Датчик Холла схемы включения: связь с магнитометром, тахометром

Схема принципиальная датчика холла

Магнитоэлектрическое устройство, принцип которого основан на открытии американского ученого, сегодня активно применяется в автомобильных системах. Речь идет о знаменитом датчике холла или ДХ. Интересно будет узнать, какие схемы его включения используются.

Принцип работы и уникальные свойства ДХ

Содержание

• 1 Принцип работы и уникальные свойства ДХ
• 2 Магнитометр и тахометр
• 3 Схемы, в которых задействуется ДХ

Как известно, удивительный принцип ДХ был открыт следующим образом. В магнитное поле был помещен полупроводник, имеющий форму прямоугольника. Когда через параллельные плоскости пластины проходил импульс тока, возникало напряжение и на перпендикулярных им торцах прямоугольника. Это была поперечная разность потенциалов или как называют явление сегодня – холловское напряжение.

Схема зажигания с ДХ

Современные ДХ имеют большей частью щелевую конструкцию. Другими словами, конструкцию с отверстиями, щелями. На одной из сторон отверстия бывает расположен проводник, через который пропускается импульс, а на второй – постоянный магнит.

Интересный момент. В зазоре, образовавшемся между постоянным магнитом и пластиной, предусмотрена бывает перегородка, спроектированная для перемыкания токовых линий. Так вот, когда она убирается, то разность потенциалов не действует, и наоборот, когда она есть – линии замыкаются.

Одним словом, когда экран (перегородка) проходит зазор, на микросхеме бывает нулевая индукция, а на выходе образуется напряжение.

Такой принцип функционирования позволил использовать данную схему в виде регистрирующего устройства, не имеющего механические контакты. Это было великое открытие в автомобилестроении, где не знали, что делать с устаревшей контактной группой, часто доставляющей конструкторам проблемы.

Принцип функционирования датчика холла

Благодаря возможностям нынешней электроники удалось преобразовать аналоговые ДХ в цифровые. Однако в автомобилестроении чаще используются преобразователи, основанные на изменении индукции поля. Величина таких аналоговых преобразователей полностью зависит от силы и полярности магнитного поля.

А вот цифровые ДХ вообще не подразумевают наличия магнита. Принцип их действия основан на выдаче логической единицы. В момент импульса, индукция достигает пороговой величины, и наоборот, когда номинал не достигается, установлен ноль. Но на самом деле, цифровой ДХ не лучше аналогового, так как чересчур чувствителен.

Не только автомобильная электрика, но и авиация, машиностроение получили большую выгоду от внедрения и применения ДХ. Безусловно, этому способствовала высокая точность показаний и надежность датчиков, стоящих копейки.

Например, если бы не было ДХ в автомобильных системах, то пришлось бы использовать дорогие приборы, которые были бы в состоянии следить и контролировать функционирование различных узлов и механизмов с потрясающей точностью.

Левитрон на основе датчика холла

Помимо этого, ДХ применяются и в других целях. Например, это превосходный элемент для создания левитрона – игрушки, висящей в воздухе. Многочисленные умельцы и конструкторы, заинтересованные схемой собирания левитрона, совершенствуют принципы работы ДХ.

Магнитометр и тахометр

Можно сказать, что ДХ – есть магнитометр, но это не совсем так. Магнитометром является прибор, измеряющий характеристики магнит. поля. В связи с тем, что есть зависимость от диагностируемой формации, различают: деклинаторы, эрстедметры, флюксметры и другие приборы с аналогичной схемой действия.

В более узком понимании магнитометр нужен для измерений особенностей магнитного поля. И тут одной из важнейших уникальных качеств устройства является ее чувствительность.

Однако, абстрагировать текущий формат, превратить его целостным для всех приборов нет практической возможности, ведь каждая из моделей магнитометров различается принципом действия, отдельной функцией обработки сигнала и неодинаковой конструкцией преобразователя.

Аналоговые ДХ и сами являются магнитометрами, способны контролировать магнитную индукцию и поле. Но самое главное, что и является отличительной чертой ДХ от магнитометра, является способность преобразовывать индукцию магнита в выходное напряжение.

Зажигание на 2-х датчиках холла

Тахометр – тоже является измерительным прибором, но он предназначен для измерения частоты вращения различных деталей, находящихся в движении (вращении).

К примеру, в автомобильных системах тахометр легко определяет частоту вращения коленвала, показывая обороты в минуту.

Примечательно, что тахометры могут быть установлены в систему, где работает ДХ, и соответственно, получать импульсы непосредственно от датчика.

Как и ДХ, тахометр бывает цифровым и аналоговым. Первый бывает выполнен в виде электронного табло, где показывается информация, производятся математические подсчеты оборотов ДВС и валов. Полезная штука для работы с системами ЭБУ и для настройки современных моторов.

Схемы, в которых задействуется ДХ

Преобразователь ДХ в электрической цепи автомобиля – важнейшее звено. Расположен ДХ на схеме в самом конце цепи или ее начале. Вот, как это можно себе представить:

• от аккумуляторной батареи идет токовый импульс на замок зажигания, который если включается, то подает напряжение в цепь;
• первой принимает напряжение катушка зажигания, передающая также преобразованную энергию (ток с высоким вольтажом) на свечи зажигания;
• одновременно катушка связана по схеме с коммутатором, имеющим 7 выводов;
• датчик располагается в самом конце цепи, соединяясь посредством разъема с выводами коммутатора.

Датчик холла в трамблере

Это схема, которая используется в обычных автомобильных системах, а вот в масляных обогревателях, где тоже применяется ДХ, они задействованы в схему определения вертикального положения.

Схема подобного типа получает импульс от бестрансформаторного БП, а выходное ее напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона.

Что касается переменной составляющей, то она отфильтровывается емкостным диодом.

Еще одна популярная схема, в которой используется ДХ, это схема определения скорости и направления движения (вращения). Здесь ДХ может быть задействован, как помощник тахометра или отдельный контроллер. Его задача – преобразовывать амплитуду и курс вращения в единый электроимпульс для дальнейшей передачи.

Благодаря такой схеме удается контролировать обороты валов, определять направление вращения, учитывать расход жидкости и многое другое.

В основе функционирования такой схемы лежит преобразование, осуществляемое датчиком SS52DT или ДХ с 2-я полупроводниковыми элементами. При попадании в зону действия магнитного поля, генерируется разность потенциалов, которая и позволяет собственно измерять амплитуду и направление вращения.

Существуют и другие схемы, в которых задействует ДХ. Например, упрощенная конструкция для определения скорости, где используется выходной сигнал или упрощенная схема для определения направления.

что это, зачем используется и где применяется / Хабр

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

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

Спектр моделей таких датчиков чрезвычайно обширен — от клавиатур до оценки закрытия или открытия клапана. Датчики Холла используются в бесконтактной системе зажигания бензиновых двигателей, они служат для считывания показаний распредвала двигателя, с тем, чтобы определять параметры вращения. Электронный блок управления автомобиля по показаниям датчика определяет исправность системы зажигания и старта.

История появления датчика

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

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

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

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

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

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

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

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

Как это работает?

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

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

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

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

Все датчики — разные

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

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

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

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

Разработка систем на основе эффекта Холла

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

Датчик Холла

Принцип работы и области применения

В этой статье описывается принцип работы и области применения датчика Холла. Эффект Холла назван в честь Эдвина Х. Холла, открывшего основной фундаментальный принцип электромагнетизма в 1879 году. Эффект Холла позволяет нам выяснить, заряжены ли носители заряда в проводнике положительно или отрицательно.

Теория датчика Холла

Магнитная сила, действующая на движущийся заряд, может быть представлена ​​как F= qV x B. В точке равновесия результирующие силы на зарядах становятся равными нулю.

Следовательно,

Рисунок 1: Проводящая полоска длиной l , шириной w, и диаметром d , погруженная в магнитное поле B 90 006

Рассмотрим проводник следующего размеры: длина L , толщина t, и ширина w, как показано на рисунке 1. Носитель заряда равен q, плотность носителей заряда n и скорость дрейфа носителей заряда v _x . На рисунке 1 E и B являются взаимно перпендикулярными векторами.

Итак,

Ток в проводнике может быть выражен как

Упрощая уравнения (2) и (3), мы получаем

Поперечная разность потенциалов в проводнике может быть представлена ​​как

Уравнение (5) может можно переписать как

Уравнение (6) ясно указывает на связь напряжения Холла с подвижностью носителей, проводимостью и концентрацией носителей. Поэтому выбор полупроводникового материала играет важную роль в конструкции датчиков Холла. Различные сплавы, такие как InSb, InAs, GaAs и легированный Si, используются для создания датчиков Холла.

Общая чувствительность датчика Холла определяется как Коэффициент Холла , который может быть определен как градиент электрического потенциала на единицу напряженности магнитного поля на единицу плотности тока.

Принцип работы датчика Холла

Принцип работы датчика Холла основан на напряжении Холла. Электроны движутся прямолинейно по тонкой полоске проводника при приложении электричества. Однако когда заряженные частицы попадают под влияние магнитного поля, они отклоняются в направлении, перпендикулярном движению электронов.

Некоторые электроны собираются с одной стороны, а некоторые — с другой. В результате одна из плоскостей проводника становится отрицательно заряженной, а другая — положительно заряженной. Разность потенциалов между плоскостями проводника создает напряжение, и это напряжение называется напряжением Холла .

Электроны продолжают двигаться от одной стороны плоскости к другой до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между силой, приложенной к заряженным частицам. Равновесие сил устанавливается, когда сила, действующая на заряженную частицу, вызванная электрическим полем, и сила, вызванная магнитным полем, становятся равными. При этом условии значение напряжения Холла в этот момент является мерой плотности магнитного потока

Датчики Холла можно разделить на два типа: линейные и пороговые датчики на основе зависимости между напряжением Холла и плотностью магнитного потока. Выходное напряжение линейно увеличивается с плотностью магнитного потока в линейном датчике Холла. С другой стороны. в пороговом датчике выходное напряжение резко уменьшается при каждой плотности магнитного потока,

Используя фундаментальный принцип эффекта Холла, были разработаны различные датчики для различных областей применения. Система измерения эффекта Холла состоит из различных компонентов, таких как

1. Датчик Холла
2. Элемент формирования сигнала
3. Элемент обработки сигнала
4. Блок дисплея
5. Регулируемый блок питания.

Датчик Холла упакован в корпус с четырьмя клеммами, который состоит из клеммы управления и клеммы дифференциального выхода.

Система формирования сигнала для датчика Холла

Датчик Холла в первую очередь определяет наличие магнитного поля и обеспечивает соответствующее выходное напряжение в зависимости от наличия магнитного поля. В присутствии магнитного поля 1 Гаусса Датчик Холла обеспечивает аналоговое выходное напряжение 30 мкВ.

Небольшое выходное напряжение требует надлежащего преобразования сигнала. Кроме того, эффект Холла зависит от температуры окружающей среды, поэтому также требуется температурная компенсация. Датчик Холла также чувствителен к механическим нагрузкам, поэтому надлежащий корпус датчика Холла сконструирован таким образом, чтобы свести нагрузку к минимуму.

На рис. 2 показана принципиальная схема схемы преобразования аналогового сигнала датчика Холла.

Рис. 2. Преобразование аналогового сигнала

Для преобразования сигнала используется дифференциальный усилитель, который имеет следующие характеристики 83

Некоторые важные этапы проектирования блока формирования сигнала этого датчика рассмотрены ниже.

1. Поскольку измеряемое магнитное поле имеет как положительную, так и отрицательную полярность, схема преобразования сигнала на эффекте Холла также обеспечивает положительное и отрицательное напряжение. Чтобы избежать использования двух источников питания с разной полярностью для обеспечения напряжения как положительной, так и отрицательной полярности, используется схема смещения.
2. Для насыщения положительного и отрицательного напряжения эффекта Холла накладываются пределы насыщения.
3. Выходное напряжение на эффекте Холла зависит от тока, поэтому для регулирования потока используется регулятор

На рис. 3 показана система формирования сигнала для датчика Холла с цифровым выходом. Важным преимуществом цифрового датчика является то, что он выдает либо логическую 1, либо логический 0 при наличии или отсутствии магнитного поля. Цифровой выход датчика проще соединить с микропроцессором, микроконтроллером и другими цифровыми устройствами.

Для получения цифрового выхода аналоговый выход дифференциального усилителя пропускают через схему триггера Шмитта. Схема триггера Шмитта обеспечивает сравнение между фактическим значением и заданным значением и выдает либо логический 0, либо логическую 1. Управляющая способность цифрового выхода датчика очень низкая, поэтому конфигурация с открытым коллектором (транзистор NPN) и конфигурация с открытым стоком использовались на выходном каскаде.

Рисунок 3: Цифровое преобразование сигнала датчика Холла

Применение датчика Холла

Датчик тока на эффекте Холла

Эффект Холла применяется в различных дисциплинах проектирования датчиков. Одной из таких многообещающих конструкций датчика является датчик тока на эффекте Холла (HECS). HECS измеряет как переменный, так и постоянный ток, поскольку классический трансформатор тока не может измерять постоянный ток. HECS находит множество применений в различных областях, таких как промышленные приводы постоянного и переменного тока, электрические транспортные средства, измерение мощности и энергии, измерение качества электроэнергии и механизмы управления с обратной связью для силовых преобразователей.

Выбор подходящего HECS является важной задачей проектирования из-за различных факторов, таких как

1. Диапазон тока: Пиковый ток, переходный ток перегрузки, номинальный ток
2. Требуемый выход: Напряжение, коэффициент масштабирования
3. Точность : С учетом нелинейности и смещения постоянного тока при температуре окружающей среды
4. Источник питания: Положительный или отрицательный источник питания
5. Диапазон частот: Основная рабочая частота, содержание гармоник
6. Номинальные параметры di/dt и dv/dt: Скорость изменения тока и предельные значения напряжения

Существуют различные проблемы при проектировании HECS, такие как

1. HECS должны иметь широкий динамический диапазон
2. HECS должен иметь небольшую физическую площадь или размеры
3. HECS должен быть высокоскоростным
4. HECS должен быть экономичным по своей природе

Существуют различные виды HECS, т. е. HECS с разомкнутым контуром и замкнутый цикл HECS. HECS без обратной связи имеют различные ограничения, такие как больший физический размер, насыщение, нелинейность и нагрев сердечника, поэтому HECS с обратной связью широко используются, как показано на рисунке 4.9.0003

Рисунок 4: Блок-схема датчика Холла с замкнутым контуром и схемой формирования сигнала

Несмотря на некоторые особенности, HECS с замкнутым контуром имеет ряд ограничений, таких как (a) дрейф усиления из-за изменения температуры, (b) магнитное смещение, (c) смещение по постоянному току и (d) нелинейность

Наклон Время нарастания (нсек) Измерение сигнала постоянного тока Изоляция Размер Номинал ABB EL50P1 0,2 — Да Да Средний Среднеквадратичное значение: 50 A P-P: ±80 A LEM LA-55-P 0,2 500 Да 901 98 Да Средний Среднеквадратичное значение: 50 A P-P: ±70 A ACS70331 1 — Да Да Малый 5 A 9022 6 ACS7002MA 0,4 — Да Да Маленький ±100 А

Переключатель на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла также используются в качестве переключателей, таких как бесконтактные переключатели и герконы. Переключатель на эффекте Холла включается и выключается, если обнаруживает присутствие магнитного поля. Этот переключатель широко используется для принципов обнаружения приближения. Некоторые из промышленных переключателей на эффекте Холла имеют

1. TLE496X: Автомобильное поле
2. TLI496X: промышленные цели (обнаружение положения мотора BLDC)
3. TLV496X: потребительские применения (E-Bikes, вентиляторы)

для получения чувствительности, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, а также гнирование, вылет, вылет, вылет, а также гнирование, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылета, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет, вылет и гнирование, вылет, вылет и гниль. Широко используются датчики на эффекте Холла. Существуют две различные конфигурации узла двигателя, в которых датчики на эффекте Холла используются для измерения положения и смещения, например,

1. Узел магнитного ротора: В этом узле магниты не являются стационарными
2. Лопастной ротор в сборе: в этой сборке магниты стационарны

Читать далее:

Подпишитесь на нас и поставьте лайк:

Эффект Холла: определение, принцип, методы измерения

Всем привет. Добро пожаловать в новый пост сегодня. В этом посте представлены эффект холла и датчик холла. Включая их определение, принципы и методы измерения.

Ⅰ. Что такое эффект Холла?

Взаимодействие соответствующих электрических и магнитных полей заряженных частиц, таких как электроны, приводит к эффекту Холла. Принцип эффекта Холла проиллюстрирован на следующей анимации для более четкого понимания.

 

Рис. 1

Ⅱ. Принцип эффекта Холла

Ток начинает течь, когда проводящая пластина подключается к цепи с батареей. От одного конца пластины к другому носители заряда будут двигаться прямолинейно. Магнитное поле создается за счет прохождения носителей заряда. Магнитное поле носителей заряда изменяется, когда магнит подносится близко к пластине. В результате прямолинейный поток носителей заряда затруднен. Сила Лоренца — это сила, которая изменяет направление потока носителей заряда.

Положительно заряженные дырки будут отклоняться к одной стороне пластины, а отрицательно заряженные электроны будут отклоняться к противоположной стороне пластины в результате искажения магнитного поля носителей заряда. Напряжение Холла, которое можно измерить с помощью метр — это разность потенциалов, возникающая между двумя сторонами пластины.

 

Рис. 2

Магнитное поле, перпендикулярное проводящей пластине, представлено синей стрелкой B в уравнении эффекта Холла и силы Лоренца.

В соответствии с концепцией эффекта Холла напряжение может быть измерено, когда путь тока находится под прямым углом, когда проводник с током или полупроводник вставлен в вертикальное магнитное поле.

Следующая формула дает напряжение Холла, записанное как VH:

 

Формула напряжения Холла:

На проводящей пластине VH означает напряжение Холла.

Рис. 3

Ток датчика обозначается символом I.

Напряженность магнитного поля B.

Заряд q.

Количество носителей заряда в единице объема равно n.

Толщина датчика d.

Принцип работы датчиков Холла

Датчик обнаруживает это и генерирует выходное напряжение, известное как напряжение Холла VH, когда плотность магнитного потока в области, окружающей датчик, достигает определенного порога. Следующий рисунок иллюстрирует конкретный принцип.

Небольшой прямоугольный кусочек полупроводникового материала p-типа, такого как арсенид галлия (GaAs), антимонид индия (InSb) или арсенид индия (InAs), по которому течет непрерывный ток, является основным строительным блоком датчика Холла. .

 

Рис. 4

Ⅲ. Схема датчика Холла

Линии магнитного потока, действующие на полупроводниковый материал в датчике Холла, заставляют носители заряда, электроны и дырки отклоняться в любую сторону полупроводниковой пластины. Магнитное поле, с которым сталкиваются носители заряда при прохождении через полупроводниковый материал, вызывает это движение.

Из-за накопления этих носителей заряда, когда электроны и дырки движутся вбок, между двумя сторонами полупроводникового материала возникает разность потенциалов. Затем внешнее магнитное поле под прямым углом к ​​полупроводниковому материалу влияет на поток электронов через него; этот эффект сильнее проявляется в плоских прямоугольных материалах.

Сила магнитного поля и тип магнитного полюса определяются эффектом Холла. Например, южный полюс приведет к выходу напряжения из устройства, тогда как северный полюс не окажет никакого влияния. В отсутствие магнитного поля датчики и переключатели на эффекте Холла обычно устроены так, чтобы они были «выключены» (состояния разомкнутой цепи). Они могут «размыкаться» (становиться замкнутыми) только при воздействии магнитного поля достаточной мощности и полярности.

Ⅳ. Датчик Холла

Датчик работает как аналоговый датчик в своей самой простой форме, напрямую возвращая напряжение. Его отрыв от пластины Холла можно рассчитать с помощью известного магнитного поля. Взаимное положение магнитов можно определить с помощью набора датчиков.

Датчики Холла часто используются в сочетании со схемой, позволяющей устройству работать в цифровом режиме (вкл./выкл.); в таком расположении они могут называться переключателями. Изменение света хорошо видно на изображении ниже, на котором изображено колесо с двумя магнитами, движущимися через датчик на эффекте Холла.

Рис. 5  Колесо с двумя магнитами проходит мимо датчика Холла

 

Поскольку большинство устройств на эффекте Холла имеют очень маленькую выходную мощность возбуждения — от 10 до 20 мА, — они не могут напрямую переключать большие электрические нагрузки. Добавьте транзистор NPN с открытым коллектором (токоотводящий) к выходу для сильноточных нагрузок. Как показано ниже

Когда приложенная плотность магнитного потока больше предустановленного значения «ON», транзистор ведет себя как NPN-переключатель стокового тока, замыкая выходную клемму на землю.

Реле, двигатели, светодиоды, фонари и другие нагрузки могут управляться напрямую выходными переключающими транзисторами в двухтактной конфигурации выхода независимо от того, сконфигурированы ли они как транзисторы с открытым эмиттером, транзисторы с открытым коллектором или и то, и другое.

 

Рис. 6  Типовая схема переключения на эффекте Холла

Для датчиков Холла предусмотрены линейные или цифровые выходы. Выходное напряжение линейного (аналогового) датчика пропорционально магнитному полю, проходящему через датчик Холла, а выходной сигнал получается непосредственно с выхода операционного усилителя. Напряжение Холла на выходе:

 

Рис. 7  Диаграмма формулы напряжения Холла

Напряжение Холла выражается в вольтах как V H.

Коэффициент эффекта Холла равен R H.

I — это величина тока (в амперах), проходящего через датчик.

T — толщина датчика в миллиметрах.

B — плотность магнитного потока для Теслы.

Линейные или аналоговые датчики создают постоянное выходное напряжение, которое возрастает при наличии сильных магнитных полей и падает при наличии слабых. По мере увеличения напряженности магнитного поля в датчике Холла с линейным выходом выходной сигнал усилителя также возрастает до тех пор, пока ограничения источника питания не приведут к его насыщению.

Любое дальнейшее расширение магнитного поля скорее насытит выходной сигнал, чем окажет на него какое-либо влияние.

 

Ⅴ. Метод измерения датчика Холла — путь движения магнитного поля

Во многих случаях один постоянный магнит, прикрепленный к вращающемуся валу или другому устройству, может использоваться для работы датчиков Холла, которые активируются магнитным полем. Движения магнита могут принимать самые разные формы, включая индуктивные движения, такие как «лобовое», «боковое», «тяни-тяни» или «толкай-толкай».

Линии магнитного потока в каждой конфигурации всегда должны быть перпендикулярны чувствительной области устройства и иметь правильную полярность, чтобы гарантировать максимальную чувствительность.

Чтобы обеспечить значительные изменения напряженности поля для желаемого движения, магниты с высокой напряженностью поля также необходимы для обеспечения линейности. Двумя наиболее популярными сенсорными установками, в которых используется один магнит, являются фронтальное обнаружение и боковое обнаружение. Существует множество различных направлений движения для обнаружения магнитных полей.

1. Фронтальное обнаружение Метод измерения датчиком Холла

Как следует из термина «фронтальное обнаружение», необходимо, чтобы магнитное поле было перпендикулярно датчику Холла и направлено на активный датчик приближения лица, чтобы обнаружить что-либо. «позитивная» стратегия.

 

Рис. 8

В линейном устройстве этот фронтальный метод генерирует выходной сигнал VH, который представляет напряженность магнитного поля или плотность потока в зависимости от расстояния до датчика Холла. Магнитное поле сильнее, а выходное напряжение выше на более близких расстояниях и наоборот.

Положительные и отрицательные магнитные поля также можно различить с помощью линейных устройств. Чтобы сигнализировать об обнаружении положения, нелинейное устройство может включать выход на заданном расстоянии воздушного зазора от магнита.

2. Боковое обнаружение в методе измерения датчика Холла

Второй тип обнаружения называется «боковым обнаружением». Для этого магниты необходимо перемещать в поперечном направлении по поверхности элемента с эффектом Холла.

Например, для определения скорости вращения вращающегося магнита или двигателя можно использовать боковое обнаружение или обнаружение проскальзывания для обнаружения наличия магнитного поля, когда магнитное поле пересекает поверхность элемента Холла в пределах определенного воздушного зазора расстояние.

 

Рис. 9

Положительные и отрицательные выходы могут быть представлены линейными выходными напряжениями, в зависимости от того, где магнитное поле пересекает осевую линию датчика с нулевым полем. Это позволяет обнаруживать направленное движение, которое может быть вертикальным или горизонтальным.

 

Ⅵ. Детектор положения с датчиком Холла

Существует множество способов подключения датчиков Холла к электрическим и электронным схемам в зависимости от типа устройства (цифрового или линейного). Ниже приведен пример, который действительно прост и прост в построении:

 

Рис. 10  Детектор положения

Детектор фронтального положения будет в положении «выключено», когда нет магнитного поля (0). Устройство «включится» и зажжет светодиод, когда южный полюс постоянного магнита (положительный гауссов) перемещается вертикально в пределах активной области датчика Холла. Датчик эффекта Холла останется включенным после его переключения.

 

Ⅶ. Преимущества и недостатки датчика холла

Преимущество

Электронные переключатели могут быть созданы с использованием датчиков Холла.

1. Эти переключатели более надежны и менее дороги, чем механические переключатели.

2. Может работать на частоте до 100 кГц.

3. Поскольку вместо механических контактов используются полупроводниковые переключатели с гистерезисом, дребезг контактов не является проблемой.