Датчик холла это что: Датчик Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить

что это, зачем используется и где применяется / Хабр

Измерять характеристики магнитного поля можно как при помощи элементарных систем, так и посредством весьма сложных технологических решений. Все зависит от того, какие именно измерения выполняются и какие результаты ожидается получить. Самые простые датчики магнитного поля — герконы. Эти элементы изменяют состояние подключенной электрической цепи при воздействии магнитного поля. Герконы используются повсеместно, например, в датчиках открытия двери.

Герконы — очень простые системы. Для получения дополнительной информации о магнитном поле можно использовать еще и компас. Примерно так работали первые магнитометры. Но сейчас возможностей гораздо больше, ведь появились новые системы, включая распространенные датчики, где используется эффект Холла.

Спектр моделей таких датчиков чрезвычайно обширен — от клавиатур до оценки закрытия или открытия клапана. Датчики Холла используются в бесконтактной системе зажигания бензиновых двигателей, они служат для считывания показаний распредвала двигателя, с тем, чтобы определять параметры вращения.

Электронный блок управления автомобиля по показаниям датчика определяет исправность системы зажигания и старта.

История появления датчика

Все началось с работы Эдвина Холла, который обнаружил эффект, позже названный его именем, в 1878 году. Основная идея проста: при воздействии магнитного поля на проводник, по которому проходит электрический ток, на концах проводника возникает разность напряжений при протекании тока, перпендикулярного полю.

Этот эффект называют обычным эффектом Холла, поскольку есть и другие явление, которое базируются на взаимодействии проводника, тока и магнитного поля.

Соответственно, датчики, чья работа основывается на эффекте Холла — лишь одна из разновидностей современных магнитометров. Есть множество разных датчиков других типов, где используются приемные катушки индуктивности. Они могут вращаться ил инет, используются также шкалы или пружины для измерения силы магнитного поля. Обнаружить магнитное поле можно даже при помощи оптических свойств материалов и соответствующих эффектов — например, эффекта Керра или Фарадея.

Есть и весьма специфические датчики, которые можно назвать экзотикой. Они основываются на измерении протонного резонанса в богатых водородом соединениях и веществах вроде керосина, либо определении энергетического состояния молекул газов типа цезия. Есть и датчики со сверхпроводящими катушками.

Но именно датчики на эффекте Холла являются наиболее недорогими, имеют небольшой размер и весьма практичны. Как уже говорилось выше, миниатюрные датчики Холла используются в клавиатурах. Сложно представить клавиатуру, основа которой — сверхпроводящие датчики, прикрепленные к нижней части клавиш.

Датчики Холла — идеальный вариант при создании систем контроля частоты вращения чего-либо, от кулеров до двигателей в технике. Датчики использовались в видеомагнитофонах и кассетных магнитофонах класса «люкс». Пример — Вега- МП122.

Используются датчики Холла и в смартфонах для решения самых разных задач, включая:

• Работа цифрового компаса, который применятся в навигационных программах и помогает повышать скорость позиционирования.
• Оптимизация взаимодействия девайса с разными аксессуарами, например, магнитными чехлами.
• Применение датчика в моделях с раскладной конструкцией, для включения и отключения экрана при открывании или закрывании крышки.

Как это работает?

В сети есть многочисленные видео, объясняющие физические принципы, лежащие в основе эффекта Холла. Но понять можно и без всяких видео — здесь все относительно просто. Представьте себе проводник размером и формой повторяющий денежную купюру. Левая и правая сторона подключены к источнику постоянного тока, который и проходит через проводник. Если проводник исправен, то без воздействия магнитного поля напряжение в верхней и нижней части проводника будет близким к нулю.

Но если в системе появится магнитное поле, линии которого расположены под прямым углом к течению тока, на электроны и дырки в проводнике начинает воздействовать сила Лоренца. Частицы начинают отклоняться. Соответственно, электроны соберутся на одной стороне проводника, а на другой их не будет.

При помощи мультиметра можно измерить напряжение на верхней и нижней частях проводника. Если убрать магнитное поле, то напряжение снова станет почти равным нулю.

В устройствах, где используется эффект Холла, добавляется еще одна схема, где обычно присутствует усилитель холловского напряжения. Иногда есть регулятор напряжения смещения. У цифрового выходного датчика может быть компаратор и выходной транзистор.

Все датчики — разные

Есть две основные разновидности датчиков Холла — это цифровые датчики, которые, в свою очередь, разделяются на униполярные и биполярные. А также аналоговые датчики.

Если вы хотите использовать датчик Холла в своем проекте, нужно детально разобраться в его базовых характеристиках. У датчиков есть ограничения по частотному диапазону, плюс некоторые могут быть весьма дорогими. Например, у компании Melexis есть девайс на 250 кГц, эта частота гораздо более высокая, чем у большинства похожих систем. Работать оно будет только при 5В и 15 мА.

В примере даташита показано, что есть две разновидности этого датчика — 7,5 mT (миллитесла), второй — 20 mT. Есть даже версия с 60 mT.

Датчики Холла могут быть встроены в электронные схемы. Например, у ESP32 есть собственный датчик Холла, как показано на видео выше.

Разработка систем на основе эффекта Холла

Как и было показано выше, придумать можно много чего. В качестве примера можно привести еще портативный магнетометр, плата которого умещается в пластиковую коробочку из-под Tic Tac. С его помощью можно облегчить задачу отслеживания проложенной в стене или потолке электропроводки. Еще один пример — мониторинг кофе-машин, с целью оценки количества приготовленных чашек кофе.

Датчик Холла | это… Что такое Датчик Холла?

ТолкованиеПеревод

Датчик Холла

Эффект Холла
1. Электроны
2. Зонд
3. Магниты
4. Магнитное поле
5. Источник тока

Эффе́кт Хо́лла

— явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также Холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Э. Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Содержание 1 Свойства 2 Аномальный эффект Холла 3 Квантовый эффект Холла 4 Магнитосопротивление 5 Применение 6 См. также 7 Ссылки

Свойства

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течет электрический ток под действием напряженности E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определенности электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом электрон не начнет двигаться по спирали.

Таким образом, сила Лоренца приведет к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положительного возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E₁ не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца: Скорость электронов v можно выразить через плотность тока: , где n — концентрация носителей заряда. Тогда .

Коэффициент пропорциональности между E₁ и jB называется коэффициентом (константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (в сильных полях), таких как алюминий, цинк, железо, кобальт, наблюдается положительный знак R_H, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твердого тела.

Аномальный эффект Холла

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля, то есть явление полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля — называется Аномальный эффект Холла.

Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью.

Датчики на основе эффекта Холла получили очень большое распространение в вентильных двигателях (сервомоторах). Они закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли ДПР (датчика положения ротора). ДПР реализует обратную связь по положению ротора, выполняет ту же функцию, что и коллектор в ДПТ.

Квантовый эффект Холла

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квази-двумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к квантовому эффекту Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Магнитосопротивление

Холл проводил опыты в надежде обнаружить возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, но в слабых полях не зарегистрировал его. Также оно не следует из теории металлов Друде, расчеты по которой приводились выше. Однако при более строгих расчетах и в сильных полях магнитосопротивление проявляется достаточно хорошо.

Применение

Датчик Холла, используемый для измерения силы тока в проводнике.

Эффект Холла, в некоторых случаях, позволяет определить тип носителей заряда (электронный или дырочный) в металле или полупроводнике, что делает его незаменимым методом исследования свойств полупроводников.

На основе эффекта Холла работают датчики Холла: приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля.

См. также

• Гальваномагнитные эффекты
• Термогальваномагнитные эффекты
• Эффект Нернста-Эттингсгаузена
• Эффект Риги-Ледюка
• Эффект Эттингсгаузена

Ссылки

• Эффект Холла — описание на Effects.ru.
• Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М., «Наука», главная редакция физико-математической литературы. — 1987.
• Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела.

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать курсовую

• Датура
• Датчик перемещения

Полезное

RS Компоненты | Промышленные, электронные продукты и решения

Компоненты РС | Промышленные, электронные продукты и решения

• Поддержка
• Откройте для себя
• для вдохновения
• Найдите местное отделение

Разделы нашей продукции:

• Аккумуляторы и зарядные устройства
• Соединители
• Дисплеи и оптоэлектроника
• Контроль электростатического разряда, чистые помещения и прототипирование печатных плат
• Пассивные компоненты
• Блоки питания и трансформаторы
• Raspberry Pi, Arduino и средства разработки
• Полупроводники

• Механизм автоматизации и управления
• Кабели и провода
• Корпуса и серверные стойки
• Предохранители и автоматические выключатели
• HVAC, вентиляторы и управление температурным режимом
• Освещение
• Реле и формирование сигналов
• Переключатели

• Доступ, хранение и обработка материалов
• Клеи, герметики и ленты
• Подшипники и уплотнения
• Инженерные материалы и промышленное оборудование
• Застежки и крепления
• Ручной инструмент
• Механическая передача энергии
• Сантехника и трубопровод
• Пневматика и гидравлика
• Электроинструменты, Пайка и сварка

• Компьютеры и периферия
• Уборка и техническое обслуживание помещений
• Офисные принадлежности
• Средства индивидуальной защиты и рабочая одежда
• Безопасность и скобяные изделия
• Безопасность сайта
• Испытания и измерения

Принцип работы, преимущества и области применения

Содержание

• Что такое датчик Холла?
• Как работает датчик Холла: принцип работы
• Преимущества и ограничения датчиков Холла
• Применение датчиков Холла

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла представляет собой тип твердотельного магнитного датчика, который может обнаруживать наличие и величину магнитного поля. Выходное напряжение датчика Холла прямо пропорционально напряженности магнитного поля.

В этой статье рассказывается о принципе работы датчика Холла, его преимуществах и областях применения.

Материалы

Вот список полупроводниковых материалов, которые мы можем использовать для производства датчиков Холла.

1. Арсенид галлия (GAAS)
2. Графен
3. Индий фосфид (INP)
4. Арсенид индейского арсенида (INAS)

Зал. Проблем

Проблема зале Стремирует.

Как работает датчик Холла: Принцип работы

Датчик Холла состоит из прямоугольного полупроводника р-типа.

В активном режиме через полупроводник всегда проходит непрерывный ток. Этот непрерывный ток приводит к движению электронов по прямой линии.

В присутствии магнитного поля движущиеся электроны в полупроводнике отклоняются от прямой линии из-за силы Лоренца. Степень движения электронов зависит от силы магнитного поля.

Движение электронов создает разность потенциалов внутри полупроводникового материала.

Разность потенциалов ∝ Непрерывный электрический ток и напряженность магнитного поля

Таким образом, датчик Холла определяет наличие и напряженность магнитного поля путем измерения разности потенциалов на полупроводниковом материале.

Южный полюс магнита рядом с датчиком Холла создает разность потенциалов, тогда как северный полюс не вызывает разности потенциалов.

Преимущества и недостатки датчиков Холла

Преимущества

• Низкая стоимость.
• Может определять величину и ориентацию магнитного поля.
• Бесконтактный режим.
• Низкие эксплуатационные расходы.
• Невосприимчивость к вибрации, пыли и воде.

Ограничения

• Требуется непрерывный входной ток
• Мы не можем использовать магнитные датчики в присутствии внешнего магнитного поля

Применение датчиков Холла

Датчики Холла применяются для определения положения, приближения, движения , определение скорости и определение тока. Вот список приложений датчиков холла.

Двоичный переключатель

MLX92242 Программируемый переключатель Холла 9Датчики Холла 0012 с определением порога могут работать как бинарные переключатели. Они применяются в пневматических цилиндрах, обнаруживают отсутствие бумаги в принтерах, обнаруживают Airpods в корпусе зарядного устройства и т. д.

Щелкните эту ссылку для получения дополнительной информации о программируемом переключателе Холла MLX92242.

Автомобильные приложения

Индикатор уровня топлива Датчик положения дроссельной заслонки Vishay

Датчики Холла используются в автомобильных устройствах для определения положения, расстояния и скорости. Вот список применений датчиков Холла в автомобилях.

• Индикаторы уровня топлива.
• Измерение положения дроссельной заслонки
• Электроника рулевого управления
• Датчики Холла определяют угол опережения зажигания в двигателях внутреннего сгорания.
• В ABS (антиблокировочная тормозная система)
• Определите положение автокресла для управления подушкой безопасности.
• Определение скорости вращения колеса

Трансформатор постоянного тока

Мы можем использовать датчики Холла для бесконтактного измерения постоянного тока путем измерения постоянного магнитного потока.

В смартфонах

Они используются в смартфонах для блокировки экрана, когда мы откидываем крышку смартфона, оснащенную магнитами.

В бесщеточных двигателях постоянного тока:

Датчик Холла в бесщеточном двигателе постоянного тока

Датчики Холла используются в бесщеточных двигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита.

Мы будем продолжать добавлять дополнительную информацию о датчиках Холла и их применении. Пожалуйста, добавьте свои предложения, комментарии или вопросы в поле для комментариев.