Принцип работы датчика холла в автомобиле: Автомобильный датчик Холла — принцип работы

Принцип работы датчика Холла

Устройство системы зажигания на карбюраторных автомобилях, принципы работы и устройство всех основных элементов, в том числе и датчика Холла.

Система зажигания выполняет важную функцию — создание искры в цилиндрах с целью воспламенения топливной смеси в связи с чередованием работы двигателя. Ярко выражена эта система на карбюраторных автомобилях, в тот момент, как на инжекторных она всего лишь часть системы управления двигателем.

Разделить системы зажигания по принципу работы можно на три ступени (системы):

• Контактная.
• Бесконтактная.
• Электронная.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Как ни странно, несмотря на возраст с момента появления тех самых автомобилей, на которых и есть эта система широко распространены никак не худший и лучший варианты, а именно средний — система бесконтактного зажигания. И самым любопытным ее элементом является датчик холла, принцип работы которого мы и будем разбирать в этой статье. Кстати, это любопытное изобретение применяется не только с системе зажигания, но и в еще массе приборов и систем, но об этом несколько позже.

Содержание

1. Назначение и устройство датчика Холла
2. Особенности использования в автомобиле
3. Проверка датчика на работоспособность

Назначение и устройство датчика Холла

Название датчик берет от фамилии своего изобретателя. Именно он заметил, что если в созданное каким-то образом магнитное поле поместить металлическую пластину пот электрическим напряжением, то такие действия вызовут появление импульсов и электроны в этой пластине примут траекторию отклонения перпендикулярно направления самого магнитного потока. В зависимости от полярности магнитного поля, а из еще школьного курса физики мы знаем, что полярности у любого магнита бывают положительными и отрицательными, соответственно + и -, изменяется направление отклонения от поля. Эдаким образом, изменяется плотность электронов с разных сторон этой самой пластинки, что само по себе создает разность потенциалов электродвижущей силы.

Принцип работы датчика Холла и лежит в мягком и ровном улавливании этой разницы, неизменно это как для системы зажигания ваших «Жигулей», так и для космического ракета-носителя, на котором тоже приходится улавливать немало импульсов.

Особенности использования в автомобиле

В автомобиле действия этого датчика также распространяются на измерение импульсов. Конструктивно датчик Холла в автомобиле представляет собой набор элементов:

• Постоянный магнит.
• Стальной экран, имеющий несколько прорезанных ровных отверстий.
• Полупроводниковые пластины.

Датчик действия импульсов принципиально основан на изменении индукции элемента, который очень чувствителен к этим изменениям. Когда изменяется индукция изменяется и зазор в том самом экране, то есть между ферромагнитным объектом и чувствительным элементом.

Все это отображает положение распределительного вала и коленчатого вала, что и обозначает момент подачи искры. Это простейший датчик.

Оптический прибор действия импульсов имеет несколько более сложное строение. Он имеет привод своего действия и берет начало в коленчатом валу. Этот датчик импульсов конструктивно объединён в одно целое с блоком распределителя в бесконтактной системе. Он напоминает своим видом на прерыватель. В этой системе на прорезанные отверстия стального экрана движется магнитное поле, благодаря чему повышается напряжение в системе полупроводников. Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются.

Проверка датчика на работоспособность

Когда появляется некая загвоздка в работе системы зажигания проконтролировать необходимо все элементы, и датчик Холла в этот перечень тоже входит. Ну, самый простой способ продиагностировать непосредственно датчик — заменить его на новый. Если неисправности в работе мотора пропали, то все ясно.

Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Сделаем его сами. Все, что нам понадобится это кусок провода и колодка с тремя штекерами от распределителя зажигания. Также можно взять обычный мультиметр и проверить датчик, если датчик не работает, то тестер нам покажет менее половины одного Вольта. Еще один способ заключается в подведении концов любого провода к выводам коммутатора — если искра есть, то все нормально.

В целом придумать можно разные способы для проверки датчика Холла, однако, лучше при малейшем подозрении просто заменить его, отремонтировать его все равно в тысячу раз дольше и сложнее.

Устройство, принцип работы датчика Холла, его применение в автомобиле

Сегодня роль электроники в автомобилестроении трудно переоценить. Автоматика оперативно контролирует и управляет всеми агрегатами современного автомобиля, обеспечивая их максимальную эффективность при высокой надёжности.

Но это возможно только при наличии достаточного количества датчиков, сообщающих электронному блоку управления множество различных параметров для выработки управляющих сигналов.

Одно из таких устройств в современном двигателе – датчик Холла. Принцип его функционирования основан на эффекте отклонения электронов в проводнике под воздействием силы Лоренса, возникающей при взаимодействии магнитного поля с движущимися заряженными частицами.

Если через две стороны плоского прямоугольного проводника помещённого плоскостью перпендикулярно силовым магнитным линиям пропускать электрический ток, то в результате их взаимодействия с электронами на двух других сторонах прямоугольника появляется электрический потенциал.

Причём сторона, куда отклоняются электроны, зависит от направления силовых магнитных линий. В результате этого эффекта создаётся плюсовой и минусовой полюс выходного потенциала.

Величина его небольшая – до 100 милливольт, и зависит от силы протекающего тока и напряжённости поля. Но этого вполне достаточно для того, чтоб электронная схема смогла его зарегистрировать.

Добавление к чувствительному элементу полупроводниковой схемы позволило создать компактный прибор, свободный от недостатков контактного прерывателя, создающего так называемый «дребезг» во время замыкания или размыкания. Благодаря сравнительно низкой цене при небольших размерах датчики Холла применяются весьма широко.

Например, для бесконтактного измерения тока, индикации или измерения уровня магнитного поля, а также в ноутбуках либо телефонах-раскладушках для отключения питания при закрывании крышки.

В автомобилестроении датчики Холла используются преимущественно для определения положения коленчатого вала, при котором следует подавать высоковольтный импульс создающий разряд на свече зажигания.

РАЗНОВИДНОСТИ ДАТЧИКОВ ХОЛЛА

По типу исполнения датчики бывают:

• аналоговыми;
• дискретными.

Первый тип просто генерирует двухполярный потенциал, пропорциональный напряженности и направлению магнитного поля, либо однополярный, показывая лишь его абсолютное значение. Подобные аналоговые приборы используют как измерительные.

Дискретные (цифровые) датчики разделяются на однополярные, включающиеся или выключающиеся при наличии либо отсутствии магнитного поля, и биполярные, реагирующие включением на один полюс, и выключением на другой полюс магнита.

Как правило, автомобильный датчик Холла состоит из постоянного магнита, находящегося на определённом расстоянии от чувствительного элемента, и микросхемы, усиливающей сигнал с него. Ротор из ферромагнетика (сталь, железо), своими лопастями периодически перекрывают магнитное поле между магнитом и чувствительным элементом.

Если поле не перекрыто ротором, микросхема генерирует сигнал единицы, близкий по напряжению к питающему уровню бортовой сети. Когда лопасть ротора перекрывает магнитное поле, сигнал на выходе микросхемы близок к нулю.

В системах зажигания, используются цифровые датчики с высокой стабильностью включения, непосредственно коммутирующие напряжение питания. По сравнению с обыкновенными контактными прерывателями датчики Холла характеризуются повышенной чувствительностью к электромагнитным помехам, что устраняется помещением их в магнитный экран из магнитомягкого материала (пермаллоя).

Электронная схема также несколько снижает его надёжность. Но всё это окупается высочайшей стабильностью срабатывания, а значит момента зажигания и возможностью качественной его регулировки.

КАК БЫСТРО ПРОВЕРИТЬ ДАТЧИК ХОЛЛА

Иногда в процессе эксплуатации возникают неисправности, требующие проверки работоспособности датчика Холла. Вот типовые признаки подобных дефектов:

• мотор плохо запускается, вообще не заводится или самопроизвольно глохнет;
• обороты коленчатого вала нестабильны, заметны рывки при работе.

Способов проверки существует несколько:

1. Простейший – заменить на заведомо исправный прибор. Не слишком эон дорог, чтобы было накладно всегда при себе иметь запасной.

2. Мультиметром в режиме вольтметра. Датчик при этом должен быть стандартно подключен к массе (клемма «-» аккумулятора) и клемме «+» аккумулятора. Для проверки подключают щупы вольтметра к общему проводу и сигнальному контакту датчика.

Перекрывая зазор датчика куском железной или стальной пластины, например, лезвием ножа наблюдаем за показаниями вольтметра. При отсутствии пластины напряжение должно быть равно примерно 0,4 В, при наличии – 11 В.

Более сложные способы проверки для любителей не подходят , посему они здесь не приводятся, а для специалистов подобные описания излишни.

  *  *  *

© 2014-2023 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Материалы

***

Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности

Датчики Холла обычно используются для измерения силы магнитного поля и силы тока . Их приложения включают бесконтактное определение линейных перемещений , угловое позиционирование , скорость, скорость вращения и направление, с преимуществом долговременной работы с низким износом. Датчики Холла в автомобильных приложениях с их многочисленными функциями обнаружения движения и позиционирования в последние годы можно широко использовать.

Они также стали третьим наиболее распространенным сенсорным продуктом в транспортных средствах.

Реальное применение датчиков в автобусах. В целях обеспечения безопасности пассажиров водителю не нужно находиться рядом с дверями, чтобы убедиться, что они надежно закрыты. Вместо этого датчики на эффекте Холла могут отслеживать это по наличию магнитного поля и изменениям уровней напряжения между дверями и дверными коробками.

Рисунок 1: Датчики Холла используются для обеспечения безопасного закрытия дверей автобусов

Помимо автобусов, датчики Холла в автомобилях также доказали свою пригодность для устойчивой мобильности, в том числе в гибридных (ГЭМ) и электромобилях (ЭМ). Например, они помогают в переходе от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом в автомобилях. В связи с растущим в последние годы спросом на устойчивую мобильность ожидается, что к 2026 году рынок HEV и EV вырастет на 64 миллиарда долларов9.0011

В этой статье мы представим обзор применения датчиков Холла в автомобильной промышленности.

Что такое эффект Холла?

Названный в честь Эдвина Холла (7 ноября 1855 — 20 ноября 1938), американский физик открыл эффект Холла в 1879 году, когда работал над докторской диссертацией. Во время его экспериментов тонкий золотой лист (элемент Холла) помещали на стеклянную пластину, и золото снималось в различных точках тонкого листа проводящего материала. Он обнаружил, что существует разность потенциалов (напряжение Холла) на противоположных сторонах листа, где протекал электрический ток, в результате магнитного поля, перпендикулярного золотому листу.

На чем основан датчик Холла?

Когда электрический ток протекает через полупроводниковый материал, электроны внутри него будут двигаться по естественной прямой линии. Однако, если на проводник действует магнитное поле, сила Лоренца, действующая по правилу правой руки (см. рис. 2), заставляет движение электронов изменить свое направление. Сила Лоренца заставляет электроны двигаться в одну сторону проводника, в результате чего в проводнике возникает разность потенциалов, называемая напряжением Холла U

Н .

Рисунок 2: Принцип работы датчика Холла

Напряжение Холла можно описать следующим уравнением:

I _e представляет ток питания в элементе Холла, а B обозначает плотность магнитного потока, d для толщины образца и A _H для так называемой постоянной Холла.

Напряжение Холла U _H  прямо пропорционально входному току I _e  и напряженности магнитного поля B. Датчики Холла используют этот факт для измерения широкого спектра параметров, таких как сила тока, скорость или положение.

Какие существуют типы датчиков Холла?

Существует два основных типа датчиков Холла: аналоговые и цифровые.

Рисунок 3: Классификация датчиков Холла

Аналоговые датчики

В аналоговых датчиках, также известных как линейные датчики Холла, напряжение напрямую зависит от силы магнитного поля. Таким образом, чем выше напряженность магнитного поля, тем выше выходное напряжение с датчика.

Существует два типа аналоговых датчиков: линейные интегральные схемы (линейные ИС) и элементы на эффекте Холла.

Линейные ИС

Линейные ИС состоят из регулятора напряжения, полупроводникового элемента Холла и усилителя с высоким коэффициентом усиления. У них нет триггера Шмидта или переключателя выходного транзистора, поэтому напряжение берется напрямую с операционного усилителя. Использование постоянного магнита или электромагнита может генерировать выходное напряжение. Выходное напряжение датчика ограничено напряжением питания, что может привести к напряжению насыщения при достижении пика.

Элементы на эффекте Холла

Элементы на эффекте Холла применяются для получения выходного напряжения путем обнаружения магнитного поля. Температурные характеристики и чувствительность выходного напряжения зависят от типа материала полупроводниковой пленки, используемого в элементах Холла. Элементы типа арсенида галлия (GaAs) обеспечивают стабильные температурные характеристики, а элементы типа антимонида индия (InSb) обеспечивают сверхчувствительность.

Благодаря непрерывному линейному выходу они полезны при измерении расстояний и вращательных перемещений. Мало того, что они могут распознавать состояния «включено» и «выключено», они также могут производить аналоговый сигнал, пропорциональный силе магнитного поля. Аналого-цифровой преобразователь, который может быть встроен в датчик, может преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые.

Цифровые датчики

Цифровые датчики имеют два выходных состояния: «включено» и «выключено». Они включаются, если обнаруживают наличие магнитного поля (состояние разомкнутой цепи), и будут «выключаться», когда магнитная сила не обнаруживается (состояние замкнутой цепи).

В дополнение к регулятору напряжения, элементу Холла и усилителю с высоким коэффициентом усиления цифровые датчики имеют триггер Шмитта. Триггер обеспечивает гистерезис и уменьшает колебания выходных сигналов при перемещении датчиков вокруг магнитного поля. Когда датчики соприкасаются с магнитом, внешнее магнитное поле, а также выходной сигнал цифрового датчика Холла увеличиваются до тех пор, пока не достигают предела мощности.

Существует два типа цифровых датчиков: униполярные и биполярные.

Униполярный цифровой датчик Холла

Униполярный тип цифрового датчика Холла срабатывает при появлении магнитного поля одной полярности. Таким образом, если используется магнит противоположной полярности по отношению к датчику, устройство вообще не будет обнаруживать его. И для работы и запуска устройства требуется только магнитный южный полюс.

Биполярный цифровой датчик Холла

Биполярный тип цифрового датчика Холла активируется, когда электромагнит создает определенный полюс, и деактивируется, когда применяется противоположная полярность. В отличие от униполярного типа, биполярные датчики Холла требуют, чтобы южный магнитный полюс приводил их в действие, а северный магнитный полюс — для их отключения.

Узнав о принципах работы датчиков Холла, давайте взглянем на некоторые из их распространенных применений в современной автомобильной промышленности!

Каково применение датчиков Холла в автомобилях?

Датчики Холла имеют большое значение в автомобилях с бензиновым/дизельным двигателем, гибридных или электрических автомобилях.

Они обеспечивают важные механизмы безопасности, предотвращая электростатический разряд от опасности воспламенения искры, обратной полярности автомобильных аккумуляторов и тепловой перегрузки двигателя, а также обнаруживают неисправности путем отслеживания условий перегрузки по току и срабатывания цепей защиты.

Кроме того, они используют сложную силовую электронную схему для регулирования потока электроэнергии по всему транспортному средству. Это важно для HEV и EV, поскольку для обеспечения эффективной работы различным системам требуются датчики электрического тока, включая приложения с двигателем переменного тока и преобразователем постоянного тока в постоянный. Таким образом, применение датчиков на эффекте Холла может улучшить работу двигателя за счет обеспечения полосы пропускания, времени отклика, снижения шума и стабильного электрического сигнала в различных режимах работы двигателя.

Датчики на эффекте Холла также способствовали переходу от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом. Например, в традиционных двигателях внутреннего сгорания ремень вентилятора используется для управления вентилятором охлаждения, работающим непрерывно при работающем двигателе, а также насосами гидроусилителя руля и другими нагрузками с ременным приводом. Заменив приводы с ременным приводом электродвигателями, можно добиться лучшего управления приводами и энергоэффективности.

Датчики Холла выполняют широкий спектр функций. Некоторые распространенные датчики включают:

• Датчик парковки: Они обнаруживают препятствия и измеряют расстояние между объектами и автомобилем во время парковки, тем самым своевременно предупреждая водителя.
• Датчик частоты вращения двигателя: Они обеспечивают входные данные для органов управления автомобилем и измеряют частоту вращения двигателя путем обнаружения катушек в коленчатых валах.
• Датчик скорости колеса: Эти датчики отслеживают скорость каждого колеса, когда автомобиль выполняет повороты. Антиблокировочная тормозная система также использует этот датчик.
• Датчик положения коленчатого вала: Помогают рассчитать точное время подачи топлива или начала зажигания для современных автомобильных двигателей, чтобы гарантировать высокую скорость, высокую мощность при низком расходе топлива и низком уровне выбросов.
• Датчик положения клапана рециркуляции отработавших газов: Датчики помогают регулировать количество отработавших газов, поступающих в цилиндры и выходящих из автомобиля.
• Выключатель замка ремня безопасности: Помогают определить, занято ли сиденье.
• Датчик управления подушкой безопасности: Эти датчики определяют положение автомобильного сиденья для правильного срабатывания защиты подушки безопасности.
• Датчик уровня жидкости стеклоочистителя: Измеряют уровень жидкости в бачке. Таким образом, сигнальная лампа предупредит водителя о низком уровне.
• Датчик управления аккумуляторной батареей : Датчики контролируют расход/силу тока во время зарядки электромобилей, а также состояние аккумуляторной батареи в рамках системы управления аккумуляторной батареей.

Каковы преимущества использования датчиков Холла в автомобилях?

По сравнению с другими датчиками, такими как датчики переменного магнитного сопротивления, автомобильные датчики Холла имеют следующие преимущества:

• Это компактные устройства, установка которых проста в различных местах автомобиля.
• Благодаря своим бесконтактным функциям датчики Холла подвержены низкому износу . Например, вращающийся датчик Холла, используемый в двигателе внутреннего сгорания, не будет подвергаться механическому износу или изменению значений сопротивления.
• Они могут обеспечивать стабильную работу при температуре окружающей среды около 150°C и могут выдерживать высокую температуру вокруг двигателя.
• Имеют низкий риск возгорания при установке в автомобиле, даже при контакте с прерывателем системы зажигания.
• Они эффективно функционируют в различных условиях окружающей среды и устойчивы к вибрациям, влаге и пыли .
• По сравнению с традиционными датчиками датчики на эффекте Холла занимают небольшую площадь и могут облегчить измерение тока на стороне высокого и низкого уровня, уменьшая пространство, необходимое для печатной платы .
• Благодаря интеграции электроники обработки сигналов и преобразователя датчики скорости на эффекте Холла имеют низкую восприимчивость к электромагнитным помехам .
• По сравнению с датчиками скорости с переменным магнитным сопротивлением датчики скорости на эффекте Холла могут лучше обнаруживать неподвижные препятствия , а также цели, движущиеся с низкой скоростью.

Каковы ограничения использования датчиков Холла в автомобилях?

Как и в случае любой другой технологии, применение датчиков Холла в автомобилях имеет определенные ограничения. Вот некоторые из них:

• По сравнению с обычным электромагнитным датчиком датчик Холла имеет дороже вообще стоимость.
• Датчики обычно обнаруживают расстояние не более 10 см, если они не оснащены очень сильным магнитом для создания широкого магнитного поля.
• Несмотря на низкую восприимчивость, помехи от двигателя тем не менее могут повлиять на работу датчика и измерение тока.
• Высокая температура в выхлопной системе может повлиять на сопротивление проводника и, следовательно, на чувствительность датчиков.

Заключение

Благодаря своим функциям обнаружения движения и позиционирования датчики Холла зарекомендовали себя как важные компоненты автомобилей. Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности, особенно в устойчивой мобильности, продемонстрировало их хорошие характеристики и высокую надежность даже в суровых условиях окружающей среды, несмотря на некоторые ограничения.

ChenYang Technologies предлагает широкий ассортимент различных датчиков Холла для различных областей применения. Основываясь на требованиях, ChenYang Technologies предоставляет клиентам наилучшее решение для их приложений. Мы можем предоставить даже продукцию на заказ с особыми требованиями.

Посетите веб-сайт нашей компании http://www.chenyang-gmbh.com для получения дополнительной информации.

Узнайте больше о принципах работы датчиков тока на эффекте Холла.

Узнайте больше о датчиках и системах управления батареями в электромобилях.

Литература:

AG, I. T. (без даты). Магнитные датчики положения . Инфинеон Технологии. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.infineon.com/cms/en/product/sensor/ Magnetic-sensors/ Magnetic-position-sensors/ 9.0011

АКМ. (н.д.). Типы и принципы работы элементов зала . АКМ. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.akm.com/eu/en/products/hall-sensor/tutorial/hall-elements/#:~:text=A%20Hall%20element%20is%20an и %204%20in%20Рисунок%201a

Allegro MicroSystems. (н.д.). Измерение тока на эффекте Холла в электрических и гибридных транспортных средствах. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.allegromicro.com/en/Insights-and-Innovations/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications/Hall-Effect-Current-Sensing-In-Electric. -И-Гибридные-Транспортные средства

АЗОСЕНСОРЫ. (2019, 4 сентября). Знакомство с датчиками Холла . Получено 1 августа 2022 г. с https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=16

Эмилио, доктор медицины (3 июня 2020 г.). Устройство Холла для критического автомобильного зондирования . Новости силовой электроники. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.powerelectronicsnews.com/hall-sensor-for-critical-automotive-sensing/

Фальченко, А., Аноним, и Хоа, Н. Д. (2022, 19 января). Датчик Холла: Принцип работы, виды, применение, как проверить . АвтоТачки. Получено 1 августа 2022 г. с https://avtotachki.com/en/chto-takoe-bekontaktnaya-sistema-zazhiganiya-avtomobilya/

Петрук О. , Шевчик Р., Чук Т., Струпински В. , Салах Дж., Новицкий М., Пастернак И., Винярски В. и Тшинка К. (2014). Тестирование чувствительности и напряжения смещения в датчиках Холла из графена. Последние достижения в области автоматизации, робототехники и измерительных технологий , 631–640. https://doi.org/10.1007/978-3-319-05353-0_60

Попович Р.С., Ранджелович З. и Маник Д. (2001). Встроенные магнитные датчики на эффекте Холла. Датчики и приводы A: физический , 91 (1–2), 46–50. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(01)00478-2

Проектирование энергосистем. (н.д.). Измерение тока на эффекте Холла в Hevs и evs. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.powersystemsdesign.com/articles/hall-effect-current-sensing-in-hevs-and-evs/35/5367

Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH. (2021, 24 июня). Датчики Холла в автомобильной промышленности – подходят для различных параметров . Получено 18 июля 2022 г. с https://www.rutronik.com/article/detail/News/hall-sensors-in-automotive-applications-suitable-for-a-variety-of-parameters/

Sensor Solutions Corp. , (nd). Магнитные датчики для автомобильной и тяжелой техники . Получено 1 августа 2022 г. с https://sensorso.com/automotive-heavy-equipment.html

Treutler, CPO (2001). Магнитные датчики для автомобильных приложений. Датчики и приводы A: Физические , 91 (1–2), 2–6. https://doi.org/10.1016/s0924-4247(01)00621-

Датчики эффекта Холла и их применение

С тех пор как Эдвин Холл открыл эффект, названный в его честь эффектом Холла, этот принцип использовался во многих приложений за последние полвека, и список продуктов, основанных на эффекте Холла, продолжает расти, от автомобилей до самолетов, от посудомоечных машин до стиральных машин, от станков до медицинского оборудования. Эффект Холла — идеальная технология, которую можно использовать для распознавания. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала или полупроводника. Выходные соединения элемента Холла перпендикулярны направлению протекания тока. Когда он присутствует в магнитном поле, носители заряда испытывают силу, называемую силой Лоренца, поперек направления приложенного магнитного поля и тока. Эффект силы Лоренца, действующей на носители заряда, заключается в отклонении носителей заряда в одну сторону для создания напряжения ЭДС (электродвижущей силы), напряжения Холла на элементе Холла, как показано ниже. Напряжение Холла пропорционально напряженности приложенного магнитного поля.

Были изобретены различные типы датчиков Холла, такие как переключатели на эффекте Холла, защелки на эффекте Холла и линейные датчики на эффекте Холла. Эти датчики на эффекте Холла широко используются во многих продуктах, таких как бытовая техника, торговые автоматы, банкоматы, медицинское оборудование, автомобили, оборудование для фитнеса, токоизмерительные клещи, копировальные машины, средства автоматизации и т. д. Блок-схема управления (Mouser.com)

Традиционные автокресла с ручной регулировкой постепенно были заменены автокреслами с электронным управлением. Датчики Холла и электродвигатели широко используются для обеспечения автоматического управления водителями и пассажирами и регулировки их сидений. Комфорт автокресел был очень важным фактором, влияющим на наше впечатление от поездки. Кроме того, простая, быстрая и точная регулировка сиденья обеспечивает водителю более безопасную, комфортную и удобную рабочую среду. Сложная система управления сиденьем, сочетающая в себе ИИ (искусственный интеллект), позволяет глубоко изучить стиль, позу и жесты водителя, чтобы предоставить водителю эргономически здоровую систему взаимодействия человека и машины.

В настоящее время электрическое сиденье автомобиля в основном состоит из внутреннего двигателя, датчика Холла, механизма регулировки положения сиденья, схемы привода двигателя и однокристального микрокомпьютера. Среди них двигатель соединен с механизмом регулировки положения сиденья, образуя силовую часть; и одночиповый микрокомпьютер подключен к схеме управления двигателем и датчику Холла, чтобы сформировать часть автоматического управления. В приведенных выше разделах датчик Холла может измерять внешний вращающийся вал двигателя и передавать импульсный сигнал на однокристальный микрокомпьютер. Микрокомпьютер с одним чипом может получать информацию о вращении двигателя, связанную с импульсным сигналом, путем подсчета импульсных сигналов, то есть информацию о текущем положении сиденья. Когда сиденье отрегулировано на месте и двигатель выключен, однокристальный микрокомпьютер может сохранить число импульсов, соответствующее этому положению.

Водитель может выбрать, установить ли текущее положение в состояние по умолчанию, тем самым заменив исходную информацию о положении по умолчанию. Когда сиденье наклонено вперед и назад, схема привода вызывает микрокомпьютер с одним чипом для управления двигателем вперед и назад, а микрокомпьютер с одним чипом регулирует количество импульсов, полученных датчиком Холла в исходном процессе (по умолчанию). position соответствует номеру импульса) на основе операций сложения и вычитания для получения информации о положении сиденья по умолчанию.
TI DRV5057-Q1 — линейный датчик Холла с ШИМ-выходом для автомобильных приложений, таких как определение положения, тормоз, ускорение, педали сцепления, переключатель передач, положение дроссельной заслонки, а также многие другие приложения абсолютного углового кодирования. DRV5057-Q1 реагирует пропорционально плотности магнитного потока, чтобы точно обнаруживать небольшие изменения углового положения. Устройство работает от источников питания 3В или 5В. Когда он не находится в магнитном поле, его выход представляет собой прямоугольную волну с рабочим циклом 50%. Выходной рабочий цикл изменяется линейно по отношению к приложенной плотности магнитного потока, и линейность может поддерживаться с магнитным полем от 8% до 92%.

Texas Instruments DRV5057-Q1TI DRV5057-Q1 Отклик магнитного поля на выходе ШИМ

Управление зажиганием двигателя

С развитием автомобильных двигателей в направлении высокой скорости, высокой степени сжатия, высокой мощности, низкого расхода топлива и низкого уровня выбросов , традиционные устройства зажигания не смогли удовлетворить требования использования. Основными компонентами устройства зажигания являются катушка зажигания и коммутационное устройство. Когда энергия катушки зажигания увеличивается, свеча зажигания может генерировать искры с достаточной энергией. Это основное условие приспособления устройства зажигания к работе современных двигателей. Основной принцип, по которому датчики Холла могут быть приняты большинством производителей автомобилей в качестве воспламенителей, заключается в следующем:

Генератор сигналов на эффекте Холла является активным устройством, для работы ему необходимо обеспечить питание, питание интегрированного блока Холла обеспечивается воспламенителем. Коллектор выходного электрода ИМС Холла представляет собой открытый вывод, а сопротивление нагрузки коллектора элемента Холла задается в запальнике.

Генератор сигналов на эффекте Холла имеет три провода и подключен к воспламенителю, один из которых является проводом ввода питания, один проводом вывода сигнала, а другой проводом заземления. Когда распределитель работает, лопасть вращается вместе с валом распределителя. Всякий раз, когда лопасть входит в воздушный зазор между элементами на эффекте Холла постоянного магнита, магнитное поле в блоке Холла срабатывает за счет обхода лопасти рабочего колеса (или магнитной изоляции), элемент на эффекте Холла не генерирует напряжение Холла при этом время выходной транзистор интегральной схемы отключается, и генератор сигналов выдает высокий потенциал.

Когда лопасть спускового колеса выйдет из воздушного зазора, магнитный поток постоянного магнита образует петлю через направляющую пластину через блок коллектора. В это время элемент Холла формирует напряжение Холла, триод выходного полюса интегральной схемы находится в проводящем состоянии, выходной сигнал генератора низкий потенциал. Когда задний край выреза крыльчатки поворачивается так, что открывается только половина поверхности магнитного полюса, напряжение на конце выходного сигнала мгновенно переходит от низкого потенциала к высокому потенциалу, и это момент зажигания. Непрерывно выходной сигнал датчика представляет собой последовательность импульсов ШИМ с импульсами, переключающимися от почти 0 В до примерно 2,5 В. Частота переключений увеличивается с увеличением оборотов двигателя.

Катушка-распределитель на эффекте Холла (от Pico Technology) Принцип работы катушки-распределителя на эффекте Холла (от Pico Technology)

Массажное кресло

Melexis без печатной платы 2-проводной датчик положения двигателя сиденья на эффекте Холла — автомобильное автомобильное сиденье ControlMelexis без печатной платы 2-проводной датчик положения мотора сиденья на эффекте Холла

С быстрым ростом нашей экономики условия нашей жизни значительно улучшились, но мы всегда заняты учебой и работой весь день. Обычно мы проводим много времени в офисе, сидя за столом, что заставляет нас чувствовать усталость в конце дня. Мы хотим, чтобы наше тело полностью обновилось. Один из самых простых способов быстро расслабить тело — массажное кресло. С массажным креслом вы можете остаться дома и отдохнуть в течение еще одного свежего дня.
Массажное кресло управляется микроконтроллером для выполнения сложных движений и задач планирования времени. Узел движения для массажа спины перемещается вперед и назад между верхней точкой хода и нижней точкой хода в направляющей рамы для массажа спины. Для того, чтобы движение массажа спины могло точно определить верхнюю и нижнюю точки перемещения, массажное кресло оснащено постоянным магнитом в каждой из верхней и нижней точек перемещения, а в движении массажа спины установлен датчик защелки на эффекте Холла. сборка.
Таким образом, постоянные магниты и датчики защелки на эффекте Холла в верхней и нижней точках перемещения составляют два набора датчиков на эффекте Холла: при массаже спины движение механизма происходит снизу до верхнего предела перемещения, датчик-защелка на эффекте Холла срабатывает от магнитного поля постоянного магнита, установленного в верхней точке перемещения, относительное положение массажного механизма является выходом в виде напряжения; также, когда механизм массажа спины перемещается сверху вниз при ходе вниз, его датчик Холла срабатывает под действием магнитного поля постоянного магнита, установленного в точке хода вниз Датчик Холла выводит относительное положение массажа спины механизм в виде напряжения.

Управление посудомоечной машиной

Замечания по применению Littelfuse – Магнитные датчики в посудомоечных машинах

С постоянным повышением уровня жизни людей уровень интеллекта электрических приборов становится все выше и выше. Во многих семьях используются полностью автоматические бытовые посудомоечные машины, которые могут полностью заменить ручную мойку посуды, палочек, тарелок, ножей, вилок и другого столового инвентаря.

В настоящее время представленные на рынке автоматические посудомоечные машины можно разделить на два типа: бытовые и коммерческие. Полностью автоматические бытовые посудомоечные машины в основном бывают корпусного, настольного, раковинного и встроенного типа. В соответствии со структурой коммерческие посудомоечные машины можно разделить на пять категорий: тип корпуса, тип крышки, тип корзины, тип ременной передачи и ультразвуковой тип. Для таких мест, как рестораны, отели и правительственные столовые, он очень подходит для коммерческих посудомоечных машин. Это может снизить трудоемкость поваров, повысить эффективность работы и улучшить преимущества чистоты и гигиены.
Какую роль Холл играет в полностью автоматической посудомоечной машине? Его можно использовать для управления вращением разбрызгивателя, который обычно представляет собой свободно вращающееся вращающееся устройство, приводимое в действие как горячей, так и холодной водой под высоким давлением. Крайне важно следить за тем, чтобы разбрызгивателю не мешала неуместная посуда или посуда в корзинах. Когда разбрызгиватель неожиданно останавливается, он очищает посуду только там, где остановился. Если разбрызгиватель приводится в действие электродвигателем, его остановка может привести к длительному сгоранию двигателя. Переключатель с защелкой на эффекте Холла используется для защиты разбрызгивателя. Когда разбрызгиватель с установленным на нем магнитом проходит мимо переключателя на эффекте Холла, переключатель срабатывает для вывода низкого уровня сигнала, и он выдает высокий уровень, когда магнит проходит мимо переключателя. Если MCU контроллера посудомоечной машины не обнаруживает активации переключателя в течение заданного времени, он запускает подпрограмму защиты, чтобы либо остановить машину, либо выдать сигнал тревоги и предупредительный световой сигнал. В посудомоечной машине датчики Холла также можно использовать для дверной защелки и системы шкафчиков, переключателей потока воды и лотка для мыла/смягчителя воды.

Положение бесщеточного двигателя постоянного тока

Управление бесщеточным двигателем постоянного тока Honeywell с датчиками положения на эффекте Холла

Бесщеточный двигатель постоянного тока состоит из корпуса двигателя и привода и представляет собой типичный продукт мехатроники. Обмотки статора двигателя в основном выполнены в виде трехфазной симметричной звезды, что очень похоже на трехфазный асинхронный двигатель. Ротор двигателя склеен с постоянными магнитами, которые были намагничены. Для определения стабильности ротора двигателя в двигатель устанавливается датчик положения.
Драйвер состоит из силовых электронных устройств и интегральных схем. Его функции: принимать сигналы пуска, останова и торможения двигателя, управлять пуском, остановом и торможением двигателя; принимать сигнал датчика положения, а также сигналы прямого и обратного хода для управления. Включение-выключение каждой силовой трубки регулируемого моста создает непрерывный крутящий момент; он принимает команды скорости и сигналы обратной связи по скорости для управления и регулировки скорости; обеспечивает защиту и отображение и т. д.

Двигатели постоянного тока имеют быстрый отклик, большой пусковой момент и могут обеспечивать номинальный крутящий момент от нулевой скорости до номинальной скорости, но преимущества двигателей постоянного тока являются также и его недостатками, поскольку двигатели постоянного тока должны обеспечивать постоянное вращение при номинальной нагрузке. Характеристики момента, магнитного поля якоря и магнитного поля ротора должны поддерживаться на уровне 90°, для чего необходимы угольные щетки и коллекторы. Угольная щетка и коллектор производят искры и угольный порошок при вращении двигателя. Таким образом, в дополнение к повреждению компонентов, случаи использования также ограничены. Электродвигатели переменного тока не имеют угольных щеток и коллекторов. Они не требуют обслуживания, прочны и широко используются. Однако для достижения производительности, эквивалентной характеристикам двигателей постоянного тока, требуются сложные методы управления. В настоящее время полупроводники быстро развиваются, и частота переключения силовых компонентов намного выше, что повышает производительность приводных двигателей. Скорость микропроцессора также становится все быстрее и быстрее, чего можно достичь, поместив управление двигателем переменного тока во вращающуюся двухосную прямоугольную систему координат, чтобы правильно контролировать составляющую тока двигателя переменного тока по двум осям для достижения аналогичного двигателя постоянного тока. управления и эквивалент двигателя постоянного тока.

Измерение тока

Линейные датчики Холла Infineon для измерения тока

Магнитный сердечник представляет собой натяжную конструкцию, устройство Холла помещается в отверстие магнитного сердечника, а кольцевой магнитный сердечник зажимается снаружи провода через по которому течет измеряемый ток, и ток, протекающий через него, может быть измерен. Эти токоизмерительные клещи могут измерять как переменный, так и постоянный ток. Токоизмерительные клещи могут использоваться для определения случайного тока различных источников питания и электрооборудования.

Принцип измерения токоизмерительных клещей переменного/постоянного тока обычно используется для измерения постоянного тока. Поскольку токоизмерительные клещи переменного тока не могут использовать метод электромагнитной индукции. Датчик Холла размещается, как показано на рисунке ниже. Создаваемый магнитный поток пропорционален основным постоянным и переменным токам в головке зажима. Это датчик Холла, который определяет магнитный поток и преобразует его в выходное напряжение.

Управление фонтаном

С развитием общества ритм жизни людей постепенно увеличивается, а качество жизни постоянно улучшается. Появление питьевых фонтанчиков изменило традиционный способ питья. Традиционная форма кипячения в чайнике постепенно заменяется водой из бочек или водопроводными питьевыми фонтанчиками. Использование питьевых фонтанчиков не только экономит время и силы, но и гарантирует безопасность питьевой воды. Это устройство для нагрева или охлаждения бочковой минеральной или чистой воды, чтобы облегчить людям питье. На самом деле, внутренняя структура диспенсера для воды очень проста, в основном она состоит из таких устройств, как бак для приема воды, водопроводная труба, нагревательный бак, стерилизационное устройство, выключатель питания и таймер.

Принцип работы: Когда вода проходит через узел ротора, магнитный ротор вращается, выдавая импульсный сигнал, а скорость изменяется линейно с расходом. Переключатель Холла выдает соответствующий импульсный сигнал на контроллер, чтобы определить размер и наличие расхода воды. Отрегулируйте ток пропорционального клапана, чтобы контролировать расход воды через пропорциональный клапан.

Расходомер воды на эффекте Холла

Здравоохранение – Измерение артериального давления

Измерение артериального давления обычно делится на два типа, один из которых представляет собой традиционный метод аускультации, а другой — осциллометрический метод, то есть метод колебаний, который используется в электронных приборах для измерения артериального давления. Электронный сфигмоманометр — это медицинский прибор, в котором для измерения артериального давления используются современные электронные технологии и принцип непрямого измерения артериального давления. По мере развития технологий измерение крови без манжеты становится более популярным, чем другие традиционные методы измерения крови. Носимый пульсиметр магнитоплетизмограммы (MPG) на запястье был разработан для контроля артериального давления с использованием датчика Холла, воспринимающего магнитное поле.