Датчик холла принцип действия: Датчики Холла. Виды и применения. Работа и подключения

Содержание

Датчик Холла — что это? Описание, принцип действия

Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.

Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.

В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.

Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).

Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.

В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.

Недостатки датчика

Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.

Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.

Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.

  • < Назад
  • Вперёд >

что это, как работает, где применяется, схема

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

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

Эффект Холла

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

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

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

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

Разновидности

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

Цифровые

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

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

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

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

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

Аналоговые или линейные

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

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

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

Датчик в автомобиле

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

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

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

Автомобильный датчик Холла и его принцип работы будут следующим:

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

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

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

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

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

Проверка работоспособности

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

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

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

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

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

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

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

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

Проверка электронного датчика

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

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

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

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

Далее необходимо собрать все элементы в единую схему:

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

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

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

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

Мобильный телефон

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

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

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

Заключение

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

Видео по теме

Датчик Холла – энциклопедия VashTehnik.ru

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

Датчики разного типа

Эффект Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Эффект Холла

Достоинства сенсоров Холла

Специалисты отмечают следующие ряд достоинств датчиков Холла:

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

Конструкция датчиков Холла

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

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

Особенности конструкции датчика

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

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

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

Применение датчиков Холла

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

    Применение датчика

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

Датчик холла назначение и принцип работы

На примере датчика Холла, применяемого в бесконтактной системе зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Датчик Холла предназначен для определения момента искрообразования в бесконтактной системе зажигания (БСЖ) автомобиля.

Принцип действия датчика Холла

Принцип действия датчика основан на эффекте Холла, когда магнитное поле проводника изменяется при прохождении в нем специального экрана с прорезями.

На практике это выглядит так: датчик Холла автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 установлен на опорной пластине трамблера и состоит из двух частей – магнита и элемента Холла с усилителем. На датчик Холла подается напряжение с коммутатора (вывод 5) через токовый красный провод. «Масса» так же с коммутатора – бело-черный провод с вывода 3. Магнит создает магнитное поле, элемент Холла принимает его, создает напряжение, которое усиливает усилитель и через зеленый импульсный провод напряжение подается на коммутатор (вывод 6).

Для изменения магнитного поля применяется экран с четырьмя прорезями, который вращается вместе с валом распределителя зажигания (трамблера) проходя между магнитом и принимающей частью датчика Холла. При прохождении в пазу датчика прорези экрана магнитное поле имеет определенную величину и соответственно датчик выдает на коммутатор электрический ток определенного напряжения (9-12 В). При прохождении в пазу датчика зубца экрана магнитное поле экранируется и не поступает на приемник датчика, при этом напряжение, поступающее на коммутатор, падает (0-0,5 В).

Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС 22-25 кВ (ток высокого напряжения). Ток через бронепровода попадает на распределитель трамблера и далее на свечи зажигания, производя разряд, поджигающий топливную смесь. Прохождение каждого из четырех зубцов экрана в прорези датчика соответствует такту сжатия в одном из четырех цилиндров двигателя.

Примечания и дополнения

— На эффекте Холла основан принцип действия еще нескольких автомобильных датчиков, например, датчика скорости инжекторных ВАЗ 21083, 21093, 21099.

Еще статьи по датчикам автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

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

Кратко о принципе работы

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

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

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

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

Типы и сфера применения

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

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

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

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

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.

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.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

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

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

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

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

Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

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

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

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

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

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

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

Среди элементов радиоэлектроники, автоматики, а также измерительной техники, датчик Холла, принцип работы которого основан на одноименном эффекте, занимает особое место. Смысл упомянутого эффекта заключается в том, что при помещении проводника в магнитное поле появляется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой будет перпендикулярным полю и току. Как же это используется в автомобиле?

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.


Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса

Классическое устройство датчика Холла на практике – тонкий полупроводниковый листовой материал. При прохождении через него постоянного тока на краях листа образуется сравнительно невысокое напряжение. Если под прямым углом поперек пластинки проходит магнитное поле, то на краях листа происходит усиление напряжения, которое находится в прямо пропорциональной зависимости с магнитной индукцией. Датчик Холла является одной из разновидностей датчиков импульсов, создающих электрические импульсы с низким напряжением. Благодаря своим качествам, этот элемент широко применяется в бесконтактных системах зажигания.

Мы рассмотрели, какой имеет датчик Холла принцип работы, схема его пока что нам не ясна. Она включает в свой набор постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой и стальной экран, имеющий прорези. Стальной экран через прорези осуществляет пропуск магнитного поля, благодаря чему в пластине из полупроводников начинает возникать напряжение. Сам экран не пропускает магнитного поля, поэтому, когда прорези и экран чередуются, происходит создание импульсов низкого напряжения.

При конструктивном объединении этого датчика с распределителем получается единое устройство – трамблер, выполняющий функции прерывателя-распределителя зажигания.

Датчик Холла и особенности эксплуатации

Когда в конструкции авто активно эксплуатируется датчик Холла, схема подключения его требует регулярных проверок и профилактического обслуживания. Главное еще и не навредить во время таких проверок, поэтому отсоединение разъема кабеля от датчика должно в обязательном порядке производиться при выключенном зажигании. Иначе элемент может просто выйти из строя, ремонтировать его нет смысла, потребуется замена.

Проверить правильность схемы можно следующим образом: при вращении коленчатого вала и, соответственно, вала распределителя должен попеременно загораться и гаснуть контрольный светодиод, указывающий на наличие сигнала. Запрещается проверять датчик с помощью обычной контрольной лампы. Особое внимание во время работы устройства следует обращать на чистоту и надежность в разъеме и контакте штекеров. Необходимо помнить, что датчик Холла нельзя использовать в обычной системе зажигания.

Несмотря на сложность процедуры проверки датчика Холла каждый может провести проверку самостоятельно, хотя объективность тестирования будет ниже. Например, можно воспользоваться мультиметром, установить работу прибора в режим вольтметра и измерить выходное напряжение, которое должно находиться в диапазоне от 0,4 до 11 В. Ну, а самый простой способ проверки это установка заведомо исправного датчика, если изменения будут очевидны, это повод отправиться в магазин за новым датчиком.

Автомобильный датчик Холла — принцип работы — Рамблер/кино

Конструкция современных транспортных средств только может показаться сложной. На самом деле автомобили, в большинстве своем, оснащаются механизмами, которые просты в работе и обслуживании. Среди них есть и особенно важные элементы, к каким можно отнести и датчик Холла. В машине он может устанавливаться в разных местах — датчик положения и движения коленвала, датчик положения распредвала, система ABS, ESP, VCS, PSM.

Датчик Холла определяет положение коленчатого и распределительного валов, что позволяет ему синхронизировать работу силового агрегата. Он же считывает и предоставляет информацию о точном времени впрыска топлива, в зависимости от положения поршней и клапанов. Если данные элементы не функционируют, сразу же появляются признаки, по которым можно определить неисправность.

Свое название данное устройство получило в честь изобретателя — Э.Холла. Он в конце 19 века сумел открыть эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля. Если пластину поместить в место, где периодически будет проходить магнит или предмет, способный поменять магнитное поле, на краях будут образовываться импульсы напряжения. Последние могут использоваться электроникой в качестве сигналов для дальнейших действий.

Главное преимущество датчика — отсутствие механически контактирующих элементов, что обеспечивает отсутствие износа и продолжительный срок службы. Эффект Холла начали массово применять в промышленности только во второй половине прошлого века. Свое место такое устройство нашло и в транспортном средстве. Его полезные свойства в системе зажигания нельзя не отметить.

Датчик Холла в современной машине установлен в корпусе трамблера, внутри которого предусмотрен вал. На последнем закрепляется пластина с определенным количеством сердечников, равным количеству цилиндров мотора. Она вращается синхронно с распредвалом и коленвалом и в определенный момент создает в сердечнике импульс электронапряжения. Он поступает в коммутатор системы зажигания, где применяется в целях управления катушкой. Этот импульс и считается главной точкой для последующего образования искры в свече. Система зажигания создает искру именно в тот момент, когда это требуется. В противном случае мотор просто не мог бы нормально работать.

Как проверить. Как и любой другой элемент, датчик Холла может выходить из строя. Признаки у такого дефекта есть — мотор не получается завести, на холостом ходу происходят просадки оборотов, во время движения автомобиль глохнет или дергается. Для проверки можно поставить датчик в другой автомобиль и посмотреть, как он будет работать. Есть еще один способ — провести замеры напряжения на выходе. В точке разрыва оно должно составлять 0.4 В, а в точке прохода пластины — 11 В.

Итог. Датчик Холла выполняет большую роль в системе зажигания. Без него мотор не будет работать стабильно, что сразу станет причиной провести диагностику. Сделать это можно двумя способами.

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 отключается (открывается), когда прикладывается отрицательное магнитное поле, а остается выключенной даже при снятии поля. 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 в себя усилитель для увеличения выходного напряжения, а также другую электронику преобразования сигнала для улучшения отклика датчика и компенсации температуры. последствия.

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.

Автор изображения: Texas Instruments

Руководство по эффекту Холла

— MagneLink, Inc.

Морин ВанДайк |

Более 100 лет назад был открыт эффект Холла. Однако только в последние три десятилетия было разработано практическое использование этого эффекта. Некоторые из его первых применений включают использование в микроволновых датчиках в 1950-х годах и твердотельных клавиатурах в 1960-х годах.С 1970-х годов датчики на эффекте Холла нашли свое применение в широком спектре промышленных и потребительских товаров, таких как швейные машины, автомобили, станки, медицинское оборудование и компьютеры.

Перед рассмотрением пяти основных промышленных применений датчиков Холла необходимо определить их, их функции и их различные классификации.

Что такое эффект Холла?

В 1879 году физик Эдвин Холл открыл влияние магнитных полей на полупроводники с однонаправленным током.Когда проводник и поле взаимодействуют перпендикулярно, измерение напряжения под прямым углом к ​​движению тока позже стало известно как эффект Холла.

Чтобы визуализировать этот эффект, представьте, что ток в проводнике течет по трубе. Магнитное поле будет толкать или притягивать воду к одной стороне трубы. Если представить воду и трубу как электричество по проводу, можно увидеть эффект Холла в действии. Частицы в токе и магнитном поле поддаются измерению.

В полупроводниковой промышленности эффект Холла позволил людям определить, переносится ли ток через материал положительными частицами (как в случае с полупроводниками) или отрицательными частицами (как в случае с металлами). В результате ученые классифицировали химические вещества, разработали усовершенствованные полупроводниковые материалы и измерили магнитные поля в различных средах.

Сегодня устройства на эффекте Холла обычно используются для измерения магнитных полей, наблюдая за их влиянием на известный ток.Поскольку магнитное поле может изменить течение однонаправленного тока, одна сторона провода будет иметь больший отрицательный заряд, чем другая сторона, и это изменение приведет к измеримому напряжению. Напряжение увеличивается пропорционально силе поля.

Применение эффекта Холла

Эффект Холла может применяться в исследованиях, на промышленных предприятиях, в коммерческих предприятиях, в автомобильной промышленности и т. д. Датчики Холла могут измерять напряжение, ток и магнитные поля при производстве, проверке и тестировании.Это некоторые из наиболее распространенных применений эффекта Холла.

Магнитометры

Магнитометры или датчики Холла измеряют напряженность магнитных полей, часто для постоянных магнитов при оценке инженерных проектов. Их также можно использовать для обнаружения утечки магнитного потока в трубах и резервуарах для хранения.

Обнаружение магнитного поля

Датчики магнитного поля и оборудование для обнаружения могут обнаруживать наличие магнитных полей и определять их величину.Как только поля обнаружены, триггер может передавать сигналы и данные или переключать питание на цепь.

Измерение и измерение тока и напряжения

Датчики

используют эффект Холла для обнаружения или измерения постоянных токов. Устройство Холла может обнаруживать наличие магнитного поля. В некоторых случаях прибор Холла может измерять напряжение и определять ток, отображая его в виде читаемого сигнала.

Определение положения и движения

В случае обнаружения магнитного поля эта функция широко используется в промышленном и коммерческом оборудовании и машинах.Преимущество датчика Холла состоит в отсутствии механически движущихся компонентов при обнаружении наличия магнитного поля. Они обычно используются в качестве концевых выключателей.

Сложные машины и транспортные средства также выигрывают от эффекта Холла. Когда они обнаруживают колебания напряжения, эти датчики передают сигналы, которые могут быть реализованы в тахометрах, антиблокировочных тормозных системах транспортных средств и погрузочно-разгрузочных агрегатах.

Момент зажигания

Способность эффекта Холла обнаруживать или контролировать движение имеет решающее значение для правильного опережения зажигания в двигателях внутреннего сгорания.Момент зажигания — это точный выброс искры в камеру сгорания в зависимости от положения поршня и соответствующего угла поворота коленчатого вала.

Что такое датчик Холла?

Датчики Холла

— это магнитные компоненты, которые преобразуют закодированную магнитным полем информацию, такую ​​как положение, расстояние и скорость, чтобы электронные схемы могли ее обрабатывать. Как правило, они классифицируются на основе их способа производства или средств работы.

Классификация выходов

Разделение датчиков Холла по выходному напряжению приводит к двум классификациям датчиков: цифровые датчики и аналоговые датчики.

Датчики Холла с цифровым выходом
Датчики Холла с цифровым выходом

в основном используются в магнитных переключателях для обеспечения цифрового выхода по напряжению. Таким образом, они подают в систему входной сигнал ВКЛ или ВЫКЛ.

Основным отличием датчика Холла с цифровым выходом является способ управления выходным напряжением. Вместо источника питания, обеспечивающего пределы насыщения, датчики с цифровым выходом имеют триггер Шмидта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю.Этот переключатель выключает выход датчика всякий раз, когда магнитный поток превышает предварительно установленные пределы, и снова включает его, когда поток стабилизируется.

Датчики Холла с аналоговым (или линейным) выходом

Датчик аналогового типа обеспечивает постоянное выходное напряжение, которое увеличивается, когда магнитное поле сильнее, и уменьшается, когда оно слабее. Таким образом, выходное напряжение или усиление аналогового датчика Холла прямо пропорционально интенсивности проходящего через него магнитного потока.

Классификация операций

Помимо классификации по выходу, датчики Холла можно разделить на категории в зависимости от способа работы, в том числе:

Биполярные датчики Холла

Это тип цифрового датчика, работающего с положительным или отрицательным магнитным полем.Либо положительное, либо отрицательное магнитное поле магнита активирует датчик. В этой конфигурации переключатель, использующий биполярный датчик Холла, срабатывает почти так же, как традиционный герконовый переключатель. Однако переключатель на эффекте Холла имеет дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии механических контактов, что делает его более надежным в суровых условиях.

Униполярные датчики Холла

В отличие от биполярного датчика, этот тип цифрового датчика срабатывает только от одного полюса (северного или южного) магнита.Использование униполярного датчика Холла в переключателе позволяет сделать настройку более конкретной и активировать его только при воздействии на определенный магнитный полюс.

Прямой и вертикальный угловые датчики Холла

Более совершенные датчики на эффекте Холла фокусируются на компонентах магнитного поля, отличных от полюсов. Например, датчики прямого угла измеряют значения синуса и косинуса магнитного поля, а датчики вертикального угла анализируют компоненты магнитного поля, параллельные, а не перпендикулярные плоскости чипа.

Пять основных областей применения датчиков Холла

Датчики Холла

находят широкое применение в пяти основных отраслях промышленности, а именно:

Автомобили и автомобильная безопасность

Автомобильная промышленность и индустрия безопасности автомобилей используют как цифровые, так и аналоговые датчики на эффекте Холла в различных приложениях.

Примеры применения цифровых датчиков Холла в автомобильной промышленности:

  • Датчик положения сиденья и ремня безопасности для управления подушкой безопасности
  • Определение углового положения коленчатого вала для регулировки угла зажигания свечей зажигания

Некоторые примеры использования датчиков аналогового типа включают:

  • Мониторинг и контроль скорости вращения колес в антиблокировочных тормозных системах (ABS)
  • Регулирование напряжения в электрических системах

Бытовая техника и товары народного потребления

Производители бытовой техники и потребительских товаров интегрируют различные типы датчиков Холла в различные конструкции изделий.Например:

  • Цифровые униполярные датчики помогают стиральным машинам сохранять баланс во время стирки.
  • Аналоговые датчики служат в качестве датчиков наличия источников питания, индикаторов управления двигателем и отключений электроинструментов, а также датчиков подачи бумаги в копировальных машинах.

Мониторинг жидкости

Цифровые датчики Холла

обычно используются для контроля скорости потока и положения клапана в производстве, водоснабжении и очистке, а также в нефтегазовых операциях.В приложениях для мониторинга жидкости аналоговые датчики на эффекте Холла также используются для определения уровней давления на мембране в мембранных манометрах.

Автоматизация зданий

При автоматизации зданий подрядчики и субподрядчики интегрируют как цифровые, так и аналоговые датчики Холла.

Цифровые датчики приближения часто используются в конструкции:

  • Механизм автоматического смыва туалета
  • Автоматические мойки
  • Автоматические сушилки для рук
  • Системы безопасности зданий и дверей
  • Лифты

Аналоговые датчики используются для:

  • Освещение с датчиком движения
  • Камеры обнаружения движения

Персональная электроника

Это еще одна область, где популярность как аналоговых, так и цифровых датчиков Холла продолжает расти.

Приложения для цифровых датчиков включают:

  • Устройства управления двигателем
  • Механизмы синхронизации в фотооборудовании

Применение аналоговых датчиков включает:

  • Дисководы
  • Защита блока питания

Свяжитесь с MagneLink сегодня

Как указано выше, датчики на эффекте Холла — как аналоговые, так и цифровые — находят применение в широком спектре устройств, оборудования и систем в различных отраслях промышленности.

В MagneLink мы разрабатываем и производим высококачественные магнитные переключатели, в том числе переключатели, в которых используются датчики Холла. Чтобы узнать больше о наших переключателях Холла и их применении, свяжитесь с нами сегодня.


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 90 237 −4 90 238 В 90 235 с 90 236 , 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, как 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 датчика 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 бесколлекторном управлении двигателем постоянного тока благодаря их следующим характеристикам:

  • Малое время отклика (<5 мкс)
  • Возможность обнаружения высоких скоростей (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».

Датчик Холла: схема применения, работа

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что при прохождении магнитного поля через проводящую пластину с током в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, на пластине возникает потенциал напряжения.Сила Лоренца, изображенная на верхней панели, является основным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла. Когда электрон движется в направлении, перпендикулярном приложенному магнитному полю B, на него действует сила, называемая силой Лоренца, которая перпендикулярна как приложенному полю, так и протекающему току.

Датчик Холла (или просто датчик Холла) — это датчик, использующий эффект Холла для обнаружения наличия и амплитуды магнитного поля. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально напряженности поля.В этой статье вы узнаете определение, области применения, схему, принцип работы, преимущества и недостатки датчика Холла.

Подробнее: Датчик положения распределительного вала

Что такое датчик Холла?

Магнитный датчик представляет собой разновидность датчика Холла. Датчик Холла — это преобразователь, реагирующий на изменения магнитного поля изменением выходного напряжения. Это электронное устройство, которое обнаруживает эффект Холла и преобразует его результаты в электронные данные, которые затем можно использовать для включения и выключения цепи, измерения флуктуирующего магнитного поля, обработки встроенным компьютером или отображения на интерфейсе. .

Когда магнит помещается перпендикулярно проводнику с током, электроны в проводнике отталкиваются в одну сторону, что приводит к разности потенциалов заряда (т. е. напряжения). Таким образом, на наличие и амплитуду магнитного поля вблизи проводника указывает эффект Холла.

Применение датчика Холла

Датчик Холла обычно применяется в следующих случаях:

  • Датчики Холла используются в таких приложениях, как определение приближения, определение местоположения, определение скорости и определение тока.
  • Датчики Холла
  • часто используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для тахометров или определения времени зажигания двигателей внутреннего сгорания.
  • Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
  • Обнаружение движущегося элемента вместо механического концевого выключателя является распространенным применением. Индексация вращательного или поступательного движения — еще одно распространенное использование.

Подробнее: Датчик положения коленчатого вала

Схема датчика Холла:

принцип работы

При работе датчика Холла тонкий прямоугольный полупроводниковый материал p-типа, такой как арсенид галлия (GaAs), антимонид индия (InSb) или арсенид индия (InAs), пропускает через себя непрерывный ток, образуя датчик Холла. .Линии магнитного потока воздействуют на полупроводниковый материал, когда устройство помещается в магнитное поле, отклоняя носители заряда, электроны и дырки по обе стороны от полупроводниковой пластины. Магнитная сила, с которой сталкиваются носители заряда при прохождении через полупроводниковый материал, заставляет их двигаться.

Накопление носителей заряда создает разность потенциалов между двумя сторонами полупроводникового материала, поскольку электроны и дырки мигрируют в стороны.Существование внешнего магнитного поля под прямым углом к ​​полупроводниковому материалу затем влияет на прохождение электронов через него, и это влияние выше в плоском материале прямоугольной формы. Эффект Холла является результатом использования магнитного поля для создания напряжения, поддающегося количественной оценке.

Линии магнитного потока должны быть перпендикулярны (90°) к току и иметь правильную полярность, часто южный полюс, чтобы создать разность потенциалов на устройстве. Эффект Холла показывает тип магнитного полюса, а также величину магнитного поля.Например, южный полюс заставляет устройство создавать выходное напряжение, тогда как северный полюс не влияет. При отсутствии магнитного поля датчики и переключатели на эффекте Холла должны находиться в положении «ВЫКЛ» (состояние разомкнутой цепи). При воздействии магнитного поля соответствующей силы и полярности они включаются (состояние замкнутой цепи).

Подробнее: Знакомство с автомобильными датчиками

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о датчике Холла:

Преимущества и недостатки датчика Холла

Преимущества:

Ниже приведены преимущества датчика Холла в различных областях его применения:

  • По сравнению с электромагнитными выключателями стоит совсем недорого.
  • Возможна работа на высокой частоте.
  • Может использоваться для различных целей, включая датчики смещения, положения и приближения.
  • Прочный и долговечный, он может выдерживать суровые условия.
  • Поскольку они устойчивы к влаге, они идеально подходят для различных применений.
  • Нет проблем с отскоком контакта.

Подробнее: Понимание работы автомобильного мозга

Недостатки:

Единственный недостаток датчика Холла — из-за несоосности контактов в элементе Холла и пьезорезистивных эффектов датчик становится слабым.

Заключение

Датчик Холла (или просто датчик Холла) — это тип датчика, который использует эффект Холла для обнаружения наличия и амплитуды магнитного поля. Выходное напряжение датчика Холла пропорционально напряженности поля. Это все, что касается этой статьи, в которой обсуждаются определение, применение, схема, работа, преимущества и недостатки датчика Холла.

Я надеюсь, что вы многому научитесь из прочитанного, если да, поделитесь с другими учениками.Спасибо за чтение, увидимся!

Каков принцип работы датчиков Холла, обычно используемых в автомобилях?

Как поставщики датчиков Холла , поделитесь с вами.

Датчик Холла — это электронный компонент, который часто используется в автомобилях. И что принцип работы датчика Холла, на какие типы он делится и какие конкретные варианты использования существуют, многие друзья могут быть не знакомы с ним. Сегодня редакция намерена поговорить с вами о содержании датчика Холла. исходя из этих пунктов.Эта идея также из-за практической проблемы столкнулся с редактором некоторое время назад, что побудило редактора узнать более. Я также делюсь некоторыми своими поверхностными знаниями со всеми.

Датчик Холла

Как работает датчик Холла

Прежде всего, начнем с принципа работы датчика Холла. Этот знания легко найти в Интернете, и суть их в знаниях, которые мы учили в средней школе физику — магнитоэлектрический эффект.Проще говоря, когда на носители в твердом материале действует внешнее магнитное поле, они отклонится под действием силы Лоренца. Отклоненный носители собираются с обеих сторон, образуя разность потенциалов. Этот потенциал разница в напряжении Холла.

Используйте изображение, чтобы описать этот процесс следующим образом:

Это изображение было найдено в Интернете. Он очень интуитивно понятен и показывает направление движения носителей и формирование напряжения Холла при взглянуть мельком.

В то же время мы также можем интуитивно видеть через это, что Холл датчик должен быть запитан, иначе он не будет работать.

Многих друзей это может не волновать, поэтому мы немного подчеркнем это.

Накопление носителей может генерировать напряжение Холла, но генерируемое напряжение очень маленькое, и нет возможности напрямую подать его. Какой-то усилитель цепи должны быть добавлены для усиления, прежде чем его можно будет использовать. Что касается того, как проектирование усилительной схемы выходит за рамки данной статьи, мы не будем повтори это.

Однако следует отметить, что датчик Холла с усиленной конструкцией может выходные цифровые сигналы, которые мы часто называем высоким и низким уровнем состояние, которое также является наиболее широко используемым.

Наша компания также продает датчик Холла . Свяжитесь с нами.

Как работают датчики Холла?

Датчики Холла представляют собой магнитные датчики, которые выдают электрический сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля вокруг них.Затем электрический сигнал обрабатывается специальной схемой для получения требуемого выходного сигнала. Это бесконтактные датчики, что означает, что им не нужно вступать в контакт с каким-либо физическим элементом для генерации выходного сигнала, поскольку они зависят от магнитных полей. Это бесконтактное обнаружение дает им большое преимущество перед другими обычными типами датчиков физического контакта, такими как концевые выключатели. Прежде чем понять внутреннюю работу этих датчиков, нам нужно понять эффект Холла , основной принцип, по которому работают эти датчики.

Эффект Холла

Если у вас есть базовое представление о магнетизме и о том, как он работает, вы знаете, что протекание тока по проводу создает вокруг него магнитное поле. Чтобы лучше понять, если вы обхватите рукой провод с током так, чтобы ваш большой палец указывал в направлении тока, направления остальных ваших пальцев покажут направление магнитного поля. Это известно как закон Эрстеда.

Рисунок 1: Закон Эрстеда

Теперь, когда мы знаем об этой важной концепции магнетизма, мы можем двигаться дальше, чтобы понять, что именно представляет собой эффект Холла.Возьмем проводящую пластину и приложим к ней напряжение. Как и в любом другом проводнике, ток начнет течь от одного конца батареи к другому через проводящую пластину. Носители заряда будут течь почти по прямой линии от одного конца пластины к другому концу, генерируя ток в противоположном направлении в соответствии с обычным протеканием тока. И, как объяснялось выше с помощью закона Эрстеда, мы знаем, что этот поток тока будет индуцировать магнитное поле вокруг нашей проводящей пластины.Направление создаваемого здесь магнитного поля показано стрелками.

Рисунок 2: Ток через пластину в отсутствие внешнего магнитного поля

Но что, если я поднесу магнит к этой пластине? Это интересная часть! Это внешнее магнитное поле будет взаимодействовать с существующим магнитным полем вокруг пластины. Это вызовет нарушение прямолинейного потока носителей заряда, отклоняя отрицательно заряженные электроны к одной стороне пластины и отклоняя положительно заряженные дырки к другой стороне проводящей пластины в зависимости от полярности внешнего магнитного поля.Сила, толкающая носители заряда к сторонам пластины, возникает из-за взаимодействия двух магнитных полей и известна как сила Лоренца.

Рисунок 3: Ток через пластину с внешним магнитным полем

Если мы измерим напряжение на сторонах, где отклонились носители заряда, мы заметим, что на ней присутствует чрезвычайно малая разность потенциалов. Генерация этого измеряемого напряжения на пластине известна как эффект Холла и представлена ​​VH на изображении выше.

Работа датчиков Холла

Рис. 4: Схема датчика Холла

На Рис. 4 показаны основные компоненты внутри датчика Холла. Во-первых, есть регулятор напряжения, который доводит напряжение питания до допустимого уровня для схемы. Затем это регулируемое напряжение подается на тонкую прямоугольную полупроводниковую пластину p-типа, обычно состоящую из арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs). Эта полупроводниковая пластина известна как элемент Холла .Привлечение внешнего магнитного поля к датчику создает небольшую разность потенциалов на других концах элемента Холла, известную как напряжение Холла . Это напряжение чрезвычайно мало, и его трудно обнаружить, обычно в микровольтах (мкВ), даже при воздействии сильных магнитных полей. Чтобы решить эту проблему, датчики на эффекте Холла состоят из дифференциального усилителя с высоким коэффициентом усиления. Сгенерированное напряжение Холла затем подается на вход усилителя, который выдает усиленное напряжение, которое изменяется в зависимости от напряженности магнитного поля.Иногда в цепи присутствует триггер Шмитта, в зависимости от типа датчика Холла.

Классификация датчиков Холла

Датчики Холла классифицируются на основе их аналогового или цифрового выхода. Выходные сигналы для аналоговых или линейных датчиков Холла снимаются непосредственно с выхода операционного усилителя. Выход в этом случае прямо пропорционален магнитному полю, проходящему через датчик.На рисунке ниже показано, как происходит увеличение выходного напряжения усилителя с увеличением магнитного поля, пока оно не достигнет пределов насыщения, наложенных на него из-за источника питания.

Рис. 5: Связь между магнитным полем и выходным напряжением

Датчик Холла с аналоговым выходом можно преобразовать в датчик с цифровым выходом, добавив схему триггера Шмитта на выходе усилителя. Триггер Шмитта сравнивает выходной сигнал усилителя с двумя предустановленными или пороговыми значениями.Если вход выше верхнего порогового значения, он выдает высокий логический уровень. Если вход ниже нижнего порогового значения, он выдает сигнал низкого логического уровня. Когда вход находится между двумя пороговыми значениями, выход сохраняет свое текущее значение. Эта характеристика триггера Шмитта позволяет получать цифровые сигналы на выходе датчика Холла, логические 0 или 1.

Рис. 6: Выход схемы триггера Шмитта Датчики воздействия без каких-либо движущихся частей делают их не требующими технического обслуживания, так как они не изнашиваются.Они также невосприимчивы к вибрации, пыли и воде. Это делает их отличным выбором для различных приложений, таких как:

  • Бесщеточные двигатели постоянного тока для определения положения постоянных магнитов и соответствующего переключения токов.
  • Датчики вращения и вала для расчета числа оборотов в минуту и ​​определения направления движения.
  • Измерение тока в токоизмерительных клещах.
  • Датчик углового положения коленчатого вала для зажигания свечей зажигания в транспортных средствах.
  • Обнаруживает любую поверхность, не касаясь ее.

Что такое датчики Холла?

Технология магнитного восприятия, изобретенная американским физиком Эдвином Холлом в 1879 году. Принцип эффекта Холла представляет собой дифференциальное напряжение, возникающее в проводнике с током при приложении перпендикулярного магнитного поля. Напряжение является результатом силы Лоренца от приложенного магнитного поля, которая заставляет электроны тока концентрироваться на одном конце проводника и создавать разность потенциалов между двумя концами.

При отсутствии магнитного поля текущее распределение электронов однородно, а напряжение Холла равно нулю. При приложении магнитного поля текущее распределение электронов нарушается, что приводит к ненулевому напряжению Холла, пропорциональному перекрестному произведению тока и приложенного магнитного поля. Ток обычно фиксирован, что приводит к прямой зависимости между напряжением Холла и приложенным магнитным полем.

 

 

 

Преимущества датчика Холла

Вывод на рынок более интеллектуальных, высокопортативных продуктов по доступным ценам жизненно важен для компаний, работающих в современных секторах транспорта, автоматизации, промышленности и электроники.Но каковы преимущества датчика Холла? Датчики Холла обладают рядом характеристик, которые могут помочь инженерам и дизайнерам разрабатывать высокопроизводительные изделия размером с пинту. Примеры включают:

  • Долгий срок службы
  • Надежность
  • Работа в неблагоприятных условиях
  • Настоящий твердотельный
  • Доступный
  • Универсальный
  • Без движущихся частей
  • Минимальное энергопотребление
  • Малый размер
  • Датчик расстояния
  • Работает при экстремальных температурах

Применимое использование

Предлагая низкое энергопотребление и способность выдерживать суровые условия при небольшой занимаемой площади, датчики на эффекте Холла экономичны и универсальны.Они используются в различных приложениях, включая следующие:

  • Технологические и упаковочные машины
  • Электроника
  • Морские суда
  • Сельскохозяйственная техника
  • Компьютеры
  • Бытовая техника
  • Швейные машины
  • Автомобили
  • Самолет
  • Строительное оборудование
  • Станки
  • Медицинское оборудование
  • Сборочные линии и конвейерные системы
  • Инспекционное оборудование

Удовлетворение потребностей ваших датчиков

Компания Sensor Solutions предлагает широкий выбор датчиков Холла.В том числе:

  • Одноканальные переключатели на эффекте Холла
  • Одноканальные защелки на эффекте Холла
  • Двухканальные переключатели на эффекте Холла (выходы северного и южного полюсов)
  • Квадратурные магнитные датчики
  • Магнитные датчики скорости и направления
  • Датчики переключения скорости
  • Одноканальные датчики зубчатых колес
  • Квадратурные зубчатые датчики
  • Зубчатые датчики скорости и направления
  • Цифровые и аналоговые датчики приближения
  • Датчики углового положения

Имея многолетний опыт производства датчиков Холла, компания Sensor Solutions располагает запасами, способными удовлетворить ваши потребности и работать в рамках графика и бюджета вашего проекта.

 

Нажмите здесь, чтобы вернуться к указателю заметок по применению

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.