6Фев

Датчик холла на: принцип работы, как проверить своими руками, применение

Содержание

принцип работы, как проверить своими руками, применение

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

Кратко о принципе работы

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

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U

холла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

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

Типы и сфера применения

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

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

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

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

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

Пример использования аналогового элемента

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

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.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

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.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

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.

Датчик Холла — принцип работы


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

Содержание:

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

Датчик Холла, что это такое

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

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

Применение датчика в автомобиле

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

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

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

Преимущества автомобильного датчика Холла

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

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

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

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

Зажигание с датчиком Холла

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

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

Подключение и проверка датчика Холла

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

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

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

Читайте также:


Датчик Холла — описание, схема, как проверить и заменить

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

В конце статьи смотрите видео-инструкцию по самостоятельной замене Датчика Холла.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

  • одна соединяется с «массой»,
  • ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
  • с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

  1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
  2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
  3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
  4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео.

Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

  1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо «родного». Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
  2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
  3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Датчик Холла — Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла


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

Эффект Холла

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

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

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

где

Supply Voltage — напряжение питания датчика

Ground — земля

Voltage Regulator — регулятор напряжения

А — операционный усилитель

Hall Sensor — собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch — выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

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

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

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

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

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

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

Униполярные

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

Биполярные

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

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

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

Кстати, читайте про биполярный транзистор.

А вот и видео работы

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

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков


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

Применение цифровых датчиков


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

Заключение

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

Приобрести датчик эффектов Холла тут.

Датчик холла принцип работы: устройство и схема

Как работает датчик холла

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

Общий принцип

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

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

Чертеж шторки ДХ

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

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

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

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

Расшифровка или принцип современной БСЗ выглядит так:

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

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

Принцип работы регулятора холла

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

Разновидности ДХ

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

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

Разновидности датчика холла

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

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

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

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

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

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

Датчик холла систем зажигания автомобиля

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

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

Преимущества ДХ

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

Датчик холла моделирование

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

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

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

Интеграция и проверка

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

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

Проверка и замена датчика холла

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

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

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

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

Датчик Холла | Электротехническая Компания Меандр

СНЯТО С ПРОИЗВОДСТВА АНАЛОГОВ НЕТ

ВИКО-Х-102-М8

 

  • Диаметр корпуса 8мм

  • Диапазон питающего напряжения DC5…24В

  • Рабочая зона  0…10мм

  • Высокая частота переключения 320кГц

  • Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

  • Защита от переполюсовки питающего напряжения

  • Большой ресурс срабатываний

  • МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

 

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

 Бесконтактный датчик ВИКО-Х-102-М8 (далее датчик) предназначен для работы в составе устройств индикации оборотов валов с высокой скоростью вращения, объектов сложной формы из ферромагнитных материалов (зубчатых колёс), в качестве датчика скорости для двигателей с возбуждением на постоянных магнитах. Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя в системах автоматических приводов.
 

РАБОТА ДАТЧИКА

 Принцип работы датчика основан на эффекте Холла — изменение характеристик чувствительного элемента при воздействии внешнего магнитного поля.
 При увеличении внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение коммутационного состояния выключателя. Дальнейшее увеличение магнитного поля не влияет на состояние выключателя. При уменьшении напряжённости магнитного поля происходит обратный процесс и выключатель возвращается в исходное состояние.
 При входе в чувствительную зону объекта из ферромагнитного материала, уменьшается напряжённость внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика. Дальнейшее уменьшение  напряжённости магнитного поля не влияет на состояние выхода. При удалении объекта из чувствительной зоны, напряжённость магнитного поля возрастает и происходит обратный процесс – выключатель возвращается в исходное состояние.

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр

Ед.изм.

Значение

Тип исполнения по принципу действия

 

Эффект Холла

 

Напряжение питания

В

DC5…24

Напряженность магнитного поля

мТ

22

Номинальный ток нагрузки

мА

200

Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более

В

1,5

Ток потребления, не более

мА

8

Расстояние воздействия, Sn

мм

0…10

Максимальная частота переключения

кГц

320

Регулировка чувствительности

 

нет

Степень защиты датчика

 

IP67

Схема подключения

 

трёхпроводная

Способ подключения

 

кабель 3×0,2 мм2  — 2м

Температура окружающей среды

0C

-25…+70

Материал корпуса

 

Латунь (ХРОМ)

Масса, не более

кг

0,1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

 

Серия ВИКО-Х

М

А

Б

В

Г

Д

Е

ВИКО-Х-102-М8

8х1

35

28

2,5

7

12

 

ТУ 4218-004-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

 

Наименование

Заказной код

(артикул)

Файл для скачивания

(паспорт)

Дата файла

ВИКО-Х-102-М8

4640016932979

13.04.2015

 

Что такое датчик Холла в смартфоне и зачем он нужен

В каждом современном смартфоне устанавливается свыше 5 вариантов датчиков: температурный (до 10 штук), оптический, G-сенсор, акселерометр, гироскоп, сканер отпечатка пальца, датчик Холла. И с предназначением именно последнего у пользователей нередко возникают вопросы.

Что это за датчик

Производителями указывается, что датчик Холла в телефоне необходим для измерения параметров магнитного поля – это требуется для нормальной работы навигации и ускорения «холодного» пуска GPS. И он косвенно позволяет определять свойство ферромагнетизма окружающих материалов, как полноценный металлоискатель.

В смартфонах используется упрощённая вариация датчика, который не умеет определять напряжённость (хотя в старых смартфонах были и полнофункциональные, например, в Motorola XT894). Зато он реагирует на полярность составляющих магнитного поля Земли.

Что такое в смартфонах датчик Холла, отлично знают ещё владельцы гаджетов от Samsung – именно в устройствах данного производителя его функционал раскрывается полностью. Например, в смартфонах серии Galaxy Note сенсор дисплея меняет режимы работы в зависимости от того, вытащен ли стилус S-Pen (он снабжён магнитом).

Как работает датчик Холла

Принцип работы основан на эффекте Холла (назван в честь учёного, который и открыл данное явление).

Его ключевые особенности:

  1. В проводнике, через который течёт постоянный ток, помещенный в магнитное поле, на краях возникает разница положительного и отрицательного потенциалов.
  2. Процесс перемещения электронов к одной из граней проводника происходит до тех пор, пока движение заряженных частиц не компенсируется силой Лоренца (от магнитного поля).

Датчик, устанавливаемый в смартфонах, считывает следующие значения: наличие или отсутствие разницы потенциала, а также на каких краях возникает скопление электронов.

Для чего он нужен в телефоне

Итак, разберёмся, зачем необходим датчик Холла в смартфоне:

  1. Для взаимодействия с магнитным чехлом. С помощью магнитного сенсора телефон «понимает», в каком сейчас положении защёлка. Если открыта, то дисплей тут же включается. Если закрыта – выключается. Помогает быстро прочитать уведомления или посмотреть время, для чего в остальных смартфонах требуется нажимать клавишу разблокировки.
  2. Для навигации. В зависимости от того, на каких гранях проводника возникает разница потенциала, телефон определяет полярность магнитного поля земли. Так работает цифровой компас. По точности он не уступает аналоговому.
  3. Для определения положения смартфона в пространстве. И исходя из полученных данных устройство «поворачивает» изображение на дисплее. А во флагманских моделях от Samsung эта информация используется ещё для определения оптимальных параметров ISO при включённой камере (за счёт определения положения относительно плоскости земли).

Кстати, он использовался даже в старых кнопочных «звонилках», преимущественно – в «раскладушках». Дисплей включался автоматически только при открытии такого телефона.

Принцип взаимодействия с магнитным чехлом

Взаимодействие с магнитными чехлами – самый распространённый вариант использования датчика Холла.

Работает следующим образом:

  1. Когда дисплей закрыт чехлом, он отключается или переходит в режим показа времени и текущих уведомлений (если такая функция предусмотрена встроенной ОС, в самом чехле имеется вырез или «окошко»).
  2. Когда дисплей не закрыт чехлом, то он работает в привычном режиме.

Магнит, на который и реагирует смартфон, размещается в лицевой защитной части чехла, прикрывающей дисплей. Когда чехол раскрывают, то магнит перемещается в сторону, что и считывает телефон. Если магнит извлечь, то смартфон реагировать на чехол не будет.

Отключение датчика

Отключить датчик с помощью настроек нельзя – такой функции ни в Андроиде, ни в iPhone не предусмотрено. В некоторых моделях ZTE производитель самостоятельно добавлял такую возможность. Ещё сделать это можно при наличии прав root (для Android-девайсов) через установку модуля Xposed. Но смысла в этом мало, так как датчик Холла потребляет мизерное количество тока (примерно 0,05% от ёмкости АКБ за весь цикл разрядки). Если нужно отключить взаимодействие с чехлом, то проще из него вытащить магнит.

Итак, датчик используется для измерения полярности магнитного поля. Применяется преимущественно для взаимодействия с фирменными аксессуарами (чехлы, стилусы, клавиатуры) и для работы цифрового компаса. Возможно, в ближайшем будущем производители найдут и иные варианты его использования. Например, в Китае предлагали с его помощью определять радиационный фон (при его воздействии тоже меняется полярность на проводнике).

Что такое датчик Холла?

Датчик на эффекте Холла — это электронное устройство, предназначенное для обнаружения эффекта Холла и преобразования его результатов в электронные данные, для включения и выключения цепи, для измерения переменного магнитного поля, для обработки с помощью встроенного компьютера. или отображается в интерфейсе. В 1879 году ученый Эдвин Холл обнаружил, что если магнит поместить перпендикулярно проводнику с постоянным потоком тока, электроны, протекающие внутри проводника, притягиваются в одну сторону, создавая разность потенциалов в заряде (т.е. Напряжение). Таким образом, эффект Холла указывает на наличие и величину магнитного поля вблизи проводника.

Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения таких переменных, как близость, скорость или смещение механической системы. Датчики на эффекте Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны контактировать с физическим элементом. Они могут генерировать цифровой (включенный и выключенный) или аналоговый (непрерывный) сигнал в зависимости от их конструкции и предполагаемой функции.

Переключатели и защелки на эффекте Холла включены или выключены. Переключатель на эффекте Холла включается при наличии магнитного поля и выключается при удалении магнита. Защелка на эффекте Холла включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля и остается включенной даже при удалении магнита. При наложении отрицательного магнитного поля защелка на эффекте Холла отключается (открывается) и остается выключенной даже после удаления магнита.

Линейные датчики Холла (аналоговые) обеспечивают точные и непрерывные измерения на основе напряженности магнитного поля; они не включаются и не выключаются.В датчике на эффекте Холла элемент Холла передает разность электрических потенциалов (напряжение, вызванное магнитными помехами) в усилитель, чтобы сделать изменение напряжения достаточно большим, чтобы оно было воспринято встроенной системой.

Датчики

на эффекте Холла используются в сотовых телефонах и GPS, сборочных линиях, автомобилях, медицинских устройствах и многих устройствах IoT. Ожидается, что рынок датчиков на эффекте Холла будет расти более чем на 10% в год и к 2026 году достигнет 7,55 млрд долларов.

Датчики на эффекте Холла | ИС Холла

Hall Effect Sensors
DRV5013BCELPE Датчик Холла Биполярная защелка 3,3 В / 5 В / 9 В / 12 В / 15 В / 18 В / 24 В 3-контактный TO-92 в большом количестве

872 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Биполярная защелка -180 180 2,5 38 3500 -40 ~ 150 Навалом 3 TO-92 Нет Нет NO
VG481V1 Датчик Холла 20 мА Дифференциальный 14 В Автомобильный 3-контактный мешок TO-92
1+
$ 2.676
10+
$ 2,472
25+
$ 2,243
100+
$ 2,167
250+
$ 2,029
20 4 24 10000 -40 ~ 150 3 TO-92 TO-92 Нет Да НЕТ
TLI493DW2BWA0XTSA1TLI493DW2BWA0XTSA1 | XENSIV ™ — TLI493D-W2BW 3D магнитный датчик Холла последнего поколения
1+
$ 2.5756
10+
$ 1,6335
25+
$ 1,6172
50+
$ 1,5967
100+
$ 1,4151

3075 Отправка сегодня

Infineon Technologies 2,8 3,5 5000 -40 ~ 125 5 WFWLB Нет Нет НЕТ
Ah4562Q-P- Датчик эффекта Холла, многополярный, 60 мА 3.3V / 5V / 9V / 12V / 15V / 18V / 24V Автомобильные 3-контактные SIP-боеприпасы
1+
$ 0,7379
10+
$ 0,4808
25+
$ 0,4761
100+
$ 0,3880
250+
$ 0,3841

3990 Отправлено сегодня

Diodes Incorporated Датчики эффекта Холла Всеполярный -23 22 60 3 28 4000 -40 ~ 150 Боеприпасы 3 SIP Нет Да НЕТ
DRV5015A1QDBZR Датчик Холла 30 мА Защелка 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,2206
10+
$ 0,2059
25+
$ 0,2038
100+
0,2032 $
250+
$ 0,2026

5467 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Защелка -20 20 30 2,5 5,5 2800 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет NO NO
SI7211-B-00-IBR Защелка датчика эффекта Холла 2.5 В / 3,3 В / 5 В, 3-контактный TO-92 T / R

2952 Отправлено сегодня

Silicon Labs Датчики эффекта Холла Защелка 2,25 5,5 5500 (тип.) -40 ~ 125 Лента и катушка 3 TO-92 Нет Нет
DRV5056A1QLPGM Датчик Холла, 1 мА, однополярный 3.3V / 5V 3-контактный TO-92 Патроны
1+
$ 2,0530
10+
$ 1,4159
25+
$ 1,4017
100+
$ 1,1346
250+
$ 1,0145

853 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Боеприпасы 3 TO-92 Нет Нет NO NO
DRV5015A3QDBZTHall Датчик эффекта 30 мА Защелка 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,4457
10+
$ 0,4390
25+
$ 0,4321
100+
$ 0,4250
250+
$ 0,4183

1439 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Защелка -37 37 30 2,5 5,5 2800 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет NO
DRV5015A3QDBZR Датчик Холла, 30 мА Защелка 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,4397
10+
$ 0,3144
25+
$ 0,3111
100+
$ 0,2378
250+
$ 0,2354

707 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Защелка -37 37 30 2,5 5,5 2800 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет NO NO
DRV5056A1QDBZTH Датчик эффекта Холла, 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 1,0434
10+
$ 0,9746
25+
$ 0,9649
100+
$ 0,9264

178 Доставка сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT -23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5015A2QDBZTHall Датчик эффекта 30 мА Защелка 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,4457
10+
$ 0,4390
25+
$ 0,4321
100+
$ 0,4250
250+
$ 0,4183

1436 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Защелка -37 37 30 2,5 5,5 2800 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет NO
DRV5015A1QDBZTH Датчик эффекта Холла, 30 мА Защелка 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,4457
10+
$ 0,4390
25+
$ 0,4321
100+
$ 0,4250
250+
$ 0,4183

1,401 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Защелка -20 20 30 2,5 5,5 2800 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет NO
TLI4966GHTSA1 Датчик Холла, 10 мА, биполярный 3.3V / 5V / 9V / 12V / 15V / 18V 6-контактный TSOP T / R
1+
$ 0,6018
10+
$ 0,5572
25+
$ 0,5485
100+
$ 0,4330
250+
$ 0,4287

3000 Отправлено сегодня

Infineon Technologies AG Датчики эффекта Холла Биполярный -100 100 10 2,7 24 7000 -40 ~ 115 Лента и катушка 6 TSOP Нет Нет NO
DRV5056A2QDBZR Датчик Холла, 1 мА, однополярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,8355
10+
$ 0,7936
25+
$ 0,7856
100+
$ 0,7823
250+
0,7789

1834 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и Катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A2QDBZT Датчик общего эффекта 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 1,1433
10+
$ 1.0754
25+
$ 1.0646
100+
$ 1.0194

194 Отправка сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT -23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A2QLPG Датчик Холла, 1 мА, униполярный 3.3 В / 5 В, 3-контактный TO-92, в комплекте
1+
$ 0,7938
10+
$ 0,7749
25+
$ 0,7509
50+
$ 0,7396
100+
$ 0,7265

888 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики на эффекте Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Большой объем 3 TO-92 Нет Нет NO NO
DRV5056A2QLPGM Датчик Холла, 1 мА, униполярный 3.3В / 5В 3-контактный TO-92 Патроны
1+
$ 0,8509
10+
$ 0,8377
25+
$ 0,8246
100+
$ 0,8115
250+
$ 0,798214

2817 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Боеприпасы 3 TO-92 Нет Нет NO NO
DRV5056A3QDBZR Датчик Холла, 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,8355
10+
$ 0,7936
25+
$ 0,7856
100+
$ 0,7823
250+
0,7789

2658 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и Катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A3QDBZTHall Датчик эффекта 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 2.3575
10+
$ 1.6605
25+
$ 1.6439
100+
$ 1.3045

129 Доставка сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и катушка 3 SOT -23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A3QLPG Датчик эффекта Холла, 1 мА, униполярный 3.3 В / 5 В, 3-контактный TO-92, большой объем
1+
$ 1,3605
10+
$ 1,0983
25+
$ 0,8723
50+
$ 0,7922
100+
$ 0,7133

838 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики на эффекте Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Большой объем 3 TO-92 Нет Нет NO NO
DRV5056A3QLPGM Датчик Холла, 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный TO-92 Патроны
1+
$ 0,8509
10+
$ 0,8377
25+
$ 0,8246
100+
$ 0,8115
250+
$ 0,798214

2933 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Боеприпасы 3 TO-92 Нет Нет NO NO
DRV5056A4QDBZR Датчик Холла, 1 мА, униполярный 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
$ 0,8270
10+
$ 0,7949
25+
$ 0,7870
100+
$ 0,7832
250+
$ 0,7795

1491 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и Катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A4QDBZTall Effect Sensor 1mA Unipolar 3.3V / 5V 3-контактный SOT-23 T / R
1+
0,99 $ 37
10+
$ 0,9347
25+
$ 0,9254
100+
$ 0,8922
250+
$ 0,8765

453 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Лента и Катушка 3 SOT-23 SOT Нет Нет ДА НЕТ
DRV5056A4QLPG Датчик эффекта Холла, 1 мА, униполярный 3.3 В / 5 В, 3-контактный TO-92 в большом количестве

956 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Большой объем 3 TO-92 Нет Нет НЕТ НЕТ
DRV5056A4QLPGM Датчик Холла 1 мА Однополярный 3.3V / 5V 3-контактный TO-92 Патроны
1+
$ 0,8656
10+
$ 0,8102
25+
$ 0,8021
100+
$ 0,7946
250+
$ 0,78721

2861 Отправлено сегодня

Texas Instruments Датчики эффекта Холла Униполярный 1 3 | 4,5 3,6 | 5,5 10000 -40 ~ 125 Боеприпасы 3 TO-92 Нет Нет NO NO

Как работают датчики на эффекте Холла и где они используются?

Эффект Холла — результат действия силы Лоренца.

Когда в тонком проводнике (или полупроводнике) протекает постоянный ток, а магнит помещается так, что его магнитное поле движется 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, которую частица испытывает из-за электрического и магнитного полей.

Напряжение Холла возникает, когда магнитное поле тока, протекающего по проводнику, реагирует на магнитное поле постоянного магнита, перпендикулярное току.
Изображение предоставлено: electronics-tutorials.ws

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


Датчики на эффекте Холла обычно делятся на две категории: цифровые датчики на эффекте Холла, которые включают 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 определенным порогом магнитного потока.При обнаружении подходящего магнитного поля переключатель включается (замыкается), а когда поле снимается, переключатель выключается (размыкается). Датчики приближения — обычное применение переключателей на эффекте Холла.

Работа защелки на эффекте Холла, также называемого биполярным датчиком, аналогична переключателю, но защелка включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля, а остается на , даже когда поле убирается. И наоборот, защелка отключается (открывается) при приложении отрицательного магнитного поля, а остается выключенным , даже когда поле снимается.Защелки на эффекте Холла обычно используются в бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC) для определения положения ротора для правильной коммутации.

Цифровые датчики на эффекте Холла

содержат триггер Шмитта — схему, которая регулирует порог переключения до немного более высокой точки на переднем фронте сигнала и немного более низкой точки на спадающем 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, предотвращающий колебания цифрового датчика на эффекте Холла между «включенным» и «выключенным».
Изображение предоставлено: Texas Instruments

Аналоговые или линейные датчики на эффекте Холла вырабатывают непрерывное выходное напряжение, пропорциональное плотности магнитного потока (напряженности магнитного поля), что делает их пригодными для измерения положения и движения. Фактически, во многих магнитных энкодерах используются линейные датчики на эффекте Холла. Однако взаимодействие протекающего тока и магнитного поля создает очень маленькое напряжение Холла, поэтому линейные датчики Холла обычно включают в себя усилитель для увеличения выходного напряжения вместе с другой электроникой преобразования сигнала для улучшения отклика датчика и компенсации температуры. эффекты.

Устройства на эффекте Холла

являются отличными чувствительными элементами, поскольку они полностью бесконтактны и не имеют движущихся частей, что обеспечивает им долгий срок службы. И они могут работать на высоких скоростях и частотах переключения с отличной повторяемостью.

Изображение предоставлено: Texas Instruments

Датчики Холла (магнитные)

2Dex
В РАЗРАБОТКЕ
InAs — стабильный InAs — чувствительный GaAs
Что заставляет это работать?
Слова, которые произведут впечатление на начальника
Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG) Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой стабильности Объемный материал арсенида индия, легированный для высокой чувствительности Тонкая пленка арсенида галлия
Диапазон температур
Преимущество датчиков Холла без кремния — возможность использования при более экстремальных температурах
от 1 K до 402 K
(от -272 ° C до 125 ° C)
1.От 5 K до 375 K
(от -271,5 ° C до 102 ° C)
от 208 K до 373 K
(от -65 ° C до 100 ° C)
от 233 K до 402 K
(от -40 ° C до 125 ° C)
Взаимозаменяемость
Возможность работы с несколькими датчиками с идентичным приводом и измерительными установками
Хорошо — узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и небольшое напряжение смещения. Плохое — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности. Плохо — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания средней чувствительности. значение Плохо — диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности.
Прочность
Способность выдерживать удары и вибрацию
Хорошо Плохо Плохо Хорошо
Совместимость с прибором Lake Shore
Совместимость гауссметра / тесламетра для этих датчиков, что позволяет автоматически отображать значения поля прибором
Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play — полный калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру зонда 425 или 475 гауссметра с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром 425 или 475 гауссметром с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром Нет
Планарный эффект Холла
Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом
Нет, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией. Существенный — объемный материал производит достаточно плоского эффекта Холла, поэтому для точных измерений требуются поля с известными направлениями. Существенный — объемный материал производит достаточный планарный эффект Холла. что для точных измерений требуются поля с известными направлениями Некоторые тонкопленочные элементы могут демонстрировать небольшую плоскую погрешность эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе
Влияет на точность измерения и разрешение — чем больше число, тем лучше
Ожидается от 50 до 53 мВ / Тл 5.От 5 до 11 мВ / T от 55 до 125 мВ / T от 110 до 280 мВ / T
Температурный коэффициент чувствительности
Влияет на точность при больших перепадах температуры
200 ppm / ° C ожидаемый 50 ppm / ° C 800 ppm / ° C 600 ppm / ° C
Номинальный ток привода
Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков
1 мА 100 мА 100 мА 1 мА
Типичное входное сопротивление
Полезно при выборе схемы управления
800 Ом 2 Ом 2 Ом 750 Ом
Типичный температурный коэффициент входного сопротивления
Дополнительный источник погрешности измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика
0.7% / ° C ожидаемое 0,15% / ° C 0,18% / ° C 0,2% / ° C
Лучшее напряжение смещения (эквивалент поля)
Составляющая ошибки, имеющая большее влияние на небольших полях
Подлежит определению ± 50 мкВ (4,5 мТл) ± 75 мкВ (0,6 мТл) ± 2,8 мВ (10 мТл)

Датчик Холла Технология интеллектуальных позиционеров последнего поколения


ВВЕДЕНИЕ

За последние несколько лет физика и электроника достигли значительных успехов, причем обе они, несомненно, достигли наибольшего развития.В наши дни кажется невозможным жить без удобств и преимуществ, которые эти районы предоставляют в повседневной жизни. В промышленных процессах и управлении мы также наблюдаем прогресс в разработке микропроцессоров, технологии Fieldbus, Интернета и т. Д.

В этой статье мы опишем интересное применение физики при разработке интеллектуальных позиционеров клапана на основе датчика Холла, сочетающих в себе несколько ресурсов производительности и диагностики.

ДАТЧИК ЗАЛ

Название Датчик Холла происходит от эффекта Холла, открытого в 1879 году Эдвином Холлом.

Этот эффект является результатом действия силы Лоренца на движение электронов в магнитном поле.

Когда есть ток, протекающий по материалу, который не подвергается воздействию магнитного поля, эквипотенциальные линии, пересекающие этот поток, являются прямыми линиями.

Сила Лоренца, действующая на движение электрона, определяется по формуле:

.

F = q x (v x B)
где:

  • q: электронная нагрузка
  • B: магнитное поле

Внешний продукт указывает на то, что сила имеет взаимно перпендикулярное направление потоку тока и магнитному полю.

Когда в материале протекает ток под действием перпендикулярного магнитного поля, угол, под которым протекает ток, изменяется магнитным полем, известен как угол Холла. Это параметр, зависящий от типа материала, и он определяется подвижностью электрона m, которая также определяет коэффициент относительной влажности Холла. В этом случае эквипотенциальные линии по длине материала наклонены, и это показывает измеренное натяжение Холла. Другими словами, напряжение пропорционально приложенному магнитному полю.

Эффект Холла присутствует во всех материалах, но он эффективно применяется только там, где подвижность электрона относительно высока, как в арсенате галлия (GaAs).

В конструктивном смысле, рассмотрим вкратце данный материал (рис. 1) шириной d , проводящий ток i по своей длине и подверженный магнитному полю B, приложенному перпендикулярно направлению его ширины. В результате возникает напряжение, известное как напряжение Холла, VHALL, величина которого определяется выражением:

.

VHALL = (RH / d) x i x B , где RH — материальная постоянная Холла.


Рисунок 1 — Принцип работы датчика ЗАЛ

В настоящее время существует несколько приложений для этих датчиков, начиная с серводвигателей в видеокассетах, датчиков турникета контроля доступа, датчиков скорости, системы впрыска автомобильного двигателя, измерения тока, мощности и магнитного поля, управления бесщеточными двигателями постоянного тока, датчиков приближения. , управление вращением, управление положением и т. д. Это последнее приложение будет описано при работе с интеллектуальными позиционерами клапана / приводов.Речь идет об электронике и программном обеспечении в сочетании с новейшими достижениями в области механики.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОЗИЦИОНЕР

Этот тип оборудования чрезвычайно важен в любой промышленной сфере, работая как последний элемент управления, связанный с приводами и клапанами. Он должен соответствовать нескольким эксплуатационным требованиям, которые легко достигаются с помощью технологии датчиков Холла, например:

  • Высокая чувствительность;
  • Устойчивость к высоким температурам;
  • Незначительные ошибки линейности;
  • Незначительные погрешности вибрации;
  • Воспроизводимость и стабильность, минимизация потребления и уменьшение изменчивости процесса;
  • Высокая надежность, обеспечивающая бесперебойность работы и безопасность;
  • Универсальность, гибкость использования независимо от производителя и типа клапана / привода, а также хода движения, что способствует соответствию новым требованиям;
  • Простота эксплуатации с минимальными настройками, что упрощает установку, эксплуатацию и обслуживание, сокращая время простоя при эксплуатации;
  • Обеспечивает расширенные функции диагностики, эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание, экономию времени и улучшение процессов, тем самым гарантируя постоянное улучшение процессов.

Традиционная технология для исполнительного оборудования основана на механических соединениях со сложной, низкой чувствительностью и точностью монтажа и регулировки, чаще всего ответственными за изменчивость процесса, которая отражается на стабильности управления, качестве и т. Д.

Последнее поколение интеллектуальных позиционеров для клапанов простого действия с линейным управлением (возврат змеевика) или двойного действия, таких как шарики, коробки, диафрагмы и т. Д., Поворотных регулирующих клапанов, таких как сферы, бабочки или закупоренных пневматическими приводами, такими как диафрагмы, поршни и т. Д., Основано на пьезо-лезвие (?), которое было выбрано рынком для использования в полевых условиях и на датчике положения на эффекте Холла, без физического контакта, для высокой производительности и безопасной работы.

  • Компактный и модульный проект
  • Низкое потребление воздуха
  • Простота установки
  • Датчик положения без механического контакта
  • Работает с линейными и поворотными приводами простого или двойного действия
  • Простая настройка и удаленная параметризация через Foundation Fieldbus, Profibus PA или локальную настройку с дисплеем
  • Поток через программную функцию
  • Самодиагностика

Рисунок 2 — Интеллектуальный позиционер с датчиком Холла, без механического контакта

Основными частями модуля вывода являются: пилот, сервопривод, датчик Холла и схема управления выходом.

В основе схемы управления лежит широко распространенная и общепринятая технология: пьезолопастный и золотниковый клапан.

В качестве лопасти на пилотной ступени используется пьезоэлектрический диск. Лезвие отклоняется, когда оно получает напряжение через цепь управления. Небольшой воздушный поток, который циркулирует через клюв, блокируется, изменяя давление в пилотной камере, которое называется пилотным давлением.

Управляющее давление очень низкое, без пропускной способности и должно усиливаться в секции сервопривода.Секция сервопривода имеет диафрагму на пилотной камере и меньшую диафрагму на золотниковой камере. Управляющее давление прикладывается к диафрагме управляющей камеры, которая в состоянии равновесия будет соответствовать силе, прикладываемой золотниковым клапаном к меньшей диафрагме золотниковой камеры.

Следовательно, когда положение изменяется с помощью позиционера, управляющее давление увеличивается или уменьшается, как объяснено на стадии пилотного управления, и это изменение управляющего давления заставляет клапан подниматься или опускаться, изменяя давления на выходе 1 и выходе 2 до достижения нового баланса, что приводит к новому положению клапана.

Рисунок 3 — Схема пневматического преобразователя

Рисунок 4 — FY300

Датчик Холла расположен и защищен внутри модуля преобразователя. Магнит прикрепляется к клапану или оси привода, как показано на рисунке 4 (в целях обучения), результатом чего будет приложение магнитного потока к датчику Холла и определение положения с учетом центра. магнитов, где поле равно нулю.

Рисунок 5 — Схема работы датчика Холла на позиционере клапана

Таким образом, единственная деталь механического крепления — проверить, совпадает ли стрелка, выгравированная на магните, со стрелкой, выгравированной на позиционере, когда клапан достигает половины своего хода.

Следовательно, когда клапан достигает половины своего хода, датчик Холла получает нулевое поле, а ЦП внутренне узнает, что это соответствует 50% его хода.Один крайний предел курса будет иметь, например, максимальный сигнал напряжения 100%, а другой крайний сигнал будет иметь минимальный сигнал 0%. Напряжение на крайних точках будет измеряться во время процесса самокалибровки, позиционер которого без вмешательства пользователя определяет напряжения Холла, эквивалентные физическим пределам трассы, точным и безопасным способом.

На рисунке 6 показана функциональная схема позиционера для протокола Profibus PA:

.

Рисунок 6 — Функциональная схема позиционера Smar FY303

На этой диаграмме показано, что позиционер получает через ПЛК (ведущее устройство класса 1) заданное значение, требуемое стратегией управления.В зависимости от режима работы, автоматического или каскадного, эта уставка будет записана через циклические службы в параметрах SetPoint или Rcasin блока AO соответственно. Это значение будет проанализировано алгоритмом блокировки для условий аварийной сигнализации и отказоустойчивости, чтобы охарактеризовать это значение в соответствии с характеристикой клапана или привода, путем выбора из линейной, 21-точечной таблицы, EQ25, EQ33, EQ50, EP25, EP33 и EP50. . Эти кривые допускают небольшие изменения уставки, чтобы довести конечный элемент до 100% (EP).После того, как кривая переноса определена с этой уставкой, определяются скорости изменения% / с для последнего элемента. Затем серво-ПИД получает этот сигнал плюс реальное положение через сигнал датчика Холла, который определяется во время процесса самокалибровки или даже во время пользовательской калибровки, часто используемой в приложениях с разделенным диапазоном. Затем рассчитывается сигнал VM%, который генерирует цифро-аналоговое значение преобразователя, которое воздействует на пьезоэлектрический датчик и создает давление в камере позиционера, когда она достигает точки равновесия в соответствии с уставкой, выданной мастером.Блок AO восстановит свое реальное положение и закроет цикл с мастером через параметр ReadBack.

Функции диагностики можно контролировать с помощью сигнала датчика Холла и мастера класса 2, например:

  • Одометр, с помощью которого можно статистически прогнозировать ход клапана во время технического обслуживания;
  • Ходы, при которых износ седел клапанов можно проверить по экстремальным условиям его протекания физическим течением;
  • Reversals, чтобы посмотреть, как часто происходило изменение уставки, и проанализировать настройку контура.Чрезмерно большое количество реверсий означает, что настройка плохая и может быть нарушена изменчивость процесса;
  • Средняя и мгновенная скорость перемещения, в дополнение к времени открытия и закрытия для выявления возможных заклиниваний и механических нагрузок или проблем с утечкой воздуха;
  • Самая высокая и самая низкая температура, которой подвергался позиционер. В случаях, когда температура является ограничивающим фактором, FY303 можно использовать с удаленным датчиком Холла или даже в труднодоступных или подверженных вибрации местах на расстоянии до 20 м.См. Рисунок 7. Характеристики датчика Холла:

Рисунок 7 — Дистанционный позиционер Холла

Smar также поставляет FY303 датчиками давления, функции диагностики которых объединяют оборудование.

FY303 по-прежнему выдает сигнал температуры окружающей среды в качестве второстепенной функции.

Рисунок 8 — Пример применения в Profibus

Тест частичного хода или PST

Испытания и маневры связаны с затратами, связанными с остановкой завода и приобретением дополнительного оборудования для проведения испытаний клапанов, приводов и позиционеров.

Обычно дополнительное оборудование состоит из ручных запорных клапанов, отклоняющих трубопроводов, соленоидных клапанов, механических устройств на конце хода и, что не менее важно, логистики, количества профессионалов, участвующих в деятельности, и возможной потери заработка.

Идеальным вариантом были бы более частые и хорошо спланированные тесты. Кроме того, параметры, указывающие на степень разрушения клапана и позволяющие проводить профилактические работы до возникновения аварийной ситуации. И что связанные с этим затраты были намного меньше.

Простым, дешевым и надежным решением является использование теста частичного хода PST. PST просто частично перемещает клапан и измеряет усилие, приложенное к этому перемещению. Преимущество: можно также измерить скорость клапана. Или даже проверьте, не заблокирован ли клапан или находится ли пневматический привод под достаточным давлением, без необходимости идти туда, где он установлен.

Профилактическая диагностика — это то, что нужно вашей арматуре.

Рисунок 9 — Профилактическая диагностика

Однако автоматическая PST по приемлемой цене стала реальностью только с разработкой интеллектуального позиционера клапана и широкого диапазона доступных параметров, обеспечивающих отличный спектр диагностики.

Новейшее семейство интеллектуальных позиционеров SMAR, FY400, уже включает PST в качестве заводской прошивки без дополнительных затрат с командами для пользовательской конфигурации. Кроме того, FY400 был разработан на языке EDDL (язык описания электронных устройств). к стандартам FDT Group (Field Tool Device). Драйверы Device Type Manager (DTM) для настройки и визуализации на компьютерных станциях с приложением FDT доступны на сайте Smar для бесплатной загрузки.

Как следствие отличных результатов PST для FY400, Smar только что расширила эту функцию до FY303 для интеллектуальных позиционеров клапана с протоколом связи Profibus. Без дополнительных затрат. По той же причине были разработаны DTM для FY303, которые также доступны бесплатно на странице Smar в Интернете.

Далее следуют несколько примеров экранов DTM, которые иллюстрируют функции PST, включенные в FY303,

.

Рисунок 10 — Примеры экранов DTM для FY303

С помощью экранов DTM можно настроить не только частичный курс, но также периодичность, с которой PST выполняется автоматически, а именно, без вмешательства оператора или специалиста по КИПиА.Интеллектуальный позиционер клапана Smar PST может выполняться с интервалами от 4 минут до одного года (8760 часов).

Кроме того, PST возможен с устройства управления активами SMAR, AssetView. Данные, полученные в результате теста, можно легко визуализировать на различных экранах презентации и мониторинга AssetView.

Метод, используемый FY303 и FY400 для выполнения PST, известен как метод динамического изменения скорости. Позиционер автоматически генерирует изменение нарастания сигнала уставки в диапазоне, определяемом пользователем (Off Set).Клапан перемещается в ответ на изменение уставки, в то время как позиционер измеряет положение клапана с помощью датчика положения без механического контакта на основе эффекта Холла. В то же время позиционер измеряет прилагаемое давление, необходимое для перемещения вала клапана. После достижения максимальной уставки выключения позиционер меняет рампу, так что клапан возвращается в исходное положение. Аналогичным образом, во время реверсирования позиционер измеряет положение клапана и соответствующее давление включения.В конце испытания FY вычисляет и предоставляет коэффициент нагрузки клапана, то есть значение давления, необходимое для перемещения вала, а также график, полученный в результате испытания.

На рисунках ниже показаны примеры результатов PST на FY303 и FY400 в соответствии с протоколом FDT / DTM. Подобные экраны доступны также в SMAR AssetView.

Рисунок 11 — Экраны результатов PST

При рассмотрении растущего интереса к автоматизированным системам безопасности — SIS, PST уже распознается и влияет на расчеты, относящиеся к вероятности отказа по запросу — PFD, используемой для определения уровня полноты безопасности — SIL.

Ациклическая настройка FY303

Эти устройства можно настроить локально с помощью магнитного инструмента, не открывая его крышку, или удаленно через SMAR ProfibusView или Siemens Simatic PDM.

FY303 был разработан для использования протокола PROFIBUS PA и может быть настроен с любым инструментом, работающим с DD / EDDL, а также с концепцией FDT (Field Device Tool) и DTM (Device Type Manager), такими как Smar AssetView, FieldCare TM и PACTwareTM.Его также можно циклически настраивать любыми системами PROFIBUS с помощью файла GSD (Generic Station Description). PROFIBUS PA также предоставляет информацию о качестве и диагностике, улучшая управление установкой и ее техническое обслуживание.

EDDL (язык описания электронных устройств) и DTM доступны на Интернет-сайте Smar: http://www.smar.com.br/

Рисунок 12 — FY303 — AssetView FTD / DTM

Циклическая настройка FY303

Через файл GSD мастер выполняет весь процесс инициализации оборудования и предоставляет подробные сведения о версии аппаратного и программного обеспечения, синхронизации шины оборудования и информацию об обмене циклическими данными.FY303 имеет функциональный блок AO, с помощью которого мастер будет выполнять циклические службы, а пользователь должен выбрать конфигурацию в соответствии с приложением. Если блок AO находится в режиме AUTO, оборудование получит значение уставки и состояние от мастера класса 1, и пользователь может использовать это значение для записи через мастер класса 2. В этом случае статус уставки всегда должен быть равен 0x80 (хорошо) и выбираться из следующих конфигураций:

  • SP
  • SP / CKECKBACK
  • SP / READBACK / POSD
  • SP / READBACK / POSD / CKECKBACK

Если блок AO находится в режиме RCAS, оборудование получит значение уставки и статус только через мастер класса 1, и статус всегда будет равен 0xc4 («IA»).Могут использоваться следующие конфигурации:

  • SP
  • SP / CKECKBACK
  • SP / READBACK / POSD
  • SP / READBACK / POSD / CKECKBACK
  • RCASIN / RCASOUT
  • RCASIN / RCASOUT / CKECKBACK
  • SP / READBACK / RCASIN / RCASOUT / POSD / CHECKBACK

Затем просмотрите типичный пример с шагами, необходимыми для интеграции оборудования FY303 в систему громкой связи:

  • Скопируйте gsd-файл FY303 в исследовательский каталог конфигуратора PROFIBUS, обычно известного как GSD.
  • Скопируйте файл растрового изображения FY303 в каталог исследований конфигуратора PROFIBUS, обычно известный как BMP.
  • После выбора мастера выберите скорость передачи данных и помните, что при наличии соединителей могут быть доступны следующие скорости: 45,45 кбит / с (Siemens), 93,75 кбит / с (P + F) и 12 Мбит / с (P + F). , СК3). При наличии устройства связи скорость может достигать 12 Мбит / с.
  • · Добавьте FY303 с адресом, указанным на шине.
  • Выберите циклическую конфигурацию с помощью параметризации с файлом GSD в соответствии с приложением. Помните, что этот выбор должен быть совместим с режимом работы блока AO. В этих условиях проверьте значение состояния значения уставки, которое должно быть 0x80 (хорошо) в режиме AUTO и 0XC4 (IA) в режиме Rcas.
  • Состояние сторожевого таймера также может быть активировано, когда после определения потери связи между ведомым и ведущим оборудование может перейти в состояние отказоустойчивости.Поскольку FY303 будет на последнем элементе, рекомендуется настроить отказоустойчивое значение.

Для получения дополнительной информации обратитесь к руководству на FY303 по адресу: http://www.smar.com/PDFs/Manuals/FY303MP.PDF

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Эта статья продемонстрировала технологический прогресс и преимущества, предоставляемые позиционером на основе цифровой технологии датчика Холла, в основном за счет простоты монтажа и эксплуатации. Всегда помните, что это оборудование всегда будет интегрировано в конечные элементы, критические контрольные точки, работа которых требует безопасности и точности.Гибкость, изобретательность и создание диагностических данных облегчают условия для профилактического, прогнозирующего и упреждающего обслуживания.

Для получения дополнительной информации о позиционерах обратитесь: http://www.smar.com/PDFs/catalogues/fy300cp.pdf

Для получения дополнительных сведений о ProfibusView, инструменте настройки и параметризации Profibus-PA см .: http://www.smar.com/PDFs/Manuals/PRVIEWPAMP.pdf

Дополнительные сведения об инструменте обслуживания и диагностики AssetView см. В разделе Дополнительные сведения о ProfibusView, инструменте настройки и параметризации Profibus-PA: http: // www.smar.com/brasil2/products/asset_view.asp

ССЫЛКИ
  • Учебные материалы по Profibus — César Cassiolato
  • CASSIOLATO, César, Датчик Холла — Технология интеллектуальных позиционеров последнего поколения, журнал Controle & Instrumentação, Edição № 81, Junho de 2003
  • НОБР, Сельсо; EMBOABA, Эдсон; ОЛИВЕЙРА, Леонардо; ВЕНТУРИНИ, Валерия, Введение в тест на частичный инсульт, http: // www.smar.com/PDFs/ApplicationNotes/FY300PST.pdf
  • http://www.smar.com/blog_posicionadores/?p=7
  • http://www.smar.com/brasil2/products/function.asp#positioners

Датчик положения коленчатого вала — корпус с резьбой на эффекте Холла

Описание

Датчик положения коленчатого вала на эффекте Холла с резьбовым корпусом, этот датчик упрощает жизнь — он просто работает. Также делает отличный датчик положения распределительного вала или, если на то пошло, «все, что вращает датчик положения».Нужно отслеживать VSS / скорость колес? Частота вращения карданного вала? Этот датчик сделает свою работу!

Информация об установке:

Резьба M12 и крепежные гайки прилагаются. Работает от 5 до 24 вольт и дает хорошую прямоугольную волну, поэтому нет проблем с переменным напряжением. Имеет трехжильный пигтейл длиной 1 метр. Вот что делают провода:

Коричневый — Напряжение питания; подключитесь либо к VREF для работы на 5 В, либо к коммутируемой мощности 12 В.

Черный — Выходной сигнал. На ЭБУ MegaSquirt DIY подключается к контакту 24.Мы просто настроили наш MegaSquirt для кондиционера VR, и он отлично работает. V3.0 MicroSquirts также может это делать, но более старые MicroSquirts должны будут использовать вход эффекта Холла. Обратите внимание, что требуется подтягивающий резистор. Это тройники как для напряжения питания, так и для выходного сигнального провода. Используйте резистор 1 кОм (входит в комплект поставки датчика!) При питании его от 5 вольт или резистор 2,4 кОм при питании от 12 вольт.

Синий — Земля.

Будьте осторожны, если вы переходите на это с предыдущей версии нашего датчика.Цвета проводов не совпадают, и для этой версии требуется подтягивающий резистор.

Технические характеристики
  • Идеальное применение
    • Датчик положения коленчатого вала
    • Датчик положения распределительного вала
    • Датчик скорости колеса
    • Датчик частоты вращения карданного вала
  • Рабочее напряжение: от 5 до 24 В
  • Максимальное перенапряжение и обратное напряжение: от +30 до -24 В
  • Требуемый максимальный ток питания: 6 мА
  • Максимальный потребляемый выходной ток: 20 мА
  • Тип выхода: Открытый коллектор
  • Максимальная частота: 15 кГц
  • Диапазон температур: от -40 до +125 ° C
  • Номинальный воздушный зазор: 1.5 мм
  • Шаг резьбы: M12 x 1 мм
  • Общая длина: 65,5 мм, без проводов
  • Материал упаковки: Алюминий
  • Ориентация датчика: ненаправленная
  • Рекомендуемый размер зуба — прямоугольник размером не менее 2,5 мм x 6,35 мм с высотой зуба 5,0 мм.

Примечание. У нас также есть датчик положения коленчатого вала с выступом. Кликните сюда!

Примечание. Если вы ищете технические характеристики старого датчика, посетите нашу страницу технических характеристик датчика Холла.

Отзывы клиентов

Номинальный 4.4285714285714 из 5 звезд

7 отзывов

4 звезды 0 0%

2 звезды 0 0%

1 звезда 0 0%

Только зарегистрированные клиенты, которые приобрели этот продукт, могут оставлять отзывы.

Мне нужно будет добавить подтяжку для использования этого датчика?

  • Да, необходимо добавить подтяжку напряжения; этот датчик не имеет встроенной подтяжки.

Чем этот датчик отличается от предыдущего проданного вами датчика Холла с резьбой?

  • Этот сделан другим производителем. Хотя размер такой же, этот имеет гораздо больший температурный диапазон и не требует столь тесного зазора датчика. Как отмечалось выше, также требуется подтягивающий резистор.

Датчик пришел с резистором — каковы характеристики резистора?

  • Теперь мы поставляем им резистор 1 кОм, 1/4 Вт для использования с напряжением питания 5 В.

Исследование воздействия излучения на датчики Холла FD-SOI с помощью моделирования TCAD

Abstract

В данной работе исследуются отклики датчиков Холла полностью обедненного кремния на изоляторе (FD-SOI) на три основных типа эффектов ионизации излучением. , включая общую ионизирующую дозу (TID), мощность переходной дозы (TDR) и переходные эффекты единичного события (SET). С помощью 3D-моделирования с помощью компьютерного моделирования (TCAD) с моделями фиксированного заряда изолятора, излучения, тяжелых ионов и гальваномагнитного переноса были оценены характеристики переходного тока, напряжения Холла, чувствительности, эффективности и напряжения смещения.Для эффекта ПИВ напряжение Холла и чувствительность датчика увеличиваются после облучения, тогда как эффективность и напряжение смещения уменьшаются. Что касается эффектов TDR и SET, когда энергия, выделяемая на датчик во время ядерного взрыва или инжекции тяжелых ионов, мала, переходное напряжение Холла датчика в закрытом состоянии сначала уменьшается, а затем возвращается к исходному значению. Однако, если выделение энергии велико, переходное напряжение Холла сначала уменьшается, затем увеличивается до пикового значения и уменьшается до фиксированного значения.Подробно проанализированы физические механизмы, приводящие к различным тенденциям переходного холловского напряжения.

Ключевые слова: датчики Холла, FD-SOI CMOS, радиационные эффекты, общая ионизирующая доза, кратковременная мощность дозы, единичные переходные процессы, 3D-моделирование TCAD

1. Введение

Датчики Холла являются наиболее распространенными преобразователями, используемыми для включения магнитное поле в электрический сигнал. Благодаря своим преимуществам бесконтактности, сильной защиты от помех, высокой линейности, надежности и универсальности [1], датчики Холла используются в научных исследованиях, в бесщеточных двигателях постоянного тока, бесконтактных измерениях и т. Д. [2,3,4].По сравнению с обычным массивным Si CMOS (дополнительный металл-оксид-полупроводник) для изготовления датчиков Холла, выбор технологии полностью обедненного кремния на изоляторе (FD-SOI) дает несколько важных преимуществ. Структура FD-SOI не только имеет преимущества меньшего шума, более низкого напряжения смещения и более высокой плотности интеграции [5,6,7], но также было подтверждено, что — по сравнению с объемной структурой — характеристики датчиков (такие как чувствительность и эффективность) улучшаются из-за его малой толщины и низкой концентрации легирования [8].

При использовании в аэрокосмических системах или системах управления ядерным оружием датчики должны нормально функционировать при сильном облучении. В целом радиационная среда, на которую датчики воздействуют, в основном, космической радиацией и техногенным ядерным излучением [9]. Например, в космической среде есть космические лучи, пояс Ван Аллена и солнечные вспышки, которые могут привести к эффектам полной ионизирующей дозы (TID) и эффектам единичных переходных процессов (SET) на датчики [10,11]. Более того, кратковременные и высокоэнергетические рентгеновские и гамма-лучи, создаваемые ядерными взрывами и дневным светом, могут привести к эффекту кратковременной мощности дозы (TDR) [12].Следовательно, необходимо изучить влияние излучения на работу датчиков, используемых в жестких радиационных условиях.

Ранее опубликованная литература в основном была посвящена одному типу радиационного воздействия на датчик Холла при определенном источнике излучения, таком как гамма [13,14,15], протонное [16,17] и нейтронное излучение [18,19] . Карлова и др. [14] исследовали влияние гамма-излучения на сенсоры на основе GaAs. Однако это исследование ограничилось анализом вольт-амперных (ВАХ) характеристик и спектральной плотности шума до и после гамма-облучения.Поэтому анализ влияния облучения на магнитоэлектрические свойства, такие как напряжение Холла и чувствительность, не исследовался. Abderrahmane et al. [16] облучали датчики Холла на основе GaN протонами с энергией 380 кэВ и флюенсом от 10 14 п / см 2 до 10 16 п / см 2 . Наблюдались изменения подвижности электронов, сопротивления листа и чувствительности сенсоров до и после облучения. Более того, большинство опубликованных исследований сосредоточено на датчиках Холла на основе полупроводников III-V.Имеется немного сообщений о радиационных эффектах кремниевых датчиков Холла, особенно FD-SOI, направленных на монолитную интеграцию датчиков и периферийных схем [20].

В данной работе изучается влияние излучения на работу датчиков Холла FD-SOI с использованием инструментов компьютерного проектирования (TCAD) с технологией 3D. Основное внимание в нем уделяется влиянию радиационных эффектов (таких как эффекты TID, TDR и SET) на характеристики датчиков Холла FD-SOI. Показатель качества (FOM) включает в себя напряжение Холла, чувствительность, эффективность и напряжение смещения.Остальная часть статьи организована следующим образом. Раздел 2 знакомит с теорией датчика Холла, структурой датчика Холла FD-SOI и методологией моделирования TCAD. В разделе 3 исследуются характеристики датчика Холла FD-SOI при различных воздействиях излучения посредством физического моделирования и обсуждается физический механизм. Наконец, в разделе 4 суммируются радиационные эффекты датчиков Холла FD-SOI.

2. Методология и физические модели

2.1. Теория датчика Холла

В этом разделе кратко представлены определения показателей качества (FOM) для оценки датчика Холла.Конкретные отношения FOM показаны в. Более того, в следующих разделах будут оцениваться изменения этих параметров во время или после облучения.

Таблица 1

Определения показателей качества (FOM) для датчика Холла 1 .

FOM Взаимосвязи Каталожные номера
Напряжение Холла ( В H ) VH = G rHnqtIbiasB [1]
Абсолютная чувствительность ( S A ) SA = VHB = G rHnqtIbias [1]
Коэффициент полезного действия ( η ) η = SAP = VHVbias · Ibias · B [VW · T] [21]
Напряжение смещения ( В смещение ) Н / Д [20]

Когда Полупроводник с протекающим через него током помещается в магнитное поле, носители в полупроводнике смещаются в одну сторону под действием силы Лоренца, и затем создается напряжение Холла ( В, H ).Чувствительность — одна из наиболее важных характеристик датчика Холла. Вообще говоря, чувствительность определяется как изменение выхода относительно данного изменения входа. Кроме того, следует отметить FOM, относящийся к потребляемой мощности датчика. Коэффициент эффективности ( η ), который также известен как чувствительность, зависящая от мощности, показывает, сколько напряжения Холла будет генерироваться при потреблении 1 Вт при магнитной индукции 1 Тл. Хорошо известно, что даже если датчик смещен при нулевом магнитном поле существует также паразитное напряжение, называемое напряжением смещения ( В, смещение, , ).Смещение V может быть вызвано несовпадением контактов, асимметрией геометрических размеров и неоднородностью материала активной области [20]. В практических приложениях очевидно, что смещение V должно быть как можно меньшим.

2.2. Устройство для моделирования

Оптимальная структура датчика Холла FD-SOI была продемонстрирована в предыдущей работе авторов [8]. Краткое изложение приведено в Приложении A. Трехмерная геометрическая модель и поперечное сечение датчика Холла FD-SOI показаны на.Кроме того, конкретные геометрические размеры и концентрации легирования датчиков Холла FD-SOI включены в. Концентрация легирования кремниевой пленки толщиной 50 нм над скрытым оксидом составляет 1 × 10 16 см -3 , тем самым формируя состояние FD. Четыре сильнолегированных контакта расположены в центре четырех сторон кремниевой пленки. Когда ток смещения ( I bias ) приложен к контактам смещения, напряжение Холла может быть обнаружено на контактах Холла по интенсивности магнитной индукции ( B ) в отрицательном направлении оси z . .В частности, подавая напряжение на затвор ( В, g, ) на оксидном слое затвора, датчики можно включать или выключать.

( a ) трехмерная геометрическая модель и ( b ) поперечное сечение датчика Холла полностью обедненного кремния на изоляторе (FD-SOI) для моделирования технологии автоматизированного проектирования (TCAD).

Таблица 2

Конструктивные особенности датчиков Холла FD-SOI.

Геометрические размеры Концентрации легирования
L 15 мкм Кремниевая пленка P-тип: N A = 1 × 10 16 см
W 15 мкм
L a 1 мкм
W b 7.5 мкм
Оксид затвора 100 нм Контакты Тип N: N D = 1 × 10 21 см −3
Кремниевая пленка 50 нм
Скрытый оксид 400 нм
Подложка 5 мкм

2.3. Имитационные модели

Ионизирующие повреждения материалов ионизирующим излучением приводят к серьезному ухудшению характеристик устройства, вызывая три эффекта ионизирующего излучения: эффекты TID, TDR и SET.

Эффект ПИВ относится к эффекту радиационного повреждения, связанному с накоплением времени рентгеновскими, гамма-лучами и заряженными частицами. Электронно-дырочные (e-h) пары генерируются в области изолятора во время излучения ПИВ. Большинство электронов быстро уносятся из оксида под действием электрического поля из-за большой подвижности электронов. В этом процессе часть электронов будет рекомбинирована с дырками. В то же время дырки также будут относительно медленно перемещаться к границе раздела Si / SiO 2 под действием электрического поля.Части дырок захватываются оксидным слоем, образуя чистый положительный улавливающий заряд оксидного слоя [22]. Конечным эффектом является отрицательный дрейф порогового напряжения в n-канальном транзисторе:

ΔVot = -qεoxtox ΔNot

(1)

где ε ox — диэлектрическая проницаемость оксида, t ox — толщина оксидного слоя и ΔN ot — чистая положительная плотность заряда ловушки оксидного слоя.В этой работе модель фиксированного заряда изолятора в Sentaurus TCAD, активированном в оксидном слое, принята для моделирования вышеупомянутого эффекта ПИВ [23].

Эффект TDR возникает в условиях кратковременного воздействия больших доз радиации, например, при ядерных взрывах и солнечных бурях. Излучение TDR выделяет большое количество энергии в полупроводниковом устройстве, генерируя огромное количество пар e-h. Различные источники излучения (гамма-лучи, рентгеновские лучи или электроны) приводят к разным скоростям генерации заряда и рекомбинации [24,25,26].В данной работе основным источником, учитываемым при моделировании излучения, является гамма-излучение, которое также является основным методом оценки TDR-эффекта полупроводниковых устройств и интегральных схем. Модель гамма-излучения в Sentaurus TCAD используется для моделирования эффекта TDR. Генерация пар e-h, вызванная гамма-излучением, зависит от электрического поля ( E ), описываемого следующим образом:

где g 0 — скорость образования пар e-h, D — мощность дозы, а Y ( E ) — функция, связанная с электрическим полем. G r получается как линейная функция мощности дозы.

Эффект SET относится к генерации большого количества пар e-h вдоль траектории падающих высокоэнергетических частиц, ударяющихся о полупроводниковое устройство. Электроды собирают пары e-h, вызывая мягкие ошибки в схемах и необратимые повреждения в тяжелых случаях [27,28]. Модель тяжелых ионов в Sentaurus TCAD имеет входной параметр линейной передачи энергии (ЛПЭ), который описывает возможность выделения энергии в случае проникновения тяжелых ионов в полупроводник.Скорость образования пар e-h, вызванная падением тяжелых ионов, вычисляется по формуле:

G (l, w, t) = GLET (l) R (w, l) T (t)

(3)

где G LET ( l ) — линейная плотность генерирования энергии, а R ( w , l ) и T ( t ) — функции, описывающие пространственное и временное вариации скорости генерации соответственно.

Модель гальванического переноса обрабатывает магнитное поле, действующее на полупроводниковый датчик Холла.Модель гальванического переноса основана на общей модели дрейфово-диффузионного переноса, дополненной членами, зависящими от магнитного поля, с учетом силы Лоренца. Следующие уравнения для дырок и электронов определяют его поведение:

Jα → = μαgα → + μα11 + (μα * B) 2 [μα * B → × gα → + μα * B → × (μα * B → × gα →)]

(4)

где α = n или p , gα → — вектор тока без подвижности, μα * — холловская подвижность, B → — вектор магнитного поля, а B — величина вектора B → [ 29].Помимо вышеупомянутых моделей, связанных с излучением и магнитным полем, моделирование TCAD также учитывает многие физические модели, такие как генерация / рекомбинация SRH и ухудшение подвижности из-за высокой концентрации легирования, рассеяния на шероховатой поверхности и сильного насыщения поля. .

3. Экспериментальные результаты и обсуждение

В этом разделе при поддержке моделирования TCAD оценивается влияние на характеристики датчика Холла FD-SOI во время и после излучения.По результатам моделирования проанализированы физические процессы радиационного воздействия.

3.1. TID Effect

Как описано в разделе 2.3, влияние TID на устройство можно сделать эквивалентным, установив фиксированный положительный заряд в оксидном слое. В условиях низкой дозы облучения плотность заряда ловушки (т.е. фиксированная плотность заряда в моделировании) в оксиде, индуцированном радиацией, линейно связана с дозой радиации, а плотность заряда ловушки имеет тенденцию к насыщению при средних и высоких дозах облучения [ 30].Следовательно, разные фиксированные плотности заряда ( Q f ) эквивалентны разным дозам излучения. Кривая передаточной характеристики датчика Холла FD-SOI с различными фиксированными плотностями заряда представлена ​​на рис. Фиксированный ток утечки в закрытом состоянии, индуцированный зарядом ( I off , I bias @ V g = 0 V) ​​и ток в открытом состоянии ( I on, I bias @ V g = 3 V) извлекаются и отображаются на вставке.

Результаты моделирования смещения I –V g кривая датчика Холла FD-SOI с изменениями фиксированной плотности заряда ( Q f ) в оксиде. На вставке показано изменение тока утечки ( I на ) и тока включения ( I на ) при фиксированной плотности заряда.

Как показано на, увеличение фиксированной плотности заряда, что означает увеличение излучения ПИВ, вызывает увеличение величины тока утечки в закрытом состоянии.Когда плотность заряда достигает 5 × 10 15 см -2 , ток утечки в закрытом состоянии на четыре порядка выше, чем в случае до излучения, что означает, что датчик теряет емкость обычного переключателя. Кроме того, поскольку фиксированный заряд влияет на пороговое напряжение, ток в открытом состоянии также увеличивается по мере увеличения фиксированной плотности заряда. При изменении Q f от 0 до 1 × 10 16 см −2 , Ion увеличивается с 90.От 2 мкА до 177,5 мкА (увеличение на 96,78%).

Чтобы оценить влияние фиксированного заряда на характеристики датчика, магнитная индукция изменяется от 0 Тл до 1 Тл с В g = 3 В и В смещение = 2 В. показывает, что напряжение Холла увеличивается с увеличением фиксированной плотности заряда. В то же время при вычислении уравнения в абсолютная чувствительность также увеличивается. Абсолютная чувствительность увеличивается с 86,49 мВ / Тл до 111,75 мВ / Тл после добавления фиксированного заряда 10 16 см −2 .Как выражено в уравнении в, напряжение Холла будет увеличиваться с увеличением тока смещения. Ток смещения увеличивается из-за наличия фиксированного заряда в оксидном слое, что приводит к увеличению абсолютной чувствительности.

Напряжение Холла ( В, H ) в зависимости от магнитной индукции ( B ), смоделированное для датчиков с различными фиксированными плотностями заряда ( Q f ) в оксиде. На вставке показано изменение абсолютной чувствительности ( S A ) при фиксированной плотности заряда.

Помимо абсолютной чувствительности, также извлекаются КПД и напряжение смещения, как показано на. Как напряжение Холла, так и ток смещения увеличиваются из-за наличия фиксированного заряда, но скорость роста тока смещения больше, что, следовательно, приводит к снижению эффективности датчика. Эффективность датчика падает с 479,2 В / Вт до 314,7 В / Вт после добавления фиксированного заряда 10 16 см −2 , в то время как напряжение смещения датчика уменьшается с 4.От 45 мВ до 2,1 мВ. Напряжение смещения связано с симметрией, однородностью, сопротивлением и другими факторами датчика [20]. Наличие фиксированного заряда в оксидном слое вызывает изменения электрического поля и даже удельного сопротивления кремниевой пленки, так что напряжение смещения изменяется.

Смоделированный ( a ) коэффициент полезного действия ( η ) и ( b ) напряжение смещения ( В смещение ) как функция фиксированной плотности заряда ( Q f ).

3.2. Эффект TDR

Эффект TDR исследует изменения характеристик сенсора в момент переходного излучения, такого как ядерный взрыв. Для моделирования TCAD устанавливается высокая мощность дозы от 5 × 10 8 рад (Si) / с до 5 × 10 12 рад (Si) / с при длительности 20 нс. Между тем, применяется B 2 T вдоль отрицательного направления оси z . Фототоки, индуцированные TDR в выключенном состоянии ( В g = 0 В), обнаруживаются при В смещении = 2 В, как показано на рис.

Переходные токи, индуцированные мощностью дозы (TDR) в датчиках Холла FD-SOI. На вставке показано изменение зарегистрированного максимального тока смещения ( I bias ) в зависимости от мощности дозы.

Как видно из, в момент начала переходного излучения на контакте смещения обнаруживается ток. Это связано с тем, что в момент облучения генерируется большое количество пар e-h, а некоторые пары e-h, которым не хватает времени для рекомбинации, перемещаются под действием электрического поля, создаваемого контактами смещения, с образованием тока.Более того, по мере увеличения мощности дозы обнаруживаемый максимальный ток смещения ( I max ) больше. Когда мощность дозы достигла 5 × 10 1 2 рад (Si) / с, обнаруженное смещение I max даже превысило 0,5 мкА.

. показывает изменение напряжения Холла при облучении при разных мощностях дозы. Поскольку датчик находится в выключенном состоянии, начальное значение напряжения Холла перед облучением представляет собой суперпозицию значения В смещения и напряжения Холла, образованного I off под B .С одной стороны, когда мощность дозы облучения находится в диапазоне меньших значений (а), напряжение Холла сначала уменьшится, а затем вернется к исходному значению в процессе облучения. В это время минимальное напряжение Холла ( В, H мин. ) будет уменьшаться по мере увеличения мощности дозы. С другой стороны, когда мощность дозы облучения находится в более широком диапазоне значений (b), напряжение Холла будет быстро уменьшаться, затем увеличиваться до максимального значения и, наконец, уменьшаться до фиксированного значения.В это время максимальное напряжение Холла ( В, H max, ) будет увеличиваться по мере увеличения мощности дозы.

Изменения напряжения Холла ( В, H ) во время облучения ( a ) мощность дозы = 5 × 10 8 ~ 1 × 10 11 рад (Si) / с и ( b ) мощность дозы = 5 × 10 11 ~ 5 × 10 12 рад (Si) / с. На вставке ( a ) показано изменение минимального напряжения Холла ( В, H мин. ) в зависимости от мощности дозы.

Из уравнения в, напряжение Холла связано с смещением и магнитной индукцией. изображает изменения напряжения Холла во время облучения мощностью дозы 1 × 10 11 рад (Si) / с при различных напряжениях смещения и магнитных индукциях. Магнитная индукция и напряжение смещения в основном влияют на начальное и минимальное напряжения Холла. Чем больше напряжение смещения и магнитная индукция, тем больше начальное напряжение Холла, что приведет к большему встроенному электрическому полю.Следовательно, большее встроенное электрическое поле создает большее В, H min и более высокую скорость, с которой напряжение Холла возвращается к своему исходному значению после облучения.

При облучении мощностью дозы 1 × 10 11 рад (Si) / с изменения напряжения Холла ( В, H ) при различных ( a ) магнитных индукциях ( B ), и ( b ) напряжения смещения ( В, смещения ).

3.3. Эффект SET

Эффект SET влияет на характеристики датчика после однократного впрыска высокоэнергетических частиц. В моделировании TCAD за время 1,52 мкс тяжелые ионы ударяются в середину сенсора в отрицательном направлении оси z с ЛПЭ в диапазоне от 0 до 100 МэВ · см 2 / мг. Траектории ионов имеют гауссово радиальное распределение с характерным радиусом 20 нм. Датчик в моделировании TCAD смещен в выключенное состояние ( В g = 0 В) с В смещением = 2 В.Между тем, применяется B 2 T вдоль отрицательного направления оси z .

После того, как тяжелые ионы попадают в датчик, вдоль трека частиц образуется большое количество пар e-h, которые собираются контактами смещения для образования переходного тока. Более того, с увеличением LET пиковое значение I bias ( I bias max ) продолжает увеличиваться, как показано на. Это связано с тем, что чем больше LET, тем больше пар e-h генерируется.Таким образом, соответственно увеличивается заряд, собираемый контактами смещения. Более того, из этого можно видеть, что, когда LET ниже 10 МэВ · см 2 / мг, смещение I max увеличивается быстрее с увеличением LET. Затем, после 10 МэВ · см 2 / мг, тенденция к увеличению более мягкая. Посредством подгонки наклон кривых до и после 10 МэВ · см 2 / мг составляет 3,38 мкА / (МэВ · см 2 / мг) и 0,077 мкА / (МэВ · см 2 / мг), соответственно. .

Изменение обнаруженного максимального тока смещения ( I bias ) с линейной передачей энергии (LET). На вставке схематично показано падение тяжелых ионов.

отображает изменения напряжения Холла во времени в различных диапазонах ЛПЭ. Во-первых, когда ионы падают с низкими ЛПЭ (а), напряжение Холла сначала уменьшается, а затем возвращается к исходному значению. Во-вторых, когда ЛПЭ находятся на средних значениях (b), напряжение Холла сначала будет уменьшаться, а затем увеличиваться до максимального значения ( В H max ) и, наконец, уменьшить до фиксированного значения.Можно заметить, что V H max увеличивается с увеличением ЛПЭ и постепенно стремится к насыщению. В-третьих, когда ЛПЭ находятся в более высоком диапазоне, изменение напряжения Холла во время падения тяжелых ионов в основном такое же, то есть быстро уменьшается, затем увеличивается до В H max и, наконец, уменьшается до фиксированное значение.

Временные изменения напряжений Холла ( В, H ) с ( a ) низкой, ( b ) средней и ( c ) высокой ЛПЭ.На вставке ( b ) показано изменение максимального напряжения Холла ( В, H max ) с LET.

3.4. Резюме и обсуждение

Во время или после облучения заслуживают исследования характеристики датчиков Холла FD-SOI, такие как напряжение Холла, чувствительность, эффективность и напряжение смещения. суммирует влияние трех типов радиационных эффектов на работу датчика FD-SOI.

Таблица 3

Влияние излучения на работу датчика Холла FD-SOI 1 .

Эффекты Время Измененные значения Влияние на производительность
Изменение I смещение В В S A η В смещение
Общая ионизирующая доза (TID) После облучения Общая доза
Переходный процесс В В
кратковременная мощность дозы (TDR) Во время облучения Мощность дозы ↘↗
переходный процесс единичного события (SET) LET

Эффект TID исследует изменение характеристик сенсора после облучения.После облучения чистый положительный заряд в оксидном слое в основном влияет на ток утечки в закрытом состоянии и ток смещения в открытом состоянии. Поскольку чувствительность и эффективность датчика связаны с током смещения, они также изменятся после облучения. В то же время отверстия, захваченные в оксидном слое, влияют на сопротивление кремниевой пленки датчика, что приводит к снижению напряжения смещения датчика.

Эффекты TDR и SET исследуют изменения генерируемого переходного тока и напряжения Холла в датчике выключенного состояния во время облучения.Мощность дозы в моделировании эффекта TDR и LET в моделировании эффекта SET определяют энергию облучения, поступающую на датчик во время процесса облучения. Далее будет проанализирован физический механизм влияния различных уровней энергии излучения на изменение холловского напряжения.

Во-первых, под действием напряжения смещения и магнитной индукции генерируется напряжение Холла и встроенное электрическое поле формируется в направлении холловских контактов, как показано на рисунке а. Во-вторых, меньше пар e-h генерируется из-за ядерных взрывов низкой энергии или падения тяжелых ионов.Они будут двигаться под действием встроенного электрического поля, тем самым ослабляя встроенное электрическое поле, что приведет к уменьшению переходного напряжения Холла. Наконец, когда все сгенерированные пары e-h собраны, напряжение Холла возвращается к исходному значению.

Иллюстрация физического механизма во время ( a ) низкоэнергетического и ( b ) высокоэнергетического облучения в поперечном сечении X-Y кремниевой пленки.

Что касается облучения в случае высокой энергии, как показано на b, пары e-h, генерируемые облучением, все же сначала ослабляют встроенное электрическое поле, поэтому переходное напряжение Холла сначала уменьшается.Во-вторых, из-за высокой энергии излучения образуется масса пар e-h, которые в основном движутся к контактам смещения. При этом электроны и дырки движутся к холловским контактам под действием силы Лоренца. В это время встроенное электрическое поле будет усилено, а переходное напряжение Холла увеличится. Наконец, после завершения облучения достигается новый динамический баланс, а встроенное электрическое поле и напряжение Холла немного больше исходного значения.

Следовательно, при разных энергиях облучения два электрических поля (электрическое поле, образованное контактами смещения и встроенное электрическое поле, образованное контактами Холла), которые определяют движение пар eh, будут определять, как переходное напряжение Холла изменения.

4. Выводы

В этой работе исследовалось влияние эффектов ионизации облучением (эффекты TID, TDR и SET) на характеристики датчиков Холла FD-SOI. FOM датчиков были оценены с точки зрения напряжения Холла, чувствительности и эффективности с помощью моделирования TCAD на основе Synopsys Sentaurus ® .Кроме того, был проанализирован физический механизм влияния облучения на производительность.

Для эффекта ПИВ чувствительность увеличивается, эффективность уменьшается, а напряжение смещения уменьшается из-за захваченных дырок в оксидном слое после облучения. Что касается эффектов TDR и SET, переходные изменения напряжения Холла в закрытом состоянии также различаются из-за ядерного взрыва или падения тяжелых ионов с разными энергиями. В основном это происходит из-за разницы в направлении движения пар e-h, генерируемых при разной энергии облучения под действием электрического поля смещения и встроенного электрического поля.

Насколько известно авторам, эти результаты впервые всесторонне обобщили отклик датчиков Холла FD-SOI с точки зрения эффекта ионизации облучением. Эти результаты обеспечивают глубокое понимание конструкции, обработки и тестирования датчиков Холла FD-SOI, используемых в радиационной среде.

Приложение A

В этом приложении кратко резюмируется предыдущая работа [8], и основное внимание уделяется выбору оптимальной конструкции датчика. По сравнению с объемной структурой характеристики датчиков Холла FD-SOI (такие как чувствительность и эффективность) улучшены из-за его малой толщины и низкой концентрации легирования.

Если должна быть получена структура FD-SOI, толщина кремниевой пленки должна быть менее чем в два раза больше толщины максимального обедненного слоя ( X dmax ) под оксидом затвора. X dmax определяется следующим образом:

где N A — концентрация легирования кремниевой пленки, ε si — диэлектрическая проницаемость кремния и φ F — потенциал Ферми.Следовательно, толщина кремниевой пленки 50 нм соответствует концентрации легирования 10 16 см −3 , что может привести к тому, что датчик достигнет FD-состояния.

Помимо FD-состояния, другие конструктивные особенности также играют важную роль в улучшении характеристик датчика. Квадратные датчики с высокой симметрией демонстрируют лучшую эффективность, что является лучшим компромиссом между чувствительностью и потребляемой мощностью. Меньшая длина (1 мкм) холловских контактов и ширина 0.