Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Датчик Холла — Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла


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

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

Эффект Холла

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

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

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

где

Supply Voltage — напряжение питания датчика

Ground — земля

Voltage Regulator — регулятор напряжения

А — операционный усилитель

Hall Sensor — собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch — выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

Униполярные

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

Биполярные

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

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

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

биполярный.

Кстати, читайте про биполярный транзистор.

А вот и видео работы

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

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков


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

Применение цифровых датчиков


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

Заключение

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

Приобрести датчик эффектов Холла тут.

Датчик холла принцип работы: устройство и схема

Как работает датчик холла

В первую очередь датчик холла или ДХ является магнитоэлектрическим устройством, действие которого фундировано на физическом явлении. Последнее было открыто великим западным ученым еще в далеком 1879 году.

Общий принцип

Гениальность открытия заключалось в электромагнитном поле. Поставив в него металлический полупроводник, он заметил, что на противоположных торцах пластины возникает напряжение тока, способное достигать нескольких сот милливольт.

Как утверждают эксперты, ДХ устройства имеют фрикативную схему или принцип. Что это значит?

Чертеж шторки ДХ

Полупроводниковый материал расположен на одной из сторон отверстия, а постоянный магнит – с другой. При прохождении импульса тока в магнитном поле, на пластину воздействует сила.

Щель или зазор между пластиной и магнитом – это экран, задача которого замыкать силовые линии. Когда экран или шторка убирается, снимается и воздействие. Когда шторка в зазоре устройства – возникает сила, линии замыкаются.

Внимание. Экран – ничто иное, как лопасть ротора. При прохождении шторки через щель на выходе появляется напряжение.

Благодаря эффекту ДХ прибор удается применять в виде контроллера в устройствах без механических контактов. В автомобильной промышленности – это современная бесконтактная система зажигания (БСЗ). Именно ДХ в данном случае увеличивает ресурс функционирования этой системы.

Расшифровка или принцип современной БСЗ выглядит так:

  1. Катушка зажигания соединена через замок с АКБ и коммутатором. От нее же идет сигнал тока на свечи зажигания (на старых системах через распределитель).
  2. Коммутатор соединен с ДХ через разъем и тахометром.

Вообще, ДХ в зажигании эффективно управляет ходом искрообразования за счет того, что интегрирован около распределительного вала, где соответственно стоит магнитопроводящая пластина. Она наделена таким же количеством вертящихся элементов, сколько у ДВС цилиндров.

Принцип работы регулятора холла

При вращении роторного интерцептора возле ДХ с полученным напряжением, образуется «холловый» импульс. Подаваясь на коммутатор с ДХ, он снимается и идет в свою очередь на катушку зажигания, где и преобразуется в высоковольтное напряжение.

Разновидности ДХ

Известны на сегодня два основных вида ДХ устройств: датчики с цифровым действием и датчики с обычным.

ДХ обычного типа являются контроллерами, изменяющими индукцию магнитного поля. Значение, которое показывает этот ДХ, зависит полностью от двухполюсности и воздействия магнитоактивного поля.

Разновидности датчика холла

Напротив, цифровой ДХ не подразумевает магнитного поля. Принцип его функционирования основан на чередовании полюса и минуса импульсного напряжения. Несмотря на современный вид, цифровой ДХ имеет большой недостаток – низкую чувствительность.

Сегодня ДХ устройства нашли широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Авиация, электрика, машиностроение – это только начало. Причинами такой популярности ДХ называют высокие показатели надежности и точность показаний, который способен выдавать этот контроллер. И безусловно, низкая его стоимость.

В автомобильной промышленности использование ДХ оправдано тем, что такие датчики невероятно устойчивы к резким изменениям температур и вибраций мотора.

Внимание. ДХ применяется в современных автомашинах для контроля за положением и перемещением компонентов различных систем. Например, в системе зажигания – за контролем вращения распредвала и своевременной подачи импульса в коммутатор.

ДХ применяется в автомобиле также и как скоростной регулятор или как навигатор движения. В этом случае ценным становится его умение определяться по полюсам.

Вообще, так называемое «холловское» напряжение давно и успешно эксплуатируется в автомобилестроении и в механизмах с сервоприводами. Это идеальный прибор для определения углов и положений валов, а на автомобилях старой конструкции – для определения момента искрообразования.

Датчик холла систем зажигания автомобиля

Суть функционирования ДХ сводится к тому, что при подаче напряжения на две клеммы полупроводника, на двух противоположных возникает импульс, который расценивается получателем, как толчок к дальнейшим действиям.

Ученые всего мира совершенствуют ДХ. Уже сегодня удается расширить область применения этого прибора, ведь создаются различные классы датчиков холла.

Преимущества ДХ

Абсолютная работоспособность при малых размерах – это называют преимуществом ДХ. И действительно, устройство крохотного размера невероятно компактно, и его удается поместить в любом месте ДВС или другого автомобильного механизма.

Датчик холла моделирование

Помимо этого, ДХ стабилен в функционировании, не изменяет точность показаний при любых вращениях распредвала. Он корректно реагирует на любые изменения – таков его принцип. И стабильность ДХ проявляется не только в работе, но и в стабильности характеристик сигнала.

Безусловно, ДХ имеет и свои недостатки, на первое место среди которых выходит его чувствительность. Однако имеются и другие. Рассмотрим их подробнее.

  • Помехи считаются главным врагом любого электромагнитного прибора. Не исключение и этот случай, ведь помех в автоэлектрической цепи более, чем достаточно.
  • Стоимость хоть и низка, но по сравнению с ценой обычного магнитоэлектрического регулятора, выше.
  • Нормальная функциональность ДХ зависит от электросхем, а последние часто могут иметь шаткие референции, что отрицательно скажется на корректность показаний.

Интеграция и проверка

ДХ наделен всего 3-я выводами, один из которых нулевой (минусовой). Первый и второй выводы соответственно связаны с питанием и импульсом. Другими словами, один из выводов служит для питания, а через другой – идет сигнал на коммутатор.

Проверка работы ДХ не столь сложна, как может показаться на первый взгляд. Если заметен затрудненный пуск двигателя или нестабильность его работы, сомнения мгновенно падают на датчик холла.

Проверка и замена датчика холла

Диагностика ДХ не требует применения каких-либо сложных осциллографов, хотя по теории так и должно быть. В данном случае достаточно будет замкнуть 3-й и 6-й выводы колодки трамблера. Если при этом возникнет искра, то датчик изжил себя и требуется его обновление.

Замена тоже не вызовет особых сложностей, с этим делом можно справиться всего за 10 минут. Однако лучше тщательнее проверить установленный датчик, так как причиной некорректной работы зажигания может выступить другой элемент.

Если никаких сомнений в поломке ДХ не остается, надо будет разобрать трамблер. ДХ расположен внизу распределителя, и чтобы его снять, придется разобрать немало механизмов и мелких элементов.

Научитесь следить за простыми компонентами своего авто. Это поможет избежать неприятных сюрпризов на дороге. Будьте внимательны!

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 | 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. Для создания эффекта Холла понадобятся тонкая пластинка-полупроводник, источник электрического тока, постоянный магнит, провода. Ток пропускается между двумя сторонами пластинки, параллельными друг другу. К двум другим сторонам крепятся провода. Одновременно с этим к полупроводнику подносится постоянный магнит. Это и есть генератор Холла.

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.

Датчик холла назначение и принцип работы

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

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

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

Что такое датчик Холла

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

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

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

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

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

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

С чего все начиналось

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

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

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

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

Датчик Холла – принцип работы и назначение

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

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

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


Блок: 6/8 | Кол-во символов: 1367
Источник: http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/

Линейные датчики Холла

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

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

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

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

Как работает датчик Холла

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

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

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

Простейший датчик состоит из:

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

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

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

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

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

Пример использования аналогового элемента

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

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

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

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

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

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

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

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

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

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

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

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

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • на основании вывода;
  • на основании операции.

На основе результатов

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

  • аналоговый;
  • цифровой.
Датчики Холла с аналоговым выходом

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

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

Датчики Холла с цифровым выходом

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

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

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

На основе операции

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

  • биполярный;
  • униполярный.
Биполярный датчик Холла

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

Униполярный датчик Холла

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

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

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

А вот и видео работы

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

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

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

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

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

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

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

Применение датчиков Холла

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

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

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

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

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

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

Заключение

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

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

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

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

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

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

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

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

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

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

Как работает датчик Холла Видео

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

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

устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

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

История создания прибора

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

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

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

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

Конструктивные особенности

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

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

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

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

Принцип действия

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

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

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

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

Виды устройств

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

  • цифровые;
  • аналоговые.

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

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

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

Применение датчика

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

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

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

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

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

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

Использование сенсоров в смартфонах

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

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

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

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

принцип работы, применение, проверка мультиметром

Датчики, иное название сенсоры, служат для регистрирования изменения различных физических величин и передачи полученной информации обрабатывающим устройствам. Если к проводнику подвести постоянный заряд и поместить его в магнитное поле, то возникнет разность потенциалов. Этот эффект был обнаружен в 1897 году учёным Эдвином Холлом. Основываясь, на этом эффекте был создан датчик, названный в честь изобретателя датчиком Холла.

Принцип работы прибора

Это устройство, регистрирующее напряжённость магнитного потока. Фактически это сенсор наличия магнитного поля. Датчики выпускаются как цифрового, так и аналогового типа. Первый тип основан на измерении индукции поля и формирования соответствующего напряжения, а второй тип реагирует на изменение полярности магнитного потока.

Принцип действия датчика Холла построен на гальваномагнитном явлении. Это явление представляет собой результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником, который подключён к электрической энергии, и при этом изменяются его электрические свойства. Эффект Холла проявляется, если в полупроводнике, расположенном в магнитном потоке, при протекании по нему тока образуется поперечное напряжение. При этом направление заряда перпендикулярно вектору направления поля. Возникающее явление объясняется тем, что на подвижные электроны или дырки в магнитном потоке воздействует сила Лоренца, приводящая к их отклонению.

В простом примере эффект Холла представляется в следующем виде. В полупроводнике под влиянием силы Лоренца носители заряда перемещаются в разные стороны, соответствующие своему знаку. На одной стороне полупроводника скапливаются электроны, отрицательный заряд, а на другой откуда переместились электроны — положительный заряд. Между этими сторонами из-за разности зарядов образуется электрический поток, который препятствует перемещению зарядов под влиянием силы Лоренца. Когда наступает момент равенства сил Лоренца и магнитного поля, полупроводник переходит в состояние равновесия.

По своему виду датчики могут выпускаться с разным числом контактных выводов и бывают:

  • двухконтактные;
  • трёхконтактные.

Так как уровень сигнала на выходах сенсора низкий, к его выходам подключается операционный усилитель. При добавлении триггера получается простое устройство, срабатывающее при определённом значении магнитного поля и вида проводимости. В цифровой электронике датчики, дополняющиеся логическими элементами, разделяются на три группы:

  1. Униполярные. Прибор регистрирует только изменение одной величины носителей заряда, дырочной или электронной проводимости.
  2. Биполярные. Сенсор реагирует на оба вида носителей заряда, но выполняет по отношению к ним противоположные действия. Например, при регистрации электронной проводимости подключённый к нему прибор начинает работать, а при регистрации дырочной проводимости отключается.
  3. Однополярные. Регистрируют просто появление проводимости и не зависят от её типа.

Датчик, использующий три вывода, в своём корпусе содержит транзистор с открытым коллектором, так как ток прибора малый с ним применяется в паре усилитель сигнала.

Применение эффекта Холла

Существует линейная зависимость между возникающей разностью потенциалов и магнитной индукцией, приводящей к её появлению. На этом и построены устройства с датчиком Холла, измеряющие магнитную индукцию.

Приборы, использующие в работе преобразователи Холла, применяются для проведения всевозможных измерений. Используя явление, при котором магнитное поле появляется под воздействием электрического тока, индукция магнитной силы соотносится с ним, и создаются бесконтактные измерители силы тока. Такой прибор выгоден при вычислении величин больших постоянных токов в проводах, которые при измерении обычным амперметром пришлось бы разрывать. Кроме этого, широкое применение получили приборы с сенсорами Холла для измерения электрической мощности, фиксирования линейных и угловых перемещений, плотности носителей заряда в полупроводнике.

Главным параметром прибора, построенным на эффекте Холла, является магнитная чувствительность. Она характеризуется соотношением появляющегося напряжения к значению магнитной индукции, то есть напряжением, при индукции равным единице.

Особое применение сенсоры получили в электродвигателях. В них датчики располагают таким образом, что устанавливаясь на статоре, отслеживают положение ротора. Установив магнит постоянного поля, получается счётчик оборотов. Величина магнитного поля, обеспечивающая срабатывание датчика, находится в пределах 150 Гауссов.

Использование в автомобилях

В машине датчик применяется в системе зажигания. Без его участия правильная работа мотора в автомобиле невозможна. Располагается он на трамблере и определяет момент появления искры, заменяя собой контактор. Здесь может использоваться как биполярный, так и униполярный вид сенсора.

Проводя измерения количества возникающих импульсов, сенсор сообщает блоку электроники информацию о необходимости создания искры. В состав прибора входят: постоянный магнит, металлический экран с отверстиями, полупроводниковая пластина. Схема работы основывается на том, что через устроенные отверстия в полупроводник проникает магнитный поток, в результате чего появляется разность потенциалов. Когда прорези закрыты экраном, поток не проходит, и напряжение не возникает. Таки образом, открывая и закрывая прорези экраном, создаётся импульсный сигнал на выходе устройства.

Датчик содержит три вывода, согласно его распиновке слева направо:

  • первый подключается к корпусу автомобиля;
  • на второй подводится напряжение равное шести вольтам;
  • третий используется как информационный.

Кроме этого, датчик используется для контроля токовой перегрузки. При появлении перегрузки происходит нагрев сенсора и срабатывание температурной защиты.

Из-за нарушений, возникающих в работе сенсора, возникают различные неисправности, что сказывается на запуске двигателя, появления рывков при работе, или просто его остановки. Проверить работоспособность датчика в автомобиле проще всего вращением коленчатого и распределительного вала. При нормальной работе светодиод, расположенный на контрольной панели, должен мигать.

При отсутствии бортового светодиода возможно выполнить приспособление самостоятельно. Для этого понадобится резистор на один килоом, светодиод и провода. Резистор последовательно соединяется со светодиодом, и от конструкции делаются отводы на проводах. Трамблер отключается и проводится подключение проводов от светодиода и резистора, после чего проворачивается распределительный вал. В результате светодиод должен мигнуть.

Для получения точных результатов лучше провести проверку датчика холла мультиметром. Потребуется любой тестер с возможностью измерения напряжения. При рабочем датчике напряжение на его выводах составит до 11 вольт. Сначала измеряется присутствие необходимых напряжений на контактной колодке трамблера. Обычно присутствуют три напряжения, равные 12 вольтам, и на одном контакте напряжение должно отсутствовать.

Включается зажигание. Положительный щуп устанавливается на выход клеммы датчика, а минусовой на провод с нулевым значением напряжения. Величина напряжения составляет около 11 вольт. При провороте коленвала напряжение должно изменяться, при этом наибольшее значение не должно опускаться ниже девяти вольт, а наименьшее быть не более 0,5 В.

Преобразователь Холла в смартфоне

Имея небольшие размеры, сенсоры Холла нашли своё применение и в электронных гаджетах. Используя его свойства в смартфонах, улучшается позиционирование, быстрее происходит запуск GPS поиска, увеличивается срок службы в автономном режиме. Применяя способность сенсора реагировать на магнитное поле, преобразователь используется также в телефонах вида «раскладушка» и ноутбуках. Месторасположение датчик занимает на лицевой стороне устройства, что увеличивает его реакцию на изменение магнитного поля.

Из-за присутствия датчика происходит автоматическое включение экрана ноутбука при его открытии или выключение при закрытии. Также и с телефоном — «раскладушкой». В смартфонах такая функция реализуется с применением чехла книжки. Датчик регистрирует величину магнитного поля, исходящего от миниатюрного магнита, вмонтированного в середину чехла. При открытии чехла, сила действия магнитного потока ослабевает, и устройство включает подсветку экрана.

Важно отметить, что использование магнита не оказывает никакого негативного влияния на гаджет, а сам датчик Холла в принципе работы применяет регистрацию магнитного потока. Он регистрирует силу магнитного поля, а не сравнивает его напряжённость. Преобразователь Холла в мобильных устройствах также имеет следующий функции:

  • помогает в ориентирование по горизонту земли;
  • обеспечивает работу компаса устройства;
  • включает и отключает экран при совместном использовании с магнитом.

Ориентирование экрана — это функция, используемая в любом современном телефоне. При разном положении гаджета в пространстве изображение на экране всегда будет правильным, а не перевёрнутым. Такую функцию можно и отключить, для этого в настройках смартфона выбирается последовательно: настройки, экран блокировки, расширенные возможности, режим смарта. Если в настройках пункта нет, придётся выпаять преобразователь из схемы.

Кроме этого, специальная микросхема, получая сигнал от преобразователя Холла, приводит к коррекции изображения. Это проявляется при фотографировании или при смене времени суток. Участвуя в работе GPS навигации, устройство помогает увеличить точность позиционирования.

Чтобы знать, как проверить датчик Холла в телефоне, особых умений не понадобится. Для этого нужно поднести любой магнит к корпусу или экрану устройства. При его работоспособности экран погаснет, если магнит убрать — загорится.

Устройство в бытовой технике

Очень часто в бытовой технике, использующей мотор (например, стиральная машинка) для подсчёта количества оборотов стоит сенсор Холла. Он имеет вид кольца с двумя проводами и крепится к ротору электродвигателя. Его работа устроена следующим образом: за счёт вращения вала на сенсор поступает напряжение, сила которого зависит от скорости вращения ротора. Чем обороты больше, тем больше и разность потенциалов. Электронный узел анализирует величину напряжения и выставляет требуемую скорость вращения.

Чтобы проверить преобразователь, потребуется взять мультиметр и прозвонить сопротивление сенсора. Нормальная величина рабочего прибора составляет около 60 Ом. Если мультиметра нет, можно взять простой вольтметр и измерить напряжение на том месте, где подключается сам датчик.

Схема для практического повторения

Несложная схема с применением датчика Холла, применяемая для регистрации открытия двери, не представляет сложности для самостоятельной сборки. Достоинство использования сенсора в том, что его работе не требуется механический контакт, как, например, геркону. Датчик размещается на дверной коробке, а магнит на двери. В основе схемы используется датчик MH 183 и микросхема CD 4093. За питание отвечает источник напряжения на девять вольт.

При воздействии магнитного потока транзисторный ключ находится в активном состоянии. Сигнал с сенсора поступает на вход микросхемы и запрещает работу её генератора. Светодиод LED1 горит. Если дверь открывается, магнитная сила, воздействующая на датчик, ослабевает или пропадает, а в микросхеме запускается генератор и светодиод гаснет. Резистор R1 предназначен для защиты преобразователя Холла от обратного пробоя напряжения. Датчик Холла нашел свое применение во многих областях и является незаменимым помощником для человека в быту. Именно благодаря ему существуют так называемые «умные» устройства.

Определение, принцип работы, применение и примеры датчика Холла

Напряжение Холла открыто 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 расхода жидкости и т. д. Одним из таких изобретений, позволяющих измерять магнитное поле, является датчик на эффекте Холла.


Определение датчика Холла Датчики Холла

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

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

Принцип работы датчика Холла

В качестве принципа работы датчика Холла используется принцип напряжения Холла.По тонкой полоске проводника электроны движутся прямолинейно при подаче электричества. Когда этот заряженный проводник вступает в контакт с магнитным полем, направленным перпендикулярно движению электронов, электроны отклоняются.

Некоторые электроны собираются с одной стороны, а некоторые с другой. Благодаря этому одна из плоскостей проводника ведет себя как отрицательно заряженная, а другая — как положительно заряженная. Это создает разность потенциалов и генерируется напряжение.Это напряжение называется напряжением Холла.

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

Датчик Холла Схема

Основанная на соотношении между напряжением Холла и плотностью магнитного потока, датчики 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 уменьшаться.

Датчики Холла

можно рассматривать как линейные преобразователи. Для обработки выходного сигнала датчика требуется линейная схема, которая может обеспечить постоянный управляющий ток для датчиков, а также усилить выходной сигнал.

Применение датчика Холла

Применение датчиков Холла:

  • В сочетании с определением порога они действуют как переключатель.
  • Они используются в сверхнадежных приложениях, таких как клавиатуры.
  • Датчики Холла
  • используются для измерения скорости вращения колес и валов.
  • Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
  • Датчики Холла
  • встраиваются в цифровые электронные устройства вместе с линейными преобразователями.
  • Обнаружение наличия магнитного поля в промышленных применениях.
  • Используется в смартфоне для проверки того, 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.

Примеры

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

Датчики Холла

доступны в виде различных интегральных схем.Многие из представленных на рынке датчиков Холла содержат чувствительный элемент вместе с интегральным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Они защищены от изменений окружающей среды благодаря защитной упаковке. Какую микросхему датчика Холла вы использовали?

 

Анимация принципа работы датчика Холла

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

Рис. Колесо с двумя магнитами, проходящее мимо датчика Холла

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

Часто датчик Холла комбинируется со схемой, позволяющей устройству работать в цифровом режиме (вкл./выкл.), и в такой конфигурации может называться переключателем.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Зонд Холла содержит полупроводниковый кристалл соединения индия, такой как антимонид индия, установленный на алюминиевой опорной пластине и заключенный в головку зонда.

Когда датчик Холла удерживается так, что силовые линии магнитного поля проходят под прямым углом через датчик датчика, датчик выдает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла».Эффект Холла наблюдается, когда проводник проходит через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение эффекта Холла является признаком магнитного объекта, проходящего вокруг него. Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.

Читайте также: Анимация бесконтактного переключателя

ПРЕИМУЩЕСТВА

Датчик Холла может работать как электронный переключатель.

  • Такой переключатель стоит дешевле механического и намного надежнее.
  • Может работать до 100 кГц.
  • Отсутствие дребезга контактов, поскольку вместо механического контакта используется полупроводниковый переключатель с гистерезисом.
  • На него не повлияют загрязнители 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
  • Доступен
  • , который может измерять магнитные поля северного или южного полюса
  • может быть плоским

НЕДОСТАТКИ

Датчики на эффекте Холла

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

ПРИМЕНЕНИЕ

Определение положения

Обнаружение наличия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно работающих в режиме переключения (режим включения/выключения). Датчики Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны

используют датчики Холла, чтобы определить, закрыта ли откидная крышка.

Трансформаторы постоянного тока
Датчики Холла

могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик Холла устанавливается в зазор магнитопровода вокруг проводника с током. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.

Автомобильный указатель уровня топлива

Датчик Холла используется в некоторых автомобильных указателях уровня топлива. Основным принципом работы такого индикатора является определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью вращающегося рычажного датчика.

  • В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит устанавливается на поверхности плавучего объекта. Токопроводящая жила закреплена на верхней части бака на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, на ток воздействует увеличивающееся магнитное поле, что приводит к более высокому напряжению Холла. По мере снижения уровня топлива напряжение Холла также будет уменьшаться. Уровень топлива указывается и отображается надлежащим состоянием сигнала напряжения Холла.
  • В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеряемая сила поля напрямую зависит от угла поворота рычага и, следовательно, от уровня топливного бака.

Что такое датчик Холла? — Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения

Определение: Датчик Холла — это твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние при попадании в магнитное поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. Когда магнитное поле на полупроводниковой пластине изменяется, плотность магнитного потока также изменяется, из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.

Принцип действия датчика Холла

Датчик Холла работает по принципу эффекта Холла .

В соответствии с эффектом Холла, когда пластина полупроводника помещается в магнитное поле при условии, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны оси образца полупроводника, а ток проходит вдоль оси образца полупроводника, тогда носители заряда полупроводникового прибора испытывают магнитную силу .

Благодаря этой магнитной силе они отталкиваются в сторону i.e к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле за счет скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение меняется в зависимости от изменения магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.

Датчики Холла

используют это явление эффекта Холла для определения основных величин, таких как положение, скорость, полярность и т. д. Два важных термина, связанных с магнитным полем, — это плотность магнитного потока и полярность (северный полюс и южный полюс).Датчики на эффекте Холла используют эти термины для восприятия.

Выходное напряжение, генерируемое датчиком, напрямую зависит от плотности магнитного потока. Таким образом, если магнитное поле на датчике изменяется, выходной сигнал эффекта Холла также изменяется. Таким образом, он обеспечивает работу датчиков.

Датчик Холла и магнитный датчик

Вы, должно быть, думаете, что магнитный датчик делает то же самое. Так можем ли мы связать датчик Холла с магнитным датчиком? Да, датчик Холла — это только тип магнитного датчика.Магнитные датчики также определяют положение, скорость с помощью изменения плотности магнитного потока.

Принципиальная схема переключателя на эффекте Холла с датчиком на эффекте Холла

Выходное напряжение датчика Холла очень мало. Даже при высокой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение невелико. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения также используются регуляторы и переключающие схемы.

Датчик Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выходной сигнал i.е. Цифровой выход. Напряжение Холла изменяется линейно с напряженностью магнитного поля H в случае линейного выхода.

Изменение выходного напряжения в зависимости от плотности магнитного потока показано на диаграмме ниже.

Датчик Холла с линейным выходом и цифровым выходом

Выше мы говорили о том, что линейные аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, которое зависит от изменения плотности магнитного потока приложенного магнитного поля. Через определенное время значение выходного напряжения становится постоянным со значением плотности магнитного потока.Таким образом достигается стадия насыщения.

На этой стадии насыщения выходное напряжение больше не будет увеличиваться с увеличением плотности магнитного потока. Он становится насыщенным. Выходное напряжение будет низким, если напряженность магнитного поля низкая, и выходное напряжение будет высоким, если напряженность магнитного поля высока.

В случае датчика Холла Цифровой выход выход будет состоять только из двух ступеней, т. е. ВКЛ и ВЫКЛ. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется совместно с операционным усилителем (т.е. Операционный усилитель), который образует встроенный гистерезис. Вследствие чего отсутствуют колебания выходного напряжения.

Датчики Холла с цифровым выходом

бывают двух типов: , биполярные, и , однополярные. Биполярный использует магнитное поле положительной полярности, т.е. южный полюс, для активации датчика и отрицательный полюс, т.е. северный полюс, для деактивации датчика. Напротив, датчик Холла с однополярным цифровым выходом использует только положительный полюс, то есть южный полюс, для активации и деактивации датчика Холла.

Типы обнаружения датчиком Холла

  1. Конфигурация лобового обнаружения: При лобовом обнаружении магнит движется вперед к лицевой стороне датчика Холла. Магнитное поле перпендикулярно активной области элемента Холла. Эта конфигурация датчиков Холла генерирует выходное напряжение в зависимости от силы магнитного поля.

Позволяет определить напряженность магнитного поля и плотность магнитного потока на определенном расстоянии от датчика Холла.

  1. Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается вблизи активной области датчика Холла .
  2. Позиционное обнаружение: Конфигурация позиционного обнаружения на эффекте Холла показана на диаграммах ниже. Здесь используется светодиод, мы также можем использовать транзистор, если выходной сигнал, генерируемый датчиком на эффекте Холла, должен применяться для процесса переключения более высокой нагрузки.

Применение датчика Холла

Датчики Холла используются для определения положения, таким образом, они часто используются в качестве датчиков приближения . Их также можно использовать в приложениях, в которых мы используем оптические и световые датчики. Датчики Холла лучше использовать, потому что датчики оптические и световые датчики , вероятно, будут зависеть от условий окружающей среды, в то время как датчики Холла также могут эффективно работать в пыли, воздухе или других внешних факторах окружающей среды.

Датчики Холла

| Типы

Содержание:
      • Введение
      • Датчики эффекта Hall
      • Что такое зал напряжения (V H )?
      • Коэффициент зала (R H )
      • Принцип работы Hall Датчики
      • Эксперимент Hall Experient
      • Аналоговый и цифровой датчик Холла
      • Тип датчика Холла
      • Применение датчиков Холла

      Что такое магнитный датчик?

      Магнитные датчики

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

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

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

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

      Датчики Холла

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

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

      Что такое напряжение Холла (В H )?

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

      Коэффициент Холла (R H )

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

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

      Конструкция датчиков Холла:

      Конструкция датчика Холла

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

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

      Символ датчика Холла:

      Что такое датчик Холла?

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

      Эксперимент на эффекте Холла

      Аналоговый и цифровой датчик Холла

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

      Формула эффектов Hall Effects Sensor:

      Вывод датчика эффекта линейного зала может быть выражена как:

      , где

    • V H — это зал напряжения
    • R H  – коэффициент эффекта Холла
    • I – ток, протекающий через датчик (полупроводниковую пластину)
    • t – толщина датчика
    • 7 B – внешняя магнитная плотность 90

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

    Тип датчиков Холла:

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

    1. Биполярный
    2. Однополярный

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

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

    Чтобы узнать больше об электронике, нажмите здесь

    Об Амрите Шоуlinkedin.com/in/amrit-shaw/)

    Как работают датчики Холла и где они используются?

    Эффект Холла является следствием действия силы Лоренца.

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

    Сила Лоренца — это сила, с которой частица испытывает воздействие электрических и магнитных полей.

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

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


    Датчики на эффекте Холла обычно делятся на две категории: цифровые датчики на эффекте Холла, к которым относятся переключатели на эффекте Холла и защелки на эффекте Холла, и аналоговые датчики на эффекте Холла.

    Переключатели на эффекте Холла

    — также называемые униполярными датчиками — обнаруживают наличие (или отсутствие) магнитного поля по сравнению с заранее заданным порогом для магнитного потока. При обнаружении подходящего магнитного поля переключатель включается (замыкается), а когда поле снимается, переключатель выключается (размыкается). Датчики приближения являются распространенным применением переключателей на эффекте Холла.

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

    Цифровые датчики Холла

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

    Триггер Шмитта обеспечивает гистерезис для предотвращения колебаний цифрового датчика Холла между состояниями «включено» и «выключено».
    Изображение предоставлено: Texas Instruments

    Аналоговые или линейные датчики Холла производят постоянное выходное напряжение, пропорциональное плотности магнитного потока (силе магнитного поля), что делает их подходящими для измерения положения и движения.Фактически, во многих магнитных поворотных энкодерах используются линейные датчики на эффекте Холла. Однако взаимодействие протекающего тока и магнитного поля создает напряжение Холла, которое очень мало, поэтому линейные датчики Холла обычно включают усилитель для увеличения выходного напряжения, а также другую электронику преобразования сигнала для улучшения отклика датчика и компенсации температуры. эффекты.

    Устройства на эффекте Холла

    представляют собой отличные чувствительные элементы, поскольку они полностью бесконтактны и не имеют движущихся частей, что обеспечивает им длительный срок службы.И они могут работать на высоких скоростях и частотах переключения с превосходной воспроизводимостью.

    Изображение предоставлено Texas Instruments

    Принцип работы датчика Холла

    — руководство по электрике

    Когда ток течет по тонкому плоскому проводнику, помещенному в магнитное поле, магнитное поле действует на движущиеся носители заряда поперечную силу (то есть силу Лоренца) и отталкивает их в одну сторону от проводника. Затем заряд накапливается и образует измеримое напряжение между двумя сторонами проводника.Это напряжение называется напряжением Холла, а это явление называется эффектом Холла.

    Датчики Холла

    работают на эффекте Холла. Тонкий лист металла или полупроводникового материала (пластина Холла) с проходящим через него током помещается в магнитное поле, после чего создается напряжение, перпендикулярное полю и направлению протекания тока. Поскольку напряжение Холла невелико, датчики Холла требуют усиления и преобразования сигнала.

    Отличительной особенностью датчика Холла является то, что он может быть полностью интегрирован в один кремниевый чип, содержащий внутри датчик Холла, усилитель и схемы формирования сигнала.Это позволяет производить недорогие и крупносерийные датчики Холла. Таким образом, датчики Холла обычно относятся к типу поверхностного монтажа и могут быть установлены на печатной плате (печатной плате).

    Характеристики датчиков Холла 

    Основные характеристики датчиков Холла можно описать следующим образом.

    Передаточная функция : передаточная функция датчика Холла описывает соотношение его входа и выхода, характеризующееся чувствительностью, нулевым смещением и диапазоном.

    Чувствительность определяется как изменение выходных данных в результате заданного изменения входных данных.Нулевое смещение — это выходной сигнал датчика без возбуждения магнитного поля. Диапазон определяет выходной диапазон датчика. Размах — это разница в выходных напряжениях, когда вход изменяется от крайнего отрицательного до крайнего положительного значения.

    фигура 1

    На рис. 1 показаны характеристики типичного аналогового датчика Холла при трех различных напряжениях питания — 5, 8 и 10 В соответственно. Его передаточная функция может быть выражена соотношением между входным магнитным полем (в Гауссах, Гс) и выходным напряжением (в В) как

    В из = (6.25 × 10 −4 В с )B + 0,5 В с

    Обратите внимание, что это уравнение справедливо только в том случае, если плотность потока B в активной зоне не достигла уровня насыщения, то есть −640 (Гаусс) < B < +640 (Гаусс). Коэффициент B, 6,25 × 10 −4 В с , в уравнении выражает чувствительность датчика и представляет собой наклон каждой характеристической кривой (в данном случае прямой линии) на рисунке 1. Второй член в уравнении 5.6, 0,5 В s , представляет собой нулевое смещение, которое представляет собой выходное напряжение при 0 G при заданном напряжении питания.

    Чувствительность (или усиление): Чувствительность датчика Холла можно охарактеризовать двумя способами

    1. Вольт на единицу магнитного поля, на единицу тока смещения: В/(В × I), В ⋅ Тл V/(B × V), дюймы В ⋅ T −1 ⋅ V −1

    Чувствительность датчика Холла незначительно зависит от температуры. Многие производители датчиков предоставляют кривые зависимости чувствительности от температуры в своих спецификациях, чтобы показать стабильность их продуктов при изменении температуры.Электроника формирования сигнала может быть встроена в датчики Холла для компенсации влияния температуры.

    Омическое смещение : Омическое смещение — это небольшое напряжение на выходе датчика даже в отсутствие магнитного поля. Это смещение появляется почти во всех датчиках Холла. Это ограничивает способность датчика различать небольшое стационарное магнитное поле.

    Омические смещения могут быть вызваны многими факторами, в том числе ошибкой выравнивания контактов датчика, неоднородностями или напряжениями в чувствительном материале.Омическое смещение может быть выражено выходным напряжением для заданных условий смещения или в единицах измерения магнитного поля. Например, датчик A имеет смещение 500 мкВ, а датчик B имеет смещение 200 мкВ.

    Нелинейность: Как и многие другие датчики, датчики Холла не обладают идеальной линейностью в своих рабочих диапазонах. Обычно они демонстрируют нелинейность от 0,5% до 1,5% в своем рабочем диапазоне.

    Входное и выходное сопротивление и их температурный коэффициент: Входное сопротивление датчиков Холла влияет на конструкцию схемы смещения, а выходное сопротивление влияет на конструкцию схемы усилителя, используемой для определения напряжения Холла (см. рис. 2).

    Рисунок 2. Простая система датчика Холла.

    Температурные коэффициенты входного и выходного сопротивлений датчиков Холла должны быть равны или очень близки друг к другу, так как их различие будет влиять на точность измерения.

    Шум: Датчики Холла также создают электрические помехи на своих выходах, в основном шум Джонсона и иногда мерцающий шум (шум 1/f).

    Шум Джонсона возникает во всех проводящих материалах из-за случайного и термически индуцированного движения электронов через проводник (также называемого тепловым шумом).1/f или мерцающий шум более значителен при обнаружении низкочастотных сигналов постоянного или близкого к постоянному току. Это зависит от используемого чувствительного материала и процессов изготовления.

    Шум Джонсона

    ограничивает, насколько малый сигнал датчика может быть восстановлен из его выходного сигнала. Его можно свести к минимуму, выбрав датчик с низким импедансом.

    При использовании датчиков Холла учитывайте следующее:

    • Использование привода напряжения вместо привода тока может снизить влияние температуры на выходное напряжение Холла V H .
    • Смещение постоянного напряжения имеет большее отношение сигнала к смещению, чем смещение постоянного тока.
    • Двойные или счетверенные элементы Холла обеспечивают более высокую магнитную чувствительность и меньшие смещения.
    • Напряжение Холла В H очень мало, поэтому используйте большое усиление для датчиков Холла. Смещение постоянного тока усилителя часто ограничивает полезность V H
    • Использование витых или экранированных кабелей может ослабить влияние статических и динамических электрических и магнитных полей.
    • Полоса пропускания датчика Холла ограничена потерями в магнитном сердечнике и повышением температуры, вызванным вихревыми токами.
    • Датчики Холла должны быть правильно ориентированы.

    Типы датчиков Холла

    Датчики Холла

    имеют множество конфигураций: вертикальные, цилиндрические, многоосевые, двойные или счетверенные. Традиционные элементы Холла построены в плоскости поверхности чипа, как показано на рисунке 3.

    РИСУНОК 3. Традиционный элемент Холла, построенный в плоскости поверхности чипа.

    В этой ситуации элемент Холла чувствителен только к магнитному полю, перпендикулярному поверхности чипа.Контакты для входного тока и выходного напряжения Холла находятся на разных сторонах.

    РИСУНОК 4. Вертикальный датчик Холла

    Вертикальные конфигурации: Вертикальный датчик Холла (VHS), как показано на рис. 4, реагирует на магнитное поле, параллельное плоскости микросхемы, и позволяет разместить все электрические контакты на верхней поверхности микросхемы так, чтобы могут быть легко изготовлены с использованием процессов изготовления микроэлектроники. Напряжение Холла измеряется между контактами.Эта конфигурация значительно улучшает как чувствительность (примерно в 10 раз больше, чем у обычных датчиков Холла), так и выходной сигнал V H (примерно в 20 раз больше, чем у стандартных датчиков Холла).

    РИСУНОК 5. Три конфигурации VHS: (a) 1D VHS; (б) 2D VHS; (c) VHS с тремя ответвлениями.

    На рис. 5 показаны три конфигурации VHS для различных приложений.

    (a) — базовый одномерный (1D) VHS;

    (b) состоит из двух VHS, уложенных крестообразно, для измерения магнитных полей в обоих направлениях x и y (2D); и

    (c) — трехветвевой VHS для управления трехфазным бесколлекторным микродвигателем.

    Цилиндрические конфигурации : Если измеряемое магнитное поле имеет круговую геометрию, например, вокруг провода с током, цилиндрическая конфигурация является лучшим решением.

    РИСУНОК 6 (а) Цилиндрический датчик Холла; б) применение цилиндрического датчика для измерения кругового магнитного поля.

    На рис. 6(a) показан цилиндрический датчик Холла (CHS), изготовленный конформной деформацией вертикального устройства Холла. Он может измерять круговое магнитное поле вокруг провода с током или вокруг воздушного зазора двух концентраторов потока ЧМ, как показано на рисунке 6(b).

    Чувствительность этого цилиндрического устройства Холла может достигать 2000 В ⋅ А −1 ⋅ Тл −1 благодаря встроенным концентраторам магнитного потока. Его разрешение составляет 70 нТл.

    РИСУНОК 7

    На рис. 7 показан магнитный датчик углового положения и принцип его работы. Он содержит шесть высокочувствительных КТС, установленных на керамической подложке. Цилиндрический прибор Холла, оснащенный концентраторами поля ЧМ, очень чувствителен. Однако его чувствительность снижается, когда значение поля достигает значения насыщения материала концентратора (т.г., 20 мТл). Недостаток КГС — его нелинейность.

    Многоосевые конфигурации : Многоосевой (2D или 3D) датчик Холла используется для одновременного измерения более чем одного компонента магнитного поля. Такой датчик может быть получен путем объединения двух или трех взаимно ортогональных вертикальных устройств Холла.

    Датчики Холла

    , содержащие два или четыре элемента Холла в одном корпусе, называются соответственно двойными или счетверенными датчиками Холла. Такое расположение делает датчики Холла более стабильными и предсказуемыми, чем использование нескольких отдельных датчиков Холла.

    Он также сводит к минимуму влияние механических или термических нагрузок на выход. Кроме того, его работа от сети к сети во всем диапазоне напряжений обеспечивает более удобный сигнал с более высокой точностью.

    Применение датчиков Холла 

    Датчики Холла

    широко используются в автомобилях, системах безопасности, бесщеточных двигателях постоянного тока, управлении заслонками, различных контрольно-измерительных приборах или любых приложениях, связанных с измерением электрического тока или магнитного поля. Высококачественные датчики Холла могут быть сконструированы с минимальными затратами с использованием стандартных процессов ИС, используемых в микроэлектронной промышленности, и могут интегрировать вспомогательные схемы обработки сигналов на том же кремниевом кристалле.Ниже приведены некоторые примеры применения датчиков Холла.

    Датчик тока Холла : Датчики Холла измеряют ток по напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим током. Больший ток создает более сильное магнитное поле. Таким образом, выходное напряжение датчика Холла прямо пропорционально току. Датчики Холла могут измерять как переменный, так и постоянный ток, а также импульсные сигналы (например, ШИМ — сигналы с широтно-импульсной модуляцией).

    РИСУНОК 8

    На рис. 8 показан датчик тока Холла.С-образный сердечник из магнитомягкого материала размещается вокруг проводника для концентрации поля. Датчик Холла, помещенный в небольшой воздушный зазор, выдает напряжение, пропорциональное току в проводнике.

    Датчики тока Холла

    обычно представляют собой типы для поверхностного монтажа, которые можно установить на печатную плату для измерения тока в дорожках. Преимущество датчиков Холла заключается в сохранении гальванической развязки между датчиком и измерительными цепями и измерении тока без разрыва цепи.

    РИСУНОК 9 Расходомер с двумя датчиками Холла.

    Расходомер: Датчики Холла также можно использовать для измерения расхода (см. рис. 9). Два датчика Холла измеряют скорость вращения металлического ротора, связанную с расходом жидкости, проходящей через трубу. Ротор модифицирован и имеет четыре углубления, поверхности которых обладают магнитными свойствами. Два датчика Холла улавливают изменения магнитного поля, вызванные вращением ротора, и сигналы преобразуются в скорость потока.

    Управление двигателем: Датчики Холла широко используются в бесщеточных двигателях постоянного тока благодаря их следующим характеристикам:

    • Малое время отклика (<5 мкс)
    • Возможность обнаружения высокой скорости (теоретически может обнаруживать максимум 16 × 10 5 об/мин)
    • Определение перегрузки по току и обнаружение остановки шагового двигателя
    • Поддержка регулирования с обратной связью

    Датчики Холла могут обеспечивать двухфазное, трехфазное и четырехфазное управление двигателем с помощью двух или более дискретных датчиков Холла или одного многоосевого датчика Холла.

    Для управления двухфазным бесщеточным двигателем можно использовать два отдельных датчика Холла, расположенных на расстоянии 90 o друг от друга (или один двухосевой датчик Холла) на конце бесщеточного двигателя постоянного тока, и магнит, прикрепленный к концу вал двигателя. Преимущество использования 2-осевого датчика Холла вместо двух дискретных датчиков Холла заключается в устранении физических допусков при монтаже дискретных датчиков Холла.

    Спасибо, что прочитали о «принципе работы датчика Холла».

    Кремниевые датчики Холла

    | УниверситетВафер, Инк.

    Кремниевые пластины для исследований и производства датчиков Холла

    Реальным примером датчика Холла является BLTOUCH. Этот датчик используется для определения близости, позиционирования, определения скорости при выравнивании платформ 3D-принтера. Датчик Холла также используется во многих других приложениях для измерения.

    Зонд выдвигается, пока не коснется поверхности, затем согласовывает расстояние до экструдера со значением смещения по оси z.

    Пожалуйста, сообщите нам, какие характеристики вам нужны для немедленного расчета!

    Получите предложение БЫСТРО!

     

    Создание системы измерения эффекта Холла

    Научный сотрудник:

    В рамках моего проекта я построил систему измерения эффекта Холла , в которой используются некоторые новые методы обработки данных для измерения концентрации и подвижности носителей .Я ищу кремниевую пластину с известным тип носителя, концентрацию и подвижность, чтобы проверить систему. Есть ли у вас продукты, о которых известны эти свойства?

    UniversityWafer, Inc. Указанный номер

    Мы можем провести измерение Холла с помощью нашей установки и вывести концентрацию носителей либо из измерения удельного сопротивления, либо напрямую измерить ее с помощью ECV. Дайте мне знать, что вы предпочитаете.

    Касательно пластин: мы точно можем предоставить наш стандартный материал p-типа с блестящим травлением 1,3-1,5 Омсм и толщиной 300 мкм. Ты все еще интересуешься ? Еще один важный момент: Что должен содержать сертификат?

    Мы предлагаем 3 варианта на выбор:

    Артикул Кол-во. Описание
    HN55. 1/1/1   Вариант 1) Только пластина, которая тщательно проверяется (срок службы неосновных носителей, удельное сопротивление и т. д.) при получении от поставщика пластины.Включая отгрузку и т. д.
                         Вариант 2) Как вариант (1), но пластина разрезана на 2,5×2,5 см², чтобы можно было измерить пластину с помощью нашей установки Холла, измеряя точную толщину пластины и Холла измерение.
                         Вариант3) Как вариант (2), но дополнительно соседний кусок пластины размером 2,5×2,5 см², измеренный с помощью ECV.
    Цена: $ Свяжитесь с нами и номер 262959

    Видео с эффектом Холла

    Часы

     

    Как работает датчик Холла?

    Датчик на эффекте Холла — это магнитное устройство, которое определяет изменения в магнитных полях.Магнит создает электрическое поле, которое взаимодействует с ионами, вызывая изменение электрического сопротивления устройства. Это явление также известно как эффект Холла. Это электрическое устройство также может обнаруживать другие изменения в окружающей среде. В этой статье мы рассмотрим, как работает этот тип магнитного датчика и как он используется в различных приложениях. Помимо использования в электронике, он также используется в автомобильной промышленности.

    Эффект Холла основан на измерении магнитного поля, создаваемого током, проходящим через проводник.Он используется в электронном оборудовании для обнаружения тока, протекающего через электрическую цепь. Эти датчики недороги, не требуют трансформаторов и могут быть установлены в различных приложениях. Несмотря на дешевизну, этот тип датчика не использует дорогих компонентов. Он не заменяет другие типы датчиков, но является отличным способом измерения электрического тока устройства.

    Датчик на эффекте Холла используется уже более пятидесяти лет и является одним из самых популярных доступных типов датчиков.Он может точно определять магнитные поля и их интенсивность. Эта технология может использоваться в различных приложениях, включая медицинские устройства, автомобильные датчики и многое другое. Существует множество применений датчика Холла, и вы можете узнать больше о его преимуществах, прочитав эту статью. Что такое датчик Холла? Что это делает?

    Датчик Холла работает путем измерения магнитного поля проводника. Он может использоваться для различных приложений и может быть найден во многих электрических устройствах.Датчик Холла не требует использования дорогостоящих трансформаторов и является отличным выбором для измерения электрических токов в электрических системах. Узнать больше об этом простом датчике легко, посетив Wikimedia Commons. Эффект Холла в беспроводном приложении

    Датчик Холла использует магнитные поля для обнаружения магнитных полей. Когда магнитное поле проходит мимо датчика, он генерирует выходной сигнал. Если плотность магнитного потока превышает пороговое значение, активируется эффект Холла, генерирующий напряжение Холла.Элемент Холла изготовлен из тонких прямоугольных полупроводниковых материалов p-типа, таких как арсенид галлия или боргидрид индия. Эти датчики очень чувствительны к магнитному полю и могут использоваться во многих приложениях.

    Датчик Холла используется в электротехнике. Выходной сигнал датчика зависит от плотности магнитного потока вокруг него. Он создает напряжение Холла, если плотность магнитного потока превышает пороговое значение. Этот тип электромагнитного датчика очень подходит для измерения тока.На соответствующем графике показаны шесть шагов коммутации. На изображении ниже можно увидеть схему датчика Холла.

    Когда через материал протекает электрический ток, электроны движутся прямолинейно. Когда к материалу приложено магнитное поле, электроны будут притягиваться к магнитному полю и двигаться прямолинейно. Результирующее напряжение будет представлять величину потока и напряженность магнитного поля. Его выходное напряжение пропорционально плотности магнитного потока.Это делает элемент Холла отличным выбором для обнаружения изменений скорости вращающегося объекта.

    Датчик на эффекте Холла — это бесконтактное устройство, обнаруживающее изменения в магнитных полях. Переключатель на эффекте Холла переключает состояния, воспринимая магнитное поле магнита. Он переходит в активное состояние, когда B OP находится напротив BRP. То же самое относится и к его неактивному состоянию. Выходное напряжение переключателя на эффекте Холла зависит от полярности магнитного поля. В последнем случае магнит не будет воздействовать на магнит.

    Датчик Холла использует магнитное поле для обнаружения изменений магнитного поля. Когда магнит находится рядом с датчиком, генерируется небольшое напряжение. Затем это напряжение передается на другие электронные устройства. Наиболее распространенным примером датчика Холла является датчик скорости вращения колеса. Колеса автомобиля имеют небольшой магнит, который находится в постоянном контакте с металлическим колесом. Движение магнита в этом случае будет вращать колесо, генерируя ток, и напряжение будет увеличиваться.

    Исследование датчика Холла на кремниевой пластине

    Являясь давним и непоколебимым специалистом в области магнитных датчиков, датчики Холла десятилетиями играли центральную роль в широком спектре приложений в этой области. Имея портфолио магнитных датчиков, которые обеспечивают лучшую в отрасли энергоэффективность, встроенные, защищенные от несанкционированного доступа и простые в использовании датчики на эффекте Холла, мы переносим датчики на эффекте Холла в 21 век с нашим новым датчиком с эффектом ореола на кремниевой пластине. .Технология изолированного датчика тока без потерь, основанная на датчике тока на эффекте Холла, который обеспечивает тот же уровень чувствительности и производительности, что и обычный датчик магнитного поля, но без необходимости в источнике питания. [Источники: 0, 2, 9]

    Принцип работы датчика Холла основан на эффекте Холла, согласно которому напряжение nbsp увеличивается, когда проводник с током помещается в магнитное поле. Функция датчика Холла генерирует реверберационное напряжение, как и полупроводниковая пластинка, и основана на физических принципах эффекта Холла.В качестве «элемента Холла» можно использовать небольшую пластину из полупроводникового материала, поскольку в большинстве полупроводников ярко выражены эффекты реверберации. Мы можем измерять значения тока и напряжения гало-сенсоров с кремниевыми пластинами, используя эффекты Холла. [Источники: 2, 8, 11]

    После изготовления датчика Холла [132] на него наносится изолирующий слой [348], который затем изготавливается на кремниевой пластине. [Источники: 1]

    Затем их монтируют бок о бок, разделяя воздушным зазором, образуя датчик Холла.Затем он используется, как следует из названия, для обнаружения магнитов, а магнитное поле датчика создается таким образом, чтобы оно могло производиться в соответствии с эффектом реверберации. Датчик Холла — это датчик Холла, который был первым в мире датчиком магнитного поля, основанным на «эффекте Холла». В этой статье мы объясним, как работает этот датчик, чтобы помочь нам определить с его помощью возможные причины. Датчики Холла способны работать в широком диапазоне условий, таких как высокие температуры, низкие температуры и высокая влажность, как показано на рисунке [348].[Источники: 2, 4]

    Линия 444 представляет собой электрически подвешенный полупроводниковый «палец» и действует как источник магнитного поля датчика Холла и его резонансного эффекта. линия 444, которая является результатом полупроводникового пальца, электрически подвешенного на поверхности воздушного зазора. [Источники: 6]

    Линия 442 является результатом полупроводникового «пальца», заземленного на поверхности воздушного зазора и чей резонанс действует. Цепь датчика АМР (182) состоит из цепей датчика Холла (604 — 606), которые образованы заземляющими полупроводниками (затяжками) и магнитным полем датчика (444 — 444).Линия 4 42 представляет собой электрически подвешенный полукодовый электрический «палец», закрепленный в воздушных зазорах (резидентных зазорах) в центре его цепи и окруженный поверхностным зазором (Линг). [Источники: 3, 6, 7]

    Различные вертикальные датчики Холла, установленные на тороидальной полупроводниковой пластине (12) из ​​датчика Холла [10] для построения вертикального датчика Холла [14]. Множество в горизонтальном датчике Холла (13), включающее электрически подвешенный полупроводниковый палец (линия 442) и воздушный зазор в середине цепи датчика (Линг), и множество (вертикально) в электрической цепи с датчиком Холла датчик воздействия (14) сверху.При этом полукуратные пластины [12] состоят из датчиков Холла (10), а вертикальные (датчик Холла) – из тороидов кремниевой ваты [13, 14, 15, 16, 17]. [Источники: 6]

    В этой статье рассматривается, как твердотельный датчик магнитного поля является важным компонентом системы интеллектуальных сетей для интеллектуальных сетей. Датчики Холла часто используются в автомобильной промышленности, и ЦЕРН хочет использовать этот датчик для разработки новой системы картографирования магнитного поля. Это датчик Холла, который используется для включения и выключения бесконтактных выключателей в электросети и, при необходимости, в системах электроснабжения.Октябрь 2015: Эффективная работа «умной сети» основана на возможности измерения этой статьи. Датчик может работать с различными типами датчиков, такими как магнитные поля, магнитно-резонансная томография (МРТ) и магнитометры. [Источники: 2, 5]

    В этом отношении устройство датчика магнитного поля включает в себя множество вертикальных датчиков Холла, которые встречно-штыревые электроды датчика Холла. В этом контексте он охватывает множество вертикалей и количество позиций, записанных в 3D.Другие примеры включают использование магнитно-резонансной томографии (МРТ) и магнитометров, а также множество других приложений, таких как управление системами электропитания. [Источники: 3, 6]

    Датчик эффекта доктора Холла, как следует из его названия, работает по принципу эффекта Холла, и на этом основана конструкция датчика тока Холла. Это можно обнаружить и измерить с помощью так называемого «датчика на эффекте Холла». Принципы этого эффекта представлены следующим образом: Там, где он используется, используется датчик магнитного поля с двумя электродами, один посередине и один сверху.Затем он используется для обнаружения магнитов (как следует из названия), и этот модуль работает после того, как были обнаружены принципы эффектов реверберации. [Источники: 2, 10]

     

     

    Источники:

    [0]: https://www.paragraf.com/article/redefining-hall-effect-sensors-with-graphene/

    [1]: https://www.google.com.na /patents/US200

    066

    [2]: http://pensareseguros.com.br/q4igbfkh/hall-effect-current-sensor-working-principle.html

    [3]: https://patents.justia.com/patent/10374004

    [4]: ​​https://en.wikipedia.org/wiki/Hall_effect

    [5]: https://eepower .com/news/paragraf-and-cern-partner-for-new-hall-effect-sensor/

    [6]: http://www.freepatentsonline.com/y2016/01.html

    [7]: https://www.google.com/patents/EP3039440A1?cl=en

    [8]: https://slideplayer.com/slide/46/

    [9]: https://www.electronicproducts.com /silicon-labs- Magnetic-sensors-modernize-hall-effect-switch-and-position-sensing-for-the-iot-era/

    [10]: https://www.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.