Линейный датчик холла принцип работы: принцип работы, типы, применение, преимущества и недостатки

Датчик Холла принцип работы | КакУстроен.ру

Датчик Холла своим появлением обязан американскому учёному-физику Эдвину Холлу, который в 1879 году совершил важное открытие гальваномагнитного явления. Практическая ценность эффекта Холла такова, что датчик, изготовленный на его основе, применяется в самых разных приборах и поныне. Сложное на первый взгляд устройство датчика не является таковым, если детально в нём разобраться. Итак, как же работает датчик Холла?

Датчик Холла: на самом деле – всё просто

Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой (ЭДС) Холла. При этом показатель напряжения изменится на величину от 0,4 В до 3 В.

Таким образом, датчик Холла имеет не слишком сложный для понимания принцип работы. Для большей ясности стоит привести наглядный пример.

Можно сделать его импульсным. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём. Такая щелевая конструкция и принцип работы характерны для всех датчиков Холла.

От теории – к практике. Датчик холла: принцип работы и назначение современных генераторов

Практическое применение ЭДС Холла началось далеко не сразу после её открытия, так как полупроводники с нужными свойствами научились изготавливать промышленным способом лишь через несколько десятков лет.

Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными. Новую жизнь в судьбу датчика Холла привнесло развитие микроэлектроники, когда были придуманы микросхемы. Их стали активно использовать в генераторах Холла. Благодаря этому был налажен выпуск миниатюрных датчиков, которые могут быть линейными (датчики тока, вибрации, положения, расхода и т.п.) и логическими (датчики приближения, частоты вращения, импульсов и т.д.), цифровыми и аналоговыми.

С помощью датчика Холла стали успешно измерять ток, мощность, скорость, расстояние. Даже в CD-приводе любого персонального компьютера используется ЭДС Холла. Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности – для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях. Датчик Холла полезен тем, что он считывает и предоставляет электронному блоку управления информацию, нужную для нормальной работы автомобиля.

Несомненные преимущества датчика Холла – его дешевизна, неприхотливость, долговечность и бесконтактность. Надёжность прибора обусловлена тем, что в нём отсутствуют физически взаимодействующие (трущиеся друг о друга) детали.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Интегральные датчики Холла — продолжение публикации. Рассмотрены типы датчиков — линейные датчики, логические датчики. Отрасли применения таких датчиков и фирмы производители.

Интегральные датчики Холла

Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Интегральные датчики Холла производят такие фирмы, как Honeywell, Melexis, Allegro Microsystems, Micronas Intermetall, Siemens, Analog Devices и др. Первая группа интегральных датчиков Холла – это линейные устройства, применяющиеся в измерителях напряжённости магнитного поля. Как правило, эти устройства содержат схемы усиления сигнала датчика. Необходимая предварительная обработка сигнала обычно заключается в усилении и температурной компенсации. Может понадобиться также стабилизация питающего напряжения. При отсутствии магнитного поля выходное напряжение датчика должно быть равно нулю, поэтому требуется дифференциальный усилитель (рис. 3). Современные технологии позволяют ввести в состав ИМС датчиков магнитного поля сложные цифровые системы обработки информации. Примером такой ИМС может служить HAL805 фирмы Micronas Intermetall, содержащий на кристалле в трёхвыводном корпусе ТО92 АЦП, ЦАП, ЦПС и энергонезависимую память.

Такая структура позволяет программировать чувствительность и смещение датчика, осуществлять фильтрацию помех и механических возмущений. Вторая группа включает в себя микросхемы компараторного типа с логическими уровнями напряжения на выходе. Эта группа более многочисленна в силу большего числа возможных применений. Микросхемы с логическим выходом (рис. 4а) делятся на две подгруппы: переключатели и триггеры. Униполярный переключатель срабатывает только при наличии магнитного поля одной полярности и гарантирует выключенное состояние в отсутствие магнитного поля; магнитное поле противоположной полярности не оказывает на него никакого влияния (см. рис. 4б). Биполярный триггер, напротив, реагирует на обе полярности: включается при приближении северного или южного полюсов магнита и выключается только в том случае, если поле с противоположным знаком достигнет определенного уровня. Термин «биполярный переключатель» обычно применяется к триггерам, реагирующим на пропадание поля. Такие переключатели переходят во включённое состояние при наличии магнитного поля, а выключаются при снижении уровня той же полярности, отсутствии поля, или в присутствии поля с противоположным знаком (см. рис. 4в). Наличие ступени гистерезиса, которая является разностью между величинами магнитного поля в точках включения и выключения, повышает помехозащищенность устройства. Логический двухвыводной датчик Холла HAL556 производит фирма Micronas Intermetall. Эта микросхема (рис. 5) потребляет большой ток при приближении положительного полюса магнита к маркированной стороне корпуса и малый ток при удалении. HAL566 реализует обратные функции. Микросхемы имеют встроенную систему, увеличивающую напряжение, приложенное непосредственно к кристаллу датчика Холла, с тем чтобы сделать возможным применение недорогих постоянных магнитов, имеющих сравнительно малую коэрцитивную силу.

Рис.5 Двухвыводный логический датчик HAL556 обеспечивает изменение
протекающего через него тока при изменении уровня магнитного поля

…дальше

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

Датчики на эффекте Холла компании Honeywell

29 ноября 2007

В зависимости от назначения, датчики различаются по конструктивным и электрическим характеристикам. Однако все они имеют один и тот же принцип работы, основанный на элементе Холла. Условно все датчики можно разделить на две группы: с линейным и логическим выходом.

Датчики с линейным выходом обычно применяются для определения небольших перемещений или построения более сложных датчиков, например в составе датчиков тока с гальванической развязкой. Они состоят из полупроводникового элемента Холла, стабилизатора питания, дифференциального усилителя и выходного каскада. В зависимости от модели, выходной каскад датчика может представлять собой усилитель на биполярном транзисторе, включенном по схеме с открытым коллектором (p-n-p) или по двухтактной схеме (p-n-p + n-p-n). Выходное напряжение этих датчиков находится в линейной зависимости от величины вектора магнитной индукции. За пределами рабочей области датчик входит в насыщение. При отсутствии внешнего магнитного поля напряжение на выходе равно половине напряжения питания. Размах выходного напряжения и чувствительность датчиков находятся также в линейной зависимости от напряжения источника питания (пропорциональный выход). Этот тип датчиков характеризуется высокой нагрузочной способностью, линейной характеристикой преобразования в рабочем диапазоне магнитных полей, широким диапазоном рабочих температур и питающих напряжений, долговременной стабильностью параметров и малым током потребления. В сводной таблице 1 приведены для сравнения различные типы линейных датчиков магнитного поля.

Таблица 1. Линейные датчики магнитного поля на эффекте Холла

Датчики же с логическим выходом обычно применяются для определения наличия какого-либо ферромагнитного объекта в поле «зрения» датчика. В отличие от линейных датчиков магнитного поля, выход этих приборов, в зависимости от величины приложенного магнитного поля, принимает всего два состояния: высокий или низкий уровень. Выходной сигнал конвертируется из линейного с помощью триггера Шмидта. Благодаря гистерезисной характеристике триггера, повышается помехоустойчивость датчика, устраняются ложные срабатывания. В характеристике датчика принципиально важны лишь две точки: точка включения (магнитная индукция, при которой выход переходит во включенное состояние) и точка выключения (наоборот). Для повышения нагрузочной способности по выходу в схему датчика добавляется каскад усиления на биполярном транзисторе (n-p-n), включенном по схеме с общим эмиттером. Большинство датчиков имеют встроенный стабилизатор питания элемента Холла и схемы нормализации сигнала, поэтому приборы не критичны к стабильности источника питания, уверенно работают в диапазоне питающих напряжений от 3,8 до 30 В. Универсальный выход с открытым коллектором обеспечивает датчику высокую гибкость на этапе согласования с нагрузкой. Нагрузкой датчиков могут являться входы логических ИМС и микроконтроллеров, а также различные драйверы силовых коммутационных приборов. В сводной таблице 2 приведены для сравнения различные типы логических датчиков магнитного поля.

Таблица 2. Логические датчики магнитного поля на эффекте Холла

Наиме- нование	Bвкл., Гс max	Bвыкл., Гс min	Iвых. макс., мА	Uпит., В	Iпит., мА	Траб., °С	Внешний вид
513SS16	340	30	20	6…16	10	-40…150
517SS16	140	-140	20	6…16	10	-40…150
55SS16	400	57	10	4,5…9	4	-40…150
613SS2	495	50	20	6…16	10	-40…150
65SS4	575	82	10	4,5…9	4	-40…100
SS41	40	-40	20	4,5…24	15	-55…150
SS46	150	-150	10	4,5…24	8,7	-55…150
SS411A	20	-20	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS413A	50	-50	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS441A	85	55	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS443A	145	115	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS449A	350	275	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS461A	50	-50	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS466A	140	-140	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS511AT	20	-20	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS513AT	50	-50	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS51T	40	-40	20	4,5…24	7,5	-40…150
SS541AT	85	55	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS543AT	145	115	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS549AT	350	275	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS561AT	50	-50	20	3,8…30	7,5	-40…150
SS566AT	140	-140	20	3,8…30	7,5	-40…150
SR13C-A1	180	75	20	3,8…30	13	-40…150
SR13D-A1	115	20	20	3,8…30	13	-40…150
SR13F-A1	390	235	20	3,8…30	13	-40…150
SR13R-A1	85	-85	20	3,8…30	13	-40…150
SR15C-A3	180	75	20	3,8…30	13	-40…150
SR3B-A1	90	-90	10	4,5…24	15	-40…85
SR3C-A1	150	100	10	4,5…24	19	-40…85
SR3F-A1	400	185	10	4,5…24	18	-40…85
SR3G-A1	350	280	10	4,5…24	22	-40…85
103SR11-A1	350	215	20	45…5. 5	4	-40…100
103SR12-A1	345	245	20	6…24	10	-40…100
103SR13-A1	400	250	20	4,5…24	10	-40…100
103SR14-A1	90	45	20	4,5…24	10	-40…100
103SR17-A1	50	-50	20	4,5…24	10	-40…100
103SR18-1	50	-50	20	4,5…24	10	-40…100

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: sensors. [email protected]

Новая серия миниатюрных концевых выключателей 

Новую серию 91MCE концевых выключателей компании Honeywell отличают миниатюрные размеры, невысокая цена и соответствие максимально высоким требованиям, предъявляемым в промышленности.

Сконструированные в компактном 20 мм. корпусе, выключатели 91MCE предназначены для OEM-приложений с ограниченным пространством монтажа. Серия предлагает различные варианты приводов головок и рычагов, соответствует стандартам: IP65, NEMA 1, 4, 12, 13. Срок службы выключателей — 5 млн. операций.

Выключатели Honeywell серии 91MCE предназначены для широкого круга промышленных применений: оборудование машин, оснащение лифтов, эскалаторов, дверей и другое.

Низковольтный датчик температуры/температурный ключ

Компания National Semiconductor выпустила LM26LV — низковольтный микропотребляющий датчик температуры и ключ с двумя выходами. Уровень температуры переключения может быть предварительно настроен на любую температуру от 0 до 150°С. Встроенный температурный гистерезис сохраняет устойчивость показаний в случае нестабильности температуры.

LM26LV генерирует сигнал в случае достижения подложкой компонента температуры Ttrip. Микросхема возвращается в исходное состояние в случае падения температуры ниже Ttrip-Thyst.

На аналоговом выходе Vtemp устанавливается напряжение, обратно пропорциональное измеренной температуре. При подаче на вход TRIP TEST положительного напряжения (логической единицы), на выходах устанавливаются следующие состояния:

1) цифровые выходы переходят в состяние для тестирования;

2) на выходе Vtemp устанавливается напряжение, соответствующее Vtrip.

Минимальное напряжение питания в 1,6 В позволяет применять микросхему для систем с низким уровнем напряжения питания.

Основные параметры

• Низкое напряжение питания: 1,6 В
• Низкий ток покоя
• Выходы двухтактный (push-pull) и с открытым коллектором
• Широкий диапазон установки точки перехода: 1…150°С
• Линейный выход напряжения Vtemp
• Защита от короткого замыкания по выходу Vtemp
• Точность обеспечивается в диапазоне -50…150°С

Применение

• Портативные приборы
• Беспроводные трансиверы
• Управление батареями

•••

Наши информационные каналы

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

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%)

Принцип датчика холла

принцип работы, как проверить своими руками, применение

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

Кратко о принципе работы

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

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

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

Типы и сфера применения

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

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

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

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

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

Пример использования аналогового элемента

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

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 U_ДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

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.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

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

1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:

• отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
• запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

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

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

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

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

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

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

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

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

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

Эффект Холла

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

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

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

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

Униполярные

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

Биполярные

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

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

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

А вот и видео работы

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

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков

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

Применение цифровых датчиков

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

Заключение

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

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

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

Описание и применение

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

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

Регистр Холла работает следующим образом:

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

Напряжение называется напряжением Холла.

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

Виды, устройство и принцип действия

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

Цифровые

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

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

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

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

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

Биполярные

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

Омниполярные

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

Аналоговые

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

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

Применение

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

Линейные

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

Датчик тока

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

Тахометр

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

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

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

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

Детектор ферромагнетиков

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

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

Датчик угла поворота

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

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

Бесконтактный потенциометр

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

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

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

Датчик расхода

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

Датчик положения

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

Цифровые

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

Датчики

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

Контроллер частоты вращения

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

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

Контроллер системы зажигания авто

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

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

Контроллер положения клапанов

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

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

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

Устройства синхронизации

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

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

Счетчик импульсов

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

Блокировка дверей

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

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

Измеритель расхода

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

Бесконтактное реле

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

Детектор приближения

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

Какие функции выполняет в смартфоне

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

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

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

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

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

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

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

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

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

Среди недостатков ДХ выделяют:

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

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

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

Датчик Холла — принцип работы

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

Содержание:

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

Датчик Холла, что это такое

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

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

Применение датчика в автомобиле

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

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

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

Преимущества автомобильного датчика Холла

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

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

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

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

Зажигание с датчиком Холла

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

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

Подключение и проверка датчика Холла

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

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

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

Читайте также:

Датчик Холла Схема Принципиальная — tokzamer.ru

Назначение датчика Холла Датчик Холла предназначен для определения момента искрообразования в бесконтактной системе зажигания БСЖ автомобиля. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения.

Стальной экран, имеющий несколько прорезанных ровных отверстий. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Такое явления называется ЭДС электродвижущей силой Холла. Сделаем его сами.
Датчик Холла.Что это и как работает.Простые токовые клещи своими руками.

Датчик Холла: на самом деле — всё просто Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой ЭДС Холла.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала. Это и есть генератор Холла.

Проводятся эксперименты по использованию датчика Холла в качестве чувствительного элемента магнитного компаса. Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС кВ ток высокого напряжения.

Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях.

Сигнал скорости управляет переключателем К2. Мы рекомендуем внимательно прочитать данную статью и добавить ее в закладки, потому как она позволит Вам сэкономить ни много ни мало, а американских долларов.

Как подключить датчик Холла Где найти для мотора

Принцип работы датчика Холла

Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.

Итак, как же работает датчик Холла? Так как при работе двигателя на датчик будет воздействовать высокая температура и пластмасса может вытечь, а это приведет к более серьёзной поломке.

Сопротивления R1, R2 задают выходной ток импульсного датчика. Таким образом, будет наблюдаться разница плотности электронов на противоположных концах пластины.

В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.

Разделить системы зажигания по принципу работы можно на три ступени системы : Контактная.

Радиодетали в схеме Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Если вернуть обогреватель в вертикальное положение, то обогреватель снова включится.

Есть и более простой способ: подвижные контакты и элементы просто намагничивают.
Простая проверка датчика Холла! A simple Hall sensor check!

Признаки неисправности датчика Холла

Оцените статью: Поделитесь с друзьями! Преобразователь может использоваться в системах автоматизации, транспортных системах и т.

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

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

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

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

Что такое датчик Холла и как он работает

На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки. При выполнении этой операции будьте внимательны!

Именно он заметил, что если в созданное каким-то образом магнитное поле поместить металлическую пластину пот электрическим напряжением, то такие действия вызовут появление импульсов и электроны в этой пластине примут траекторию отклонения перпендикулярно направления самого магнитного потока. Обычно ток через транзистор датчика не должен превышать 20 мА. ЗЫ, в продаже встречал приблуду, вставляется между датчиком и проводкой, и светодиодом показывает момент срабатывания. Похожие статьи: autodont.

Полученная величина будет зависеть от силы поля и его полярности. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём.
КАК РАБОТАЕТ ДАТЧИК ХОЛЛА [РадиолюбительTV 84]

Искать на сайте

Это и есть генератор Холла.

Все очень просто. Следующим этапом нам потребуется аккуратно отпаять ножки элемента от тестовой схемы и подключить его к стандартным контактам разъема.

Включаешь зажигание.

В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Вытяните штифт пассатижами. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются. Замена датчика: инструкция для автомобилистов Для установки нового датчика зажигания нужно правильно вынуть тот, который вышел из строя. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика.

Отсоедините крышку трамблера. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Подключите вольтметр к выходу датчика. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Еще раз проверяем работу тестером и на этом работа по ремонту датчика Холла можно считать завершенным. Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях. Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными.

Применение неодимовых магнитов самых сильных постоянных магнитов позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов: Прежде всего, трамблер снимается с машины. Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания , встречающиеся в автомобилях. Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный.
установка зажигания с датчиком холла на мотоцикле .БАШКИРИЯ СТЕРЛИТАМАК

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

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

Датчик Холла принцип работы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как проверить датчик Холла?

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

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

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

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

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

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

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

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

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

Определение, принцип работы, применение и примеры датчика Холла

Напряжение Холла 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 эффекта 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 и скорости. Для этих датчиков выходное напряжение прямо пропорционально величине магнитного поля.

Принцип действия напряжения Холла используется в качестве принципа работы датчика 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 двигаться от одной стороны плоскости к другой, 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.

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.

Датчики Холла применяются следующим образом:

• В сочетании с обнаружением порогового значения 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 встраиваются 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 в качестве датчика для определения уровня топлива в автомобилях.

Некоторыми примерами применения датчиков Холла являются трансформаторы тока, определение положения, аксессуары Galaxy S4, переключатель клавиатуры, компьютеры, датчик приближения, определение скорости, приложения измерения тока, тахометры, анти- замковые тормозные системы, магнитометры, двигатели постоянного тока, дисковые накопители и т. д.…

Датчики на эффекте Холла доступны в виде различных ИС.Многие из имеющихся на рынке датчиков на эффекте Холла содержат чувствительный 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 | Allegro MicroSystems

Датчики на эффекте Холла

Автор: Шон Милано, Allegro MicroSystems

Скачать PDF версию

Аннотация

Allegro MicroSystems — мировой лидер в разработке, производстве и маркетинге высокопроизводительных интегральных схем датчика Холла.В этой заметке дается общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro разрабатывает и реализует технологию Холла в корпусных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на токопроводящей пластине, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, как показано на нижнем рисунке. панель рисунка 1.

Фундаментальный физический принцип, лежащий в основе эффекта Холла, — это сила Лоренца, которая проиллюстрирована на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном приложенному магнитному полю B, он испытывает силу F , сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к току.

Рис. 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B обозначают магнитное поле, проходящее перпендикулярно проводящей пластине.

В ответ на эту силу электроны движутся по изогнутой траектории вдоль проводника, и на пластине возникает общий заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V _H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V _H пропорционально напряженности приложенного поля, и что полярность V _H определяется направлением, северным или южным, приложенное магнитное поле. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

• V _H — напряжение Холла на проводящей пластине,
• I — ток, проходящий через пластину,
• q — величина заряда носителей заряда,
• ρn — количество носителей заряда в единице объема, а
• т — толщина листа.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла применяется как к проводящим пластинам, так и к полупроводниковым пластинам.Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем с эффектом Холла для множества различных приложений.

Переключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включает выходной транзистор и подключает выход к GND, действуя как устройство активного низкого уровня.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается сокращенно B _OP .Когда поле убирается, выходной транзистор выключается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания, или B _RP . Разница между B _OP и B _RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга переключения из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются южным полюсом (B _OP ) и выключаются северным полюсом (B _RP ).Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «фиксируют» вывод в текущем состоянии, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для определения вращающихся магнитов для коммутации двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства имеют аналоговый выход и используются для определения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали газа. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое в отсутствие поля номинально составляет В _CC /2.При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V _CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент переключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных применений. Пожалуйста, обратитесь к руководствам по выбору продуктов Allegro: ИС магнитных датчиков линейного и углового положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Аллегро интегральные схемы с эффектом Холла (IC) используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания магнитно-активируемых переключателей и аналоговых выходных устройств.Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рисунке 2, может использоваться для определения наличия или отсутствия магнита и реагировать с помощью цифрового выхода.

Рисунок 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы — это электронные структуры с большим количеством элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемые как единое целое. Элементы схемы включают в себя активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Эти компоненты соединены между собой металлом, обычно алюминием, и образуют более сложные операционные усилители и компараторы устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются на всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратной рамки с буквой «X». Его выходной сигнал усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит ИС Холла с двумя элементами Холла для измерения дифференциальных магнитных полей и даже тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей.Какой бы сложной ни была топология датчика, все компоненты изготавливаются на тонкой подложке из полупроводникового материала и на ее поверхности.

Конструкция ИС Холла

Устройства Allegro изготавливаются на кремниевых подложках путем легирования непосредственно в кремний различными материалами для создания областей носителей n-типа (электроны) или p-типа (электронные дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрические формы, которые составляют активный и пассивный компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены друг с другом путем нанесения металла на геометрические формы.Таким образом, активный и пассивный компоненты электрически соединяются вместе. Поскольку требуемые геометрические размеры очень малы, в диапазоне микрон, а иногда и меньше, плотность схемы чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы.На рисунке 3 показано, как элемент Холла интегрируется в Allegro IC. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рисунок 3. Поперечное сечение одиночного элемента Холла; эпи-резистор N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток направляется из одного угла пластины в противоположный угол, напряжение Холла будет развиваться через два других угла пластины в присутствии перпендикулярного магнитного поля.Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы образуют активные компоненты, такие как транзисторные структуры NPN или NMOS. На рисунке 4 показаны поперечные сечения как NPN-, так и PMOS-транзисторов.

Рис. 4. Поперечные сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n NPN (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются в подложке, пока она все еще имеет форму большой пластины. Цепи повторяются в виде ряда строк и столбцов, которые можно распилить на отдельные кристаллы или «чипы», как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Кремниевая пластина, пропиленная в матрицу после нанесения рисунка микросхемы

Единственное устройство на ИС с датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть. в виде красного квадрата в середине микросхемы, а также схемы усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рис. 6. Микросхема Single Hall IC

Упаковка для устройств Холла

После распиливания рядов и столбцов кремниевых пластин в отдельные кристаллы, кристаллы упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый корпус, один из многих возможных стилей, показан на рис. 7. Кристалл виден внутри корпуса, установленный на медной матрице. Контакт с медными выводами осуществляется посредством соединения золотой проволокой металлических контактных площадок на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса.Затем упаковку инкапсулируют или формуют поверх пластика, чтобы защитить матрицу от повреждений.

Рис. 7. Типичный полный комплект устройства Холла, показывающий смонтированную матрицу и проводные соединения с выводами.

Корпус на рис. 7 представляет собой простой переключатель, показанный на рис. 2, с VCC, GND и выходными выводами в миниатюрном 3-контактном одинарном корпусе (SIP). Другие пакеты показаны на рисунке 8 и включают в себя масштабируемый пакет микросхемы на уровне пластины (CSP), SOT23W, MLP, 3-контактный UA-корпус SIP и 4-контактный K-корпус SIP.

Рис. 8. Типичные полные комплекты устройств Холла: (A) MLP для поверхностного монтажа и (B) SOT23W, (C) корпус для масштабирования кристалла на уровне пластины (CSP) и монтаж в сквозное отверстие (D) K типа SIP, и (E) UA типа SIP.

AN296065

Принцип Холла #Melexis

Принцип эффекта Холла назван в честь физика Эдвина Холла. В 1879 году он обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к ​​пути тока. Распространенная аналогия, популярная во время открытия Холла, заключалась в том, что электрический ток в проводе течет по трубопроводу. Согласно теории Холла, сила магнитного поля приравнивается к току, что приводит к скоплению на одной стороне «трубы» или провода.Теория электромагнитного поля позволила более тонко интерпретировать физику, ответственную за эффект Холла.

Хорошо известно, что эффект Холла возникает в результате взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля. Превосходное, подробное, но хорошо читаемое объяснение можно найти в книге Эда Рамсдена «Датчики эффекта Холла; теория и приложения». А также в Википедии.

Первоначально это открытие использовалось для классификации химических образцов.Разработка полупроводниковых соединений арсенида индия в 1950-х годах привела к появлению первых полезных магнитных инструментов на эффекте Холла. Датчики на эффекте Холла позволяют измерять постоянное или статическое магнитное поле, не требуя движения датчика. В 1960-х годах популяризация кремниевых полупроводников привела к появлению первых комбинаций элементов Холла и интегральных усилителей. Это привело к созданию теперь уже классического переключателя Холла с цифровым выходом.

Продолжающаяся эволюция технологии датчиков Холла привела к переходу от одноэлементных устройств к двойным ортогонально расположенным элементам.Это было сделано, чтобы минимизировать смещения на зажимах напряжения Холла.

Следующим шагом вперед стал квадратичный или четырехэлементный преобразователь. В них использовались четыре элемента, ортогонально расположенных в виде моста. Все кремниевые сенсоры той эпохи были построены на основе процессов биполярного перехода в полупроводниках.

Переход на КМОП-процессы позволил реализовать стабилизацию прерывателя в усилительной части схемы. Это помогло уменьшить ошибки за счет уменьшения ошибок смещения входного сигнала на операционном усилителе.Все ошибки в цепи стабилизации без прерывателя приводят к ошибкам порога точки переключения для датчиков цифрового типа или ошибкам смещения и усиления в датчиках с линейным выходом.

Текущее поколение КМОП-датчиков Холла также включает схему, которая активно переключает направление тока через элементы Холла. Эта схема исключает ошибки смещения, характерные для полупроводниковых элементов Холла. Он также активно компенсирует ошибки смещения, вызванные температурой и деформацией. Общий эффект переключения активной пластины и стабилизации прерывателя дает датчики на эффекте Холла с улучшением дрейфа точек переключения или ошибок усиления и смещения на порядок.

Melexis использует исключительно процесс CMOS для достижения наилучшей производительности и наименьшего размера кристалла. Текущие разработки в технологии датчиков на эффекте Холла можно объяснить, главным образом, интеграцией сложных схем формирования сигнала в ИС Холла.

Melexis представила первую в мире программируемую линейную ИС Холла. Он обеспечивает программируемые функциональные характеристики, такие как усиление, смещение, температурный коэффициент усиления (для компенсации тепловых зависимостей различных магнитных материалов). В новейшие микросхемы Холла встроены ядра микроконтроллеров, чтобы сделать датчик еще более «умным» с программируемыми алгоритмами ПЗУ для сложной обработки сигналов в реальном времени.

Пример того, как Melexis использует эффект Холла

Продукция Melexis с эффектом Холла

Как использовать датчик Холла с Arduino?

В этом проекте мы узнаем о датчике эффекта Холла, о том, как работает ИС на эффекте Холла, блок-схеме типичной ИС с эффектом Холла и о том, как связать датчик эффекта Холла с Arduino. Кроме того, я покажу вам, как управлять реле с помощью датчика Холла и Arduino.

Введение

Если вы помните учебник Arduino WaterFlow Sensor Tutorial , который мы реализовали ранее, основным компонентом датчика расхода воды является ИС на эффекте Холла.

Датчик эффекта Холла работает по принципу эффекта Холла. Проще говоря, датчик Холла или ИС определяет движение, положение или изменение напряженности магнитного поля постоянного магнита, электромагнита или любого ферромагнитного материала.

ИС на эффекте Холла — это бесконтактные переключатели с магнитным управлением. Они используются в широком спектре приложений, таких как автомобили, компьютеры, системы управления, системы безопасности и т. Д.

Итак, в этом проекте я расскажу об IC A11004 на эффекте Холла, о том, как работает этот датчик на эффекте Холла, и, наконец, как связать датчик на эффекте Холла с Arduino.

Краткое описание датчика Холла

Как упоминалось ранее, датчик на эффекте Холла — это магнитный переключатель с бесконтактным триггером. ИС на эффекте Холла, на которой я сосредоточусь в этом проекте, — это A1104 от Allegro Micro Systems. Он доступен в 3-контактном корпусе SIP, а также в корпусе SOT23.

На изображении выше показана ИС на эффекте Холла A1104, использованная в этом проекте. Он основан на технологии BiCMOS, которая сочетает в себе преимущества как биполярных, так и CMOS-технологий.

Блок-схема датчика Холла

Основными компонентами ИС на эффекте Холла A1104 являются: регулятор напряжения, устройство Холла, усилитель слабых сигналов, триггер Шмитта и выходной NMOS-транзистор. На следующем изображении показана блок-схема этой ИС на эффекте Холла.

Контакты датчика Холла A1104

Перед тем, как увидеть работу ИС на эффекте Холла, позвольте мне сделать обзор выводов ИС на эффекте Холла A1104. На ИС на эффекте Холла A1104 есть три контакта: VCC, GND и OUT.

• VCC (1): Источник питания для IC. От 3,8 до 24 В.
• GND (2): Земля.
• OUT (3): Выход IC.

На следующем изображении показаны контакты ИС на эффекте Холла A1104.

Работа датчика Холла

Элемент Холла или устройство Холла (иногда называемое активной областью) представляет собой небольшой полупроводниковый лист. Это представлено как следующее изображение.

Когда на VCC подается постоянное напряжение, через полупроводниковый лист протекает небольшой, но постоянный ток.Когда магнитное поле отсутствует, напряжение V _HALL , которое измеряется по ширине элемента Холла (полупроводникового листа), будет примерно равно 0 В.

Если на элемент Холла действует такое магнитное поле, что магнитный поток магнитного поля перпендикулярен току, протекающему через лист, выходное напряжение V _HALL прямо пропорционально силе магнитного поля.

Типы холловых приборов

В зависимости от ориентации и характеристик активной области (элемента Холла) датчики Холла можно разделить на три типа.

• Устройство плоского холла
• Устройство Вертикального Холла
• Устройство 3D Hall

В Planar Hall Devices силовые линии магнитного поля должны проходить перпендикулярно через активную область для оптимальной работы переключателя. Здесь активная область параллельна фирменной стороне ИС, то есть лицу, отмеченному номером детали производителя.

Что касается устройства Вертикального Холла, его чувствительные области могут быть на верхнем, правом или левом краях.Наконец, 3D-устройство Холла может обнаруживать магнитное поле при приближении к магниту с любого направления.

ПРИМЕЧАНИЕ: При работе датчика Холла важно помнить, что одинаково важны как сила магнитного поля, так и полярность (северная или южная). Датчик эффекта Холла переключится, только если он подвергнется достаточной плотности магнитного потока, а также правильной полярности.

Датчик на эффекте Холла может быть чувствительным либо к Северному, либо к Южному полюсу, но не к обоим сразу.

Сопряжение датчика Холла с Arduino

Теперь, когда мы немного познакомились с датчиком эффекта Холла, позвольте мне провести вас по этапам взаимодействия датчика Холла с Arduino.

Как обычно, я реализую две схемы: одна — это базовое руководство по подключению датчика Холла к Arduino, а вторая — прикладная схема, в которой я буду управлять реле с помощью датчика Холла и Arduino.

Необходимые компоненты

Компоненты, необходимые для обеих этих цепей, упомянуты ниже.

• Arduino UNO [Купить]
• A1104 Эффект Холла IC
• Резистор 10 кОм
• светодиод
• Резистор 1 кОм
• Релейный модуль 5 В
• Мини-макет
• Соединительные провода

Руководство по подключению датчика Холла к Arduino

На следующем рисунке показаны необходимые соединения между Arduino UNO и микросхемой на эффекте Холла A1104.

Код

рабочий

Если вы обратили внимание на принципиальную схему, то соединения довольно просты.Контакты VCC и GND IC на эффекте Холла, то есть контакты 1 и 2 на лицевой стороне, подключены к + 5V и GND Arduino.

Вывод OUT микросхемы на эффекте Холла подтянут к ВЫСОКОМУ уровню с помощью резистора 10 кОм.

Всякий раз, когда магнитное поле находится рядом с ИС на эффекте Холла, выходной сигнал ИС с эффектом Холла становится НИЗКИМ. Это изменение обнаруживается Arduino и, соответственно, активирует светодиод.

Управление реле с помощью Arduino и датчика Холла

Принципиальная схема управления модулем реле 5 В с датчиком Холла и Arduino показана ниже.

Код

рабочий

Работа этой схемы очень проста. Каждый раз, когда датчик эффекта Холла подвергается воздействию магнитного поля, он переключает реле (в соответствии с кодом).

Применение датчика Холла

используется в широком спектре приложений, таких как

• Автомобильные системы зажигания
• Тахометры
• Датчики тока
• Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока
• Системы контроля скорости
• Принтеры
• Клавиатуры
• Переключатели (клавишные и кнопочные)
• Системы безопасности
• Датчики положения

индуктивных датчиков и датчиков частоты вращения на эффекте Холла

Индуктивные датчики частоты вращения и датчики на эффекте Холла в современных транспортных средствах в основном используются для измерения частоты вращения и определения положения коленчатого или распределительного вала в системах управления двигателем, а также для измерения скорости (об / мин) двигателя. колеса в системах ABS, ESP и т.д.

Датчики частоты вращения обычно бывают холловского или индуктивного типа. Работа этих датчиков во всех случаях принципиально схожа, хотя конструкция может варьироваться в зависимости от типа датчика, его предполагаемого использования или приложения производителя.

Индуктивный датчик, также известный как датчик магнитного датчика, во время работы в результате индуктивного эффекта в катушке датчика создает колебательное напряжение, то есть один вид сигнала синусоидальной формы (~ напряжение переменного тока).

Когда спусковое колесо с зубьями проходит на достаточно близком расстоянии (G) от полюсного штифта датчика, магнитное поле, окружающее катушку, изменяется.В результате изменения магнитного поля в катушке индуцируется напряжение, которое пропорционально силе и скорости изменения магнитного поля. Одно полное колебание создается для каждого зуба, проходящего рядом со стержнем полюса датчика. На рис.1 показаны основные составные части и форма генерируемого сигнала индуктивного датчика.

Рисунок 1. Индуктивный датчик:
1. Корпус датчика, 2. Провода выходного сигнала, 3. Коаксиальная защита с покрытием
4.Постоянный магнит, 5. Индуктивная катушка, 6. Штифт полюса,
7. Пусковое колесо, G. Воздушный зазор

В зависимости от приложения производителя и типа датчика электрическое сопротивление катушки обычно находится в диапазоне от 500 Ом до 1 500 Ом. В некоторых крайних случаях самое низкое значение может составлять около 200 Ом, а в некоторых случаях максимальное значение может достигать 2500 Ом.

Сигнал напряжения, создаваемый датчиком, зависит от скорости спускового колеса и количества витков в катушке, поэтому выходное напряжение можно ожидать от 1 В до 2 В, например, во время запуска двигателя, но в случаях с более высокими оборотами в минуту, можно ожидать большего.Сигнал выходного напряжения, создаваемый датчиком, является слабым, то есть низким уровнем энергии, поэтому он может легко ухудшаться другими внешними более сильными сигналами, такими как, например, система зажигания. По этой причине, чтобы исключить внешние воздействия, сигнальные провода от датчика к блоку управления обычно экранированы с помощью типа защиты с коаксиальными проводами с покрытием.

В отличие от индуктивных датчиков, выходной сигнал датчика Холла не зависит от скорости изменения магнитного поля.Создаваемое выходное напряжение обычно находится в диапазоне милливольт (мВ) и дополнительно усиливается встроенной электроникой, установленной внутри корпуса датчика.

На рис. 2 показана типичная конструкция датчика Холла . Конечный сигнал выходного напряжения обычно имеет цифровую форму импульсов (квадратная форма). Выходной сигнал датчика может быть как положительным, так и отрицательным с пиковым напряжением, обычно до 5 В или 12 В, в зависимости от типа встроенной электроники и требований используемой системы.Амплитуда выходного сигнала остается постоянной, только частота увеличивается пропорционально оборотам. В отличие от индуктивных датчиков, которые сами по себе генерируют сигнал напряжения, датчики на эффекте Холла должны дополнительно получать внешнее напряжение, необходимое для встроенной электроники. Обычное напряжение питания (+ Vcc) составляет в основном 5 В, но в некоторых случаях может составлять 12 В.

Рисунок 2. Датчик на эффекте Холла:
1. Корпус датчика, 2. Выходные провода (+ Vcc, −Vcc и сигнал)
3. Встроенная электроника, 4.Постоянный магнит
5. Устройство на эффекте Холла, 6. Спусковое колесо, G. Воздушный зазор

Индуктивный датчик, процедуры диагностики и тестирования

• Отключите датчик и убедитесь, что электрическое сопротивление индуктивной катушки составляет примерно от 500 Ом до 1 500 Ом. Если значение показания резко отличается, включая ноль или бесконечность, замените датчик.
ПРИМЕЧАНИЕ: В некоторых крайних случаях самое низкое сопротивление может составлять около 200 Ом, а в некоторых случаях максимальное сопротивление может достигать 2.500 Ом.
• Проверьте размер воздушного зазора (G) между датчиком и спусковым колесом, значение должно быть: G ≈ 0,8–1,5 мм (0,03–0,06 дюйма).
• Проверьте чистоту штифта датчика (иногда может иметься металлическая стружка).
• Проверьте целостность и состояние проводов, разъемов, клемм и состояние экрана.
• Отсоедините датчик и проверьте наличие выходного переменного напряжения при проворачивании двигателя (для датчиков оборотов двигателя) или при вращении колеса (для датчиков колеса ABS).Сигнал выходного напряжения может находиться в диапазоне от 1 В до 2 В (~ напряжение переменного тока), например, во время запуска двигателя, но в случаях более высоких оборотов можно ожидать большего. Также эту операцию можно выполнить и при подключенном разъеме датчика.

Процедуры диагностики и тестирования датчика Холла

• Проверьте подачу питания на датчик. Обычное напряжение питания составляет 5 В (в некоторых случаях может быть 12 В).
• Проверьте размер воздушного зазора (G) между датчиком и спусковым колесом, значение должно быть: G ≈ 0.8 — 1,5 мм (0,03 — 0,06 дюйма).
• Проверьте целостность и состояние проводов, разъемов и клемм.
• Проверьте чистоту штифта датчика (иногда может иметься металлическая стружка).
• Проверьте наличие выходного сигнала при запуске двигателя (для датчиков оборотов двигателя) или при вращении колеса (для датчиков колес с АБС).
ПРИМЕЧАНИЕ. В отличие от индуктивных датчиков, в датчиках Холла разъем должен быть вставлен, поскольку необходим источник питания для встроенных электронных компонентов, которые находятся внутри датчика.

Для тестирования могут использоваться: тестовая светодиодная лампа, электрический мультиметр или осциллограф. При использовании контрольной светодиодной лампы во время запуска двигателя светодиод должен быстро мигать в соответствии с оборотами двигателя, но в случаях, когда частота вращения выше, за миганием трудно следить. Тогда лучше использовать мультиметр или осциллограф для проверки частоты и напряжения сигнала.

Важный совет: При проверке сигнала датчика никогда не используйте контрольную лампу с вольфрамовой нитью, это может вызвать перегрузку по току и повредить датчик.Рекомендуется всегда использовать некоторые из более чувствительных инструментов, например, контрольную лампу со светодиодной подсветкой или электрический мультиметр.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Если вам понравилось это читать, дайте мне знать, нажмите кнопку «Нравится» или оставьте свой комментарий ниже.

Вам также могут быть интересны мои недавние сообщения:
• Разъяснение разъема OBD-II и кодов неисправностей
• Объяснение системы автомобильной шины CAN
• Система зажигания с индуктивным датчиком
• Система зажигания с датчиком на эффекте Холла
• Давление масла в двигателе Описание переключателя
• Принципы работы и диагностика топливной форсунки
• Основы и тестирование автомобильных реле
• Основы и тестирование моторной тормозной жидкости
• 6 советов по подготовке вашего автомобиля к летнему вождению
• Что означают сигнальные огни на приборной панели?
• Маркировка шин легковых автомобилей и их значение

Разработано и опубликовано Кириллом Мучевски.
Инженер-автомобилестроитель с более чем 15-летним опытом работы в следующих областях:
• Диагностика, техническое обслуживание и ремонт автомобилей
• Техническая помощь на дороге, обучение диагностике и устранению неисправностей автомобилей
• Сборка гоночных двигателей, модификация двигателей, разработка и Тестирование
• Исследования в области двигателей внутреннего сгорания, пропульсивного топлива, моторных масел и добавок
• Продажа шин и легкосплавных дисков, решение проблем с гарантией
• Написание и публикация технических книг, руководств и статей по автомобилестроению

Если вы хотите прочитать мои будущие сообщения, нажмите « Follow » или, что еще лучше, отправьте мне приглашение LinkedIn.Я рад расширить свою сеть LinkedIn новыми контактами.

для бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянным магнитом

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

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

Условные обозначения:

• edeg: электрические степени
• эрот: электрическое вращение. 1 эрот = 360 эдэг
  
• mdeg: механические градусы
• мрот: механическое вращение. 1 мрот = 360 мкг
• пп: количество полюсов магнита пар. 1 pp = 2 магнита (1 север, 1 юг)
• с: количество пазов (в статоре)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

_______________________________________________

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

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

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

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

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

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

__________________________________________________

Время для некоторых ПРИМЕРОВ!

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

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

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

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

Время для дополнительных вычислений:

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

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

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

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

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

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

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

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

Первое действующее кратное i — 7.Оказывается, что единственный способ разместить датчики в пазах статора при использовании контроллера двигателя, который ожидает расстояние между датчиками 120 edeg, — это разместить датчики 120 на mdeg друг от друга (равномерно распределенные вокруг двигателя).

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

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

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

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

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

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

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

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

________________________________________________

Датчик Холла — Hall-effect sensor

Приборы для измерения напряженности магнитного поля с помощью эффекта Холла

Датчик Холла (или просто датчик Холла ) представляет собой устройство для измерения величины магнитного поля. Его выходное напряжение прямо пропорционально напряженности магнитного поля через него.

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

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

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

Зонд холла

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

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

Зонд Холла должен быть откалиброван по известному значению напряженности магнитного поля. В случае соленоида зонд Холла расположен в центре.

Принцип работы

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

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

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

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

Материалы

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

Обработка сигналов и интерфейс

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

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

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

Датчики на эффекте Холла с линейными преобразователями обычно интегрируются с цифровой электроникой. Это позволяет выполнять расширенные корректировки характеристик датчика (например, поправки на температурный коэффициент) и цифровой интерфейс для микропроцессорных систем. В некоторых решениях датчиков Холла на интегральных схемах используется DSP , который обеспечивает больший выбор методов обработки.

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

Преимущества

Датчик Холла может работать как электронный переключатель.

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

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

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

Недостатки

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

Приложения

Определение положения

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

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

Трансформаторы постоянного тока (DC)

Датчики на эффекте Холла могут быть использованы для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока . В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазор в магнитопроводе вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике.

Индикатор уровня топлива в автомобиле

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

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

Переключатель клавиатуры

Переключатели с эффектом Холла для компьютерных клавиатур были разработаны в конце 1960-х годов Эвереттом А. Вортманном и Джозефом Т. Мопином в компании Honeywell . Из-за высоких производственных затрат эти клавиатуры часто использовались для высоконадежных приложений, таких как аэрокосмическая и военная промышленность. Поскольку затраты на массовое производство снизились, стало доступно все большее количество потребительских моделей. В механических клавиатурах от Acepad Technology используются переключатели с эффектом Холла; Keystone Input Club и переключатель Wooting Lekker находятся в процессе.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Принцип Холла #Melexis

Принцип эффекта Холла назван в честь физика Эдвина Холла. В 1879 году он обнаружил, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение можно измерять под прямым углом к ​​пути тока. Распространенная аналогия, популярная во время открытия Холла, заключалась в том, что электрический ток в проводе течет по трубопроводу. Согласно теории Холла, сила магнитного поля приравнивается к току, что приводит к скоплению на одной стороне «трубы» или провода.Теория электромагнитного поля позволила более тонко интерпретировать физику, ответственную за эффект Холла.

Хорошо известно, что эффект Холла возникает в результате взаимодействия заряженных частиц, таких как электроны, в ответ на электрические и магнитные поля. Превосходное, подробное, но хорошо читаемое объяснение можно найти в книге Эда Рамсдена «Датчики эффекта Холла; теория и приложения». А также в Википедии.

Первоначально это открытие использовалось для классификации химических образцов.Разработка полупроводниковых соединений арсенида индия в 1950-х годах привела к появлению первых полезных магнитных инструментов на эффекте Холла. Датчики на эффекте Холла позволяют измерять постоянное или статическое магнитное поле, не требуя движения датчика. В 1960-х годах популяризация кремниевых полупроводников привела к появлению первых комбинаций элементов Холла и интегральных усилителей. Это привело к созданию теперь уже классического переключателя Холла с цифровым выходом.

Продолжающаяся эволюция технологии датчиков Холла привела к переходу от одноэлементных устройств к двойным ортогонально расположенным элементам.Это было сделано, чтобы минимизировать смещения на зажимах напряжения Холла.

Следующим шагом вперед стал квадратичный или четырехэлементный преобразователь. В них использовались четыре элемента, ортогонально расположенных в виде моста. Все кремниевые сенсоры того времени были построены на основе процессов биполярного перехода в полупроводниках.

Переход на КМОП-процессы позволил реализовать стабилизацию прерывателя в усилительной части схемы. Это помогло уменьшить ошибки за счет уменьшения ошибок смещения входного сигнала на операционном усилителе.Все ошибки в цепи стабилизации без прерывателя приводят к ошибкам порога точки переключения для датчиков цифрового типа или ошибкам смещения и усиления в датчиках с линейным выходом.

Текущее поколение КМОП-датчиков Холла также включает схему, которая активно переключает направление тока через элементы Холла. Эта схема устраняет ошибки смещения, характерные для полупроводниковых элементов Холла. Он также активно компенсирует ошибки смещения, вызванные температурой и деформацией. Общий эффект переключения активной пластины и стабилизации прерывателя дает датчики на эффекте Холла с улучшением дрейфа точек переключения или ошибок усиления и смещения на порядок.

Melexis использует исключительно процесс CMOS для достижения наилучшей производительности и наименьшего размера кристалла. Текущие разработки в технологии датчиков на эффекте Холла можно объяснить, главным образом, интеграцией сложных схем формирования сигнала в ИС Холла.

Melexis представила первую в мире программируемую линейную ИС Холла. Он обеспечивает программируемые функциональные характеристики, такие как усиление, смещение, температурный коэффициент усиления (для компенсации тепловых зависимостей различных магнитных материалов).В новейшие микросхемы Холла встроены ядра микроконтроллеров, чтобы сделать датчик еще более «умным» с программируемыми алгоритмами ПЗУ для сложной обработки сигналов в реальном времени.

Пример того, как Melexis использует эффект Холла

Продукция Melexis с эффектом Холла

— работа, типы, применение, преимущества и недостатки

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

Введение в датчик эффекта 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 результата.

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

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

Рис.1 — Датчики на эффекте Холла

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

Принцип работы датчика Холла

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, текущий через пластину

Как работает датчик на эффекте Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

• Когда через датчик протекает электрический ток, электроны движутся через него по прямой линии.
• Когда внешнее магнитное поле воздействует на датчик, сила Лоренца отклоняет носители заряда по искривленной траектории.
• Из-за этого отрицательные заряженные электроны будут отклоняться к одной стороне сенсора, а положительные зарядные отверстия — к другой.

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

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

Типы датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла можно разделить на два типа:

• На основе вывода
• На основе операции

На основе выпуска

По мощности датчики Холла можно разделить на два типа: —

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

// 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, INPUT); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный .begin (9600);
}

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

 

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, INPUT); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный .begin (9600);
}

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