, как у доктора Эдвина Холла.Обратите внимание на то, что необычно, и действуйте в соответствии с этим.

Скачать PDF

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *