Цифровой датчик холла: SS441A, Датчик Холла однополярный цифровой 135G TO92, Honeywell

Содержание

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.

[quads id=1]

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.

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.

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

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

Типы и сфера применения

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

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

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

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
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 / датчик магнитного поля цифровой с подстройкой A3144

Модуль на базе датчика Холла цифровой A3144 с подстройкой чувствительности и индикацией 

Технические характеристики:

Напряжение питания:3 – 5.5 В
Формат сигнала цифрового выхода:TTL(0/1)
Уровень сигнала аналогового выхода: 0..Vcc
Рабочая температура: от 0 до +70 °C
Размеры: 32 х 14 мм
Диаметр монтажного отверстия: 3 мм
Компаратор: LM393

Модуль A3144 — бесконтактный переключатель на основе эффекта Холла на интегральной схеме. Для элементов схемы обнаружения магнитного поля используется технология полупроводниковых интегральных схем. Схема обнаружения магнитного поля включает стабилизатор напряжения, генератор напряжение Холла, дифференциальный усилитель, триггер Шмитта, схему компенсации влияния температуры и выходной каскад с открытым коллектором. На входе — воздействие магнитного поля, на выходе — цифровой электрический сигнал.
Датчик имеет два выхода: AO (аналоговый) и DO (цифровой). Аналоговый выход может подключаться непосредственно к входу АЦП Ардуино и использоваться для измерения уровня магнитного поля.
В качестве порогового элемента цифрового выхода использован компаратор LM393.Регулировка порога переключения цифрового выхода осуществляется подстроечным резистором на плате датчика. При этом устанавливается чувствительность датчика магнитного поля. При воздействии поля напряженностью более чем установлена при настройке, на выходе D0 меняется уровень напряжения. На аналоговый выход поступает усиленный сигнал воспринимающего элемента.
При подключении датчика к схеме следует тщательно соблюдать полярность питания. Переполюсовка ведет к выходу датчика из строя.

Наименование контактов модуля:
VCC   Питание
GND  Заземление
DO    Цифровой выход TTL
AO    Аналоговый выход (напряжение на выходе зависит от расстояния до источника магнитного поля)

Применение:
Предназначен для совместного использования с устройствами, использующими платформу Arduino (Ардуино). Для создания различных робототехнических проектов, обучения конструированию различных систем мехатроники и программированию, а также для конструкторских хобби.

Датчик холла назначение и принцип работы

В статье узнаете, что такое датчик Холла, принцип работы, его типы, применение в промышленности, преимущества и недостатки.

Датчики Холла широко используются в различных областях. В этом посте мы расскажем о том, как они работают, их типах, приложениях, преимуществах и недостатках.

Блок: 1/10 | Кол-во символов: 281
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Что такое датчик Холла

Магнитные датчики — это твердотельные устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к нему магнитному полю. Эти электрические сигналы затем дополнительно обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого выхода.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий спектр магнитных полей. Одним из таких устройств является датчик Холла, выход которого (напряжение) зависит от плотности магнитного поля.

Внешнее магнитное поле используется для активации этих датчиков эффекта Холла. Отслеживаемый магнитный поток фиксируется датчиком, когда его плотность за пределы определенного порога. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

Эти измерительные элементы пользуются большим спросом и имеют очень широкое применение, например датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. д.

Купить датчик вы можете в популярном китайском интернет магазине «АлиЭкспресс». Брали оттуда, все рабочие, советуем.

Блок: 2/10 | Кол-во символов: 1096
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

С чего все начиналось

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

Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил?  Разность потенциалов на гранях А и C!  Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.

Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект  –  в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла. 

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 753
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Датчик Холла – принцип работы и назначение

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Во многих случаях этот прибор размещается в трамблере и отвечает за образование искры, то есть он используется вместо контактов. Нередко данный прибор применяется для слежения за током нагрузки. С его помощью производится отключение при возникновении токовых перегрузок. В случае перегревания датчика происходит срабатывание температурной защиты. Резкое изменение напряжения может иметь для устройства тяжелые последствия. Поэтому в последних моделях устанавливается внутренний диод, препятствующий обратному включению напряжения.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.


Блок: 6/8 | Кол-во символов: 1367
Источник: http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/

Линейные датчики Холла

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

а 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 измеряемым параметрам магнитного поля.

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.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1136
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Как работает датчик Холла

Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.

Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.

Простейший датчик состоит из:

  • постоянного магнита;
  • лопасти ротора;
  • магнитопроводов;
  • пластикового корпуса;
  • электронной микросхемы;
  • контактов;

Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание. 

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1931
Источник: http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/

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.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 573
Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html

Цифровые датчики Холла

Разработчики на этом не остановились. Как только наступила  эра цифровой электроники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:

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. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика.  Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 945
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 2929
Источник: http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • на основании вывода;
  • на основании операции.

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить по типу выхода:

  • аналоговый;
  • цифровой.
Датчики Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выход такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.

Эти измерительные элементы имеют непрерывный линейный выход. Благодаря такому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «вкл.» и «выкл.». Эти датчики имеют дополнительный элемент — «триггер Шмитта», отличаясь этим от датчиков Холла с аналоговым выходом.

Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким.

Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

На основе операции

На основе операции датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • биполярный;
  • униполярный.
Биполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют как положительных, так и отрицательных магнитных полей для своей работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса — для его отключения.

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы быть активированными. Эта же полярность задействуется для выключения датчика.

Блок: 5/10 | Кол-во символов: 1914
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как проверить датчик Холла

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

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

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. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1547
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

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.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1861
Источник: https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html

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 Холла
  • датчики тока
  • тахометры
  • датчики вибрации
  • детекторы ферромагнетиков
  • датчики угла поворота
  • бесконтактные потенциометры
  • бесколлекторные двигатели постоянного тока
  • датчики расхода
  • датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
  • 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)

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 683
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

  • выполняют несколько функций, таких как определение положения, скорости, а также направления движения;
  • поскольку являются твердотельными устройствами, то абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей;
  • почти не требуют обслуживания;
  • прочные;
  • невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Блок: 7/10 | Кол-во символов: 373
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически  датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 364
Источник: https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

  • Не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственное решение для преодоления этой проблемы заключается в использовании очень сильного магнита, который может генерировать широкое магнитное поле.
  • Точность измеренного значения всегда является проблемой, поскольку внешние магнитные поля могут влиять на значения.
  • Высокая температура оказывает влияние на сопротивление проводника. Это в свою очередь скажется на подвижности носителя заряда и чувствительности датчиков Холла.

Блок: 8/10 | Кол-во символов: 554
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.

Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «вкл.».

Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, открытым коллектором или оба типа. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.

Блок: 9/10 | Кол-во символов: 912
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Как работает датчик Холла Видео

Блок: 10/10 | Кол-во символов: 31
Источник: https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml

Кол-во блоков: 27 | Общее кол-во символов: 30483
Количество использованных доноров: 8
Информация по каждому донору:
  1. http://starifaeton.ru/info/datchik-holla-naznachenie-i-princip-raboty/: использовано 2 блоков из 8, кол-во символов 4296 (14%)
  2. https://meanders.ru/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml: использовано 7 блоков из 10, кол-во символов 5161 (17%)
  3. https://www.asutpp.ru/chto-takoe-datchik-holla.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 2434 (8%)
  4. https://autolirika.ru/interesnoe/datchik-holla.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 6612 (22%)
  5. http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 1931 (6%)
  6. https://220v.guru/elementy-elektriki/datchiki/princip-raboty-i-primenenie-datchika-holla.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 2199 (7%)
  7. https://carnovato.ru/princip-raboty-shema-datchika-holla-skutere/: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 2422 (8%)
  8. https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 5428 (18%)

Исследование точности позиционирования подъемной платформы на базе датчиков холла, страница 6

Рисунок 5 – Принцип действия датчика Холла

Различная плотность электронов на сторонах пластины создаёт разность потенциалов, которую можно усилить и измерить, что датчики Холла и делают, рисунок 6.

Рисунок 6 - Архитектура датчика Холла

Датчики Холла бывают аналоговыми и цифровыми. Аналоговый датчик Холла преобразует индукцию магнитного поля в напряжение, знак и величина которого будут зависеть от полярности и силы поля.

Цифровой датчик Холла выдаёт лишь факт наличия или отсутствия поля, и обычно имеет два порога: включения — когда значение индукции выше порога, датчик выдает логическую единицу, и выключения — когда значение ниже порога, датчик выдаёт логический ноль.

Выход цифрового датчика Холла выполнен по схеме с открытым коллектором, таким образом, напряжение на выходе цифрового датчика Холла через нагрузочный резистор подключается к нужному напряжению. В микроконтроллерах семейства AVR имеется встроенный нагрузочный резистор, таким образом, цифровой датчик Холла можно подключить к входу микроконтроллера напрямую, рисунок 7.

B – датчик Холла цифровой

И.С. – измерительная схема

CPU – микроконтроллер AVR

Рисунок 7 – Подключение датчика к микроконтроллеру

В экспериментальном стенде использованы цифровые датчики Холла Honeywell SS411A, характеристики которого приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Характеристики Цифрового датчика Холла Honeywell SS411A

Тип выходного сигнала

Цифровой

Тип чувствительного элемента

Элемент Холла

Наличие встроенного магнита

Нет

Тип чувствительности к полю

Биполярный

Индукция включения, Гаусс

60

Индукция выключения, Гаусс

-60

Максимальная рабочая частота, кГц

(быстродействие)

100

Минимальное напряжение питания, В

3.8

Продолжение таблицы 4

Максимальное напряжение питания, В

30

Максимальный выходной ток, мА

20

Температурный диапазон, оС

От -40 до 150

Корпус

SS41

2.2.1 Размещение и функции цифровых датчиков Холла

Платформа двигается с некоторой заданной скоростью, внутри платформы установлен груз некоторой массы, изображение подъемной платформы и расположение датчиков изображено на рисунке 8.

  1. Подъемная платформа
  2. Груз
  3. Трос
  4. Постоянный магнит
  5. Цифровой датчик Холла (датчик остановки)
  6. Постоянный магнит
  7. Восемь цифровых датчиков Холла (датчики позиционирования)
  8. Эталонная линия остановки

Датчик Холла


Датчик Холла – это цифровой или аналоговый электронный компонент, который использует одноименный эффект (эффект Холла) для обнаружения или детектирования магнитного поля.

Принцип действия

Датчик Холла представляет собой проводящую пластину, находящуюся под действием определенного электрического напряжения. Все зависит от мощности магнитного поля и функционального назначения самого датчика.

Так вот пластина под напряжением имеет определенный электрический заряд. Электроны на поверхности этой пластины, если на нее не воздействует магнитное поле, расположены равномерно. Как только пластина попадает в зону действия магнитного поля, электроны переориентируются перпендикулярно направлению магнитного потока (силовым линиям поля).

После переориентации плотность электронов в разных частях пластины становится разная, в результате чего возникает разность потенциалов, которая собственно и служит индикатором наличия или отсутствия магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Существуют аналоговые и цифровые датчики магнитного поля. Аналоговые датчики Холла преобразуют индукцию магнитного поля в напряжение. Показания таких датчиков сильно зависят от полярности самого поля, а также расстояния до датчика.

Цифровые датчики Холла более практичны и точны. Они определяют наличие поля только по преодолению определенного порога срабатывания датчика. Их показания более точны, но в то же время зона чувствительности цифрового датчика значительно больше чем у аналогового. И если магнитное поле очень слабое, то цифровой датчик Холла может его и не обнаружить.

Цифровые датчики в свою очередь подразделяются на униполярные (реагируют на поле определенной полярности) и биполярные (могут работать в зоне действия поля, которое постоянно меняет свою полярность).

Область применения

Датчики Холла, как цифровые так и аналоговые, используются во многих областях. Их применяют в мобильных устройствах (смартфонах, планшетных ПК), автомобилях, медицинской технике и даже в новых ионных двигателях космических ракет.

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики стали незаменимой частью жизни людей. Они делают ее проще. Датчики света, звука, движения управляют разными техническими системами. Ту же функцию – управление системами выполняют датчики на основе эффекта Холла (далее ДХ – датчик Холла). Далее будет рассмотрено устройство и особенности датчика Холла, разновидности контроллера, его применение, а также принцип работы.

Описание и применение

Контроллер, в основе которого лежит действие эффекта Холла, относится к датчикам магнитного типа. Они выдают электрический сигнал в зависимости от изменения магнитного поля вокруг них.

Эффект Холла состоит в появлении напряжения в проводнике при прохождении через него электрического тока. Электрический ток меняет магнитное поле, за ним меняется индукция этого поля, в итоге создается разность потенциалов.

Регистр Холла работает следующим образом:

  • вокруг него создается магнитное поле, активирующее контроллер;
  • при внесении в поле какого-либо объекта, оно выходит за первоначальные границы; датчик этот процесс фиксирует и генерирует напряжение, пропорциональное изменению.

Напряжение называется напряжением Холла.

На основе датчика Холла собирают контроллеры приближения, движения, переключатели и другие полезные в быту и промышленности устройства.

Виды, устройство и принцип действия

Всего выделяют два вида датчиков на основе эффекта Холла. Первые – цифровые, вторые – аналоговые. Они значительно отличаются друг от друга в плане конструкции и принципа функционирования.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два устойчивых положения: ноль или единица – то есть они срабатывают при определенной величине изменения магнитного поля. В основе таких датчиков лежит устройство под названием триггер Шмитта, которое имеет два устойчивых состояния: логический ноль и логическая единица.

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

  1. Униполярные.
  2. Биполярные.
  3. Омниполярные.

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

Контроллеры подобного вида работают только в том случае, если к ним прикладывается магнитное поле положительной полярности от южного полюса. Только при этом условии происходит срабатывание и отпускание контроллера.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Их особенность состоит в том, что срабатывают они под действием поля от южного полюса, а отпускаются под действием северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих контроллеров Холла состоит в том, что они могут включаться и выключаться под действием поля от любого полюса.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговые датчики способны выдавать на выходе не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное множество. Их принцип работы основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

Конструкция этих устройств содержит элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Применение

И аналоговые (линейные), и цифровые контроллеры нашли широкое применение во всех сферах жизни.

Линейные

Из-за большого количества уровней выходного напряжения такие контроллеры часто применяют в измерительной технике.

Датчик тока

Регистр тока на ДХ сделать очень просто. Необходимо установить лишь правильный преобразователь, который из напряжения, создаваемого в результате прохождения тока через проводник, будет получать ток. Ток с напряжением связаны законом Ома.

Тахометр

Тахометр измеряет частоту вращения чего-либо. Например, вала. Сделать такое устройство на ДХ очень просто. Достаточно установить датчик рядом с вращающимся объектом, а на сам объект повесить небольшой магнит.

Как только магнит будет проходить рядом с датчиком, индукция поля будет изменятся, как и величина напряжения на выходе соответственно.

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

На основе ДХ можно сконструировать простой регистр вибрации, который будет реагировать на изменение магнитного поля в результате микроперемещений магнита, создающего поле для проводника с током.

Детектор ферромагнетиков

Ферромагнетики – магнитоактивные вещества. Они искажают магнитное поле планеты. По величине этого искажения можно определить, насколько сильный тот или иной ферромагнетик.

Как измерить это искажение? Это можно сделать с помощью ДХ. Если внести в поле магнита, создающего напряжение в проводнике, магнитный материал (ферромагнетик), то поле изменит индукцию и это повлияет на создаваемую разность потенциалов.

Датчик угла поворота

ДХ способны измерять угол вращения какого-то либо объекта. Например, если на нем установлены магнит и контроллер Холла, то по величине индукции (близости магнита к датчику) можно определить угол вращения.

Потребуется лишь правильно определить зависимость между индукцией и углом. В этом поможет университетский курс физики и механики.

Бесконтактный потенциометр

Напряжение с током связаны по закону Ома через сопротивление. Зная ток через проводник и напряжение, не сложно рассчитать подключенное к проводнику сопротивление. Этот факт позволяет строить на ДХ бесконтактные потенциометры.

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Подобные контроллеры часто применяются в бесколлекторных двигателях в качестве измерителей угла поворота.

Датчик расхода

Датчик расхода на аналоговом ДХ устроен так, что объем пропущенного через этот датчик вещества пропорционален изменению магнитной индукции поля вокруг него.

Датчик положения

Чтобы собрать датчик положения на ДХ, нужно к отслеживаемой цели подключить магнитную пластину. Когда эта пластина будет менять положение относительно магнита в ДХ, поле будет менять свой состав и по изменению индукции этого поля можно будет определить положение объекта.

Цифровые

Такие контроллеры применяются в электронике и промышленности для управления включением и выключением, например, станков с численным программным управлением, а также для регулирования работы автоматизированных систем.

Датчики

На цифровых ДХ собирают различные контроллеры, способные отслеживать изменение различных величин и реагировать на изменения.

Контроллер частоты вращения

Контроллеры Холла, измеряющие частоту вращения чего-либо, называются энкодерами. Обычно их несколько устанавливается на определенную позицию, через которую проходит несколько магнитов с вращающегося объекта.

Как только магнит пересекает первый датчик, последний выдает на выходе уровень логической единицы. С другими контроллерами аналогично. Момент появления логической единицы на одном из датчиков позволяет оценить частоту вращения объекта.

Контроллер системы зажигания авто

Система зажигания устроена таким образом, что имеет два устойчивых состояния: включено-выключено. Такие же устойчивые логические уровни имеют цифровые ДХ. Соединить эти приборы в одно устройство не составляет труда: к системе зажигания присоединяется магнитная пластина.

Когда система находится в положении «включено», пластина пересекает магнитное поле ДХ и разность потенциалов в проводнике контроллера изменяется. Этим изменением можно управлять различными системами авто.

Контроллер положения клапанов

Если к клапану подсоединить магнитную пластину, а ее расположить рядом с контроллером Холла, то при открытии (или, наоборот, закрытии) клапана индукция поля и, как следствие, напряжение в проводнике изменится, а это изменение переведет контроллер в одно из логических состояний (ноль, единица).

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

Наличие бумаги в принтере можно фиксировать точно так же, как и положение клапанов. Есть флажок, который устанавливается и пересекает поле постоянного магнита ДХ, если в принтер поступает бумага.

Устройства синхронизации

Датчики синхронизации активно применяются в автомобилестроении, где они регулируют время и объем подачи топлива, углы опережения зажигания и поворота распределительного вала, а также других показателей.

Такие датчики представляют собой намагниченный сердечник с медной обмоткой, на концах которой фиксируют разность потенциалов.

Счетчик импульсов

С помощью эффекта Холла можно считать поступающие в проводник импульсы. Импульс – сигнал высокого уровня. Соответственно, есть сигнал низкого уровня (обычно это 0). Если импульс поступает на проводник, то на его концах создается разность потенциалов под действием магнитного поля. Когда импульс пропадает, разность потенциалов тоже исчезает. По скорости появления-пропадания напряжения в проводнике можно судить о количестве импульсов: зная время и скорость можно определить количество.

Блокировка дверей

Магнит контроллера располагается на двери машины, например, а сам контроллер – на дверной коробке. Как только замок, не снятый с сигнализации, попытается кто-то открыть и потянет на себя ручку двери, подключенная система заблокирует двери и предотвратит доступ в машину. Так и работает блокировка дверей с применением ДХ.

Вместо системы блокировки дверей к датчику можно подключить сирену или другую сигнализацию.

Измеритель расхода

Расходометр на ДХ устроен таким образом, что каждое изменение магнитного потока, фиксируемое контроллером, равняется определенной порции прошедшего вещества (жидкости, например).

Бесконтактное реле

Бесконтактные реле на ДХ так устроены, что при изменении магнитной индукции поля вокруг проводника на нем меняется напряжение и это изменение разности потенциалов провоцирует переключение реле.

Детектор приближения

Контроллер приближения на цифровом ДХ аналогичен контроллеру на линейном ДХ с той лишь разницей, что цифровой выдает только два уровня сигнала – высокий и низкий – а аналоговый –бесконечное множество, то есть, например, цифровым контроллером можно только включить и выключить свет, а аналоговым включить на определенную величину, сделать свет ярче или тусклее, а потом выключить.

Какие функции выполняет в смартфоне

Когда человек подносит смартфон близко к уху, экран телефона гаснет для предотвращения случайных нажатий. Как это удалось реализовать разработчикам? При помощи цифрового датчика приближения, основанного на эффекте Холла.

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

  1. Ферритовое кольцо.
  2. Проводник для тока.
  3. Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
  4. Дифференциальный усилитель.

В кольце необходимо пропилить зазор, в котором расположится элемент Холла. Его потребуется подключить к дифференциальному усилителю, который представляет особой ОУ с отрицательной обратной связью.

Если изменение индукции – это своеобразная «ошибка», то ОУ выступает в роли усилителя ошибки, как показано на принципиальной схеме подключения на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

Вместо усилителя можно установить микроконтроллер и через ограничительный резистор подключить его к выводу микросхемы ACS 711 в режиме АЦП. Тогда к другому выводу микроконтроллера можно подключить полевой транзистор и получится генератор импульсов, который можно использовать в режиме широтно-импульсной модуляции, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

  1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
  2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
  3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

  1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
  2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Чем выше температура, тем быстрее движутся заряды в проводнике, тем чувствительнее датчик ко всем колебаниям магнитного поля.

Датчик эффекта Холла и принцип работы магнитов

Магнитные датчики преобразуют магнитную или закодированную в магнитную кодировку информацию в электрические сигналы для обработки электронными схемами, а в обучающих материалах по датчикам и преобразователям мы рассмотрели индуктивные датчики приближения и LDVT, а также исполнительные механизмы с электромагнитными и релейными выходами.

Магнитные датчики - это твердотельные устройства, которые становятся все более популярными, поскольку их можно использовать во многих различных областях, таких как определение положения, скорости или направленного движения.Они также являются популярным выбором датчиков для разработчиков электроники из-за их бесконтактной работы без износа, низких эксплуатационных расходов, прочной конструкции и того, что герметичные устройства на эффекте Холла невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Одно из основных применений магнитных датчиков - в автомобильных системах для определения положения, расстояния и скорости. Например, угловое положение коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания, положение автомобильных сидений и ремней безопасности для управления подушками безопасности или определение скорости вращения колес для антиблокировочной тормозной системы (ABS).

Магнитные датчики

предназначены для реагирования на широкий диапазон положительных и отрицательных магнитных полей в различных приложениях, и один тип магнитного датчика, выходной сигнал которого является функцией плотности магнитного поля вокруг него, называется датчиком эффекта Холла.

Датчики на эффекте Холла - это устройства, которые активируются внешним магнитным полем. Мы знаем, что магнитное поле имеет две важные характеристики: плотность потока (B) и полярность (северный и южный полюса).Выходной сигнал датчика Холла является функцией плотности магнитного поля вокруг устройства. Когда плотность магнитного потока вокруг датчика превышает определенный заранее установленный порог, датчик обнаруживает это и генерирует выходное напряжение, называемое напряжением Холла , В H . Рассмотрим схему ниже.

Принципы работы датчика Холла

Датчики эффекта Холла состоят в основном из тонкого куска прямоугольного полупроводникового материала p-типа, такого как арсенид галлия (GaAs), антимонид индия (InSb) или арсенид индия (InAs), пропускающий через себя непрерывный ток.Когда устройство помещается в магнитное поле, силовые линии магнитного потока оказывают на полупроводниковый материал силу, которая отклоняет носители заряда, электроны и дырки в обе стороны от полупроводниковой пластины. Это движение носителей заряда является результатом магнитной силы, которую они испытывают, проходя через полупроводниковый материал.

Когда эти электроны и дырки перемещаются в сторону, между двумя сторонами полупроводникового материала создается разность потенциалов за счет накопления этих носителей заряда.Затем на движение электронов через полупроводниковый материал влияет присутствие внешнего магнитного поля, расположенного под прямым углом к ​​нему, и этот эффект сильнее в плоском материале прямоугольной формы.

Эффект создания измеримого напряжения с помощью магнитного поля называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его еще в 1870-х годах, причем основным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца. Чтобы создать разность потенциалов на устройстве, линии магнитного потока должны быть перпендикулярны (90 o ) потоку тока и иметь правильную полярность, как правило, южный полюс.

Эффект Холла дает информацию о типе магнитного полюса и величине магнитного поля. Например, южный полюс заставит устройство производить выходное напряжение, в то время как северный полюс не будет иметь никакого эффекта. Как правило, датчики и переключатели на эффекте Холла предназначены для выключения (состояние разомкнутой цепи) при отсутствии магнитного поля. Они включаются (состояние замкнутой цепи) только при воздействии магнитного поля достаточной силы и полярности.

Магнитный датчик на эффекте Холла

Выходное напряжение, называемое напряжением Холла (В H ) основного элемента Холла, прямо пропорционально силе магнитного поля, проходящего через полупроводниковый материал (выходное напряжение H). Это выходное напряжение может быть довольно небольшим, всего несколько микровольт, даже при воздействии сильных магнитных полей, поэтому большинство имеющихся в продаже устройств на эффекте Холла производятся со встроенными усилителями постоянного тока, схемами логической коммутации и регуляторами напряжения для улучшения чувствительности датчиков, гистерезиса и выходной мощности. Напряжение.Это также позволяет датчику на эффекте Холла работать в более широком диапазоне источников питания и условий магнитного поля.

Датчик эффекта Холла

Датчики на эффекте Холла доступны с линейными или цифровыми выходами. Выходной сигнал для линейных (аналоговых) датчиков снимается непосредственно с выхода операционного усилителя, при этом выходное напряжение прямо пропорционально магнитному полю, проходящему через датчик Холла. Это выходное напряжение Холла определяется как:

.
  • Где:
  • V H - напряжение Холла в вольтах
  • R H - коэффициент Холла
  • I - ток, протекающий через датчик в амперах
  • t - толщина датчика в мм
  • B - плотность магнитного потока в теслах
  • .

Линейные или аналоговые датчики выдают постоянное выходное напряжение, которое увеличивается при сильном магнитном поле и уменьшается при слабом магнитном поле.В датчиках с линейным выходом на эффекте Холла по мере увеличения напряженности магнитного поля выходной сигнал усилителя также будет увеличиваться до тех пор, пока он не начнет насыщаться пределами, налагаемыми на него источником питания. Любое дополнительное увеличение магнитного поля не повлияет на выходной сигнал, а приведет его к еще большему насыщению.

С другой стороны, датчики с цифровым выходом

имеют триггер Шмитта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю. Когда магнитный поток, проходящий через датчик Холла, превышает заданное значение, выходной сигнал устройства быстро переключается из состояния «ВЫКЛ» в состояние «ВКЛ» без какого-либо дребезга контактов.Этот встроенный гистерезис устраняет любые колебания выходного сигнала, когда датчик входит и выходит из магнитного поля. Тогда датчики цифрового выхода имеют всего два состояния: «ВКЛ» и «ВЫКЛ».

Существует два основных типа цифровых датчиков Холла: биполярный и униполярный . Биполярным датчикам требуется положительное магнитное поле (южный полюс) для работы с ними и отрицательное поле (северный полюс) для их высвобождения, в то время как униполярным датчикам требуется только один магнитный южный полюс, чтобы работать и отпускать их, когда они входят и выходят из магнитного поля. поле.

Большинство устройств с эффектом Холла не могут напрямую переключать большие электрические нагрузки, так как их выходная мощность очень мала, примерно от 10 до 20 мА. Для больших токовых нагрузок к выходу добавляется NPN-транзистор с открытым коллектором (стоком тока).

Этот транзистор работает в своей области насыщения как переключатель приемника NPN, замыкающий выходную клемму на землю всякий раз, когда приложенная плотность потока выше, чем предустановленное значение «ВКЛ».

Выходной переключающий транзистор может быть либо транзистором с открытым эмиттером, либо конфигурацией транзистора с открытым коллектором, либо и тем, и другим, обеспечивающим конфигурацию двухтактного типа выхода, которая может потреблять достаточный ток для непосредственного управления многими нагрузками, включая реле, двигатели, светодиоды и лампы.

Применение эффекта Холла

Датчики

на эффекте Холла активируются магнитным полем, и во многих приложениях устройство может работать с одним постоянным магнитом, прикрепленным к движущемуся валу или устройству. Существует много различных типов движений магнита, таких как «лобовое движение», «вбок», «толкание-толкание» или «толкание-толкание» и т. Д. С обнаружением движений. Какой бы тип конфигурации ни использовался, для обеспечения максимальной чувствительности магнитные линии потока всегда должны быть перпендикулярны чувствительной области устройства и должны иметь правильную полярность.

Также для обеспечения линейности требуются магниты с высокой напряженностью поля, которые вызывают большое изменение напряженности поля для требуемого движения. Существует несколько возможных путей движения для обнаружения магнитного поля, и ниже приведены две наиболее распространенные конфигурации обнаружения с использованием одного магнита: Обнаружение лобового столкновения и Обнаружение сбоку .

Обнаружение лобового столкновения

Как следует из названия, «лобовое обнаружение» требует, чтобы магнитное поле было перпендикулярно датчику Холла, а для обнаружения оно приближалось к датчику прямо в сторону активного лица.Этакий «лобовой» подход.

Этот прямой подход генерирует выходной сигнал V H , который в линейных устройствах представляет силу магнитного поля, плотность магнитного потока как функцию расстояния от датчика Холла. Чем ближе и, следовательно, сильнее магнитное поле, тем больше выходное напряжение и наоборот.

Линейные устройства также могут различать положительные и отрицательные магнитные поля. Можно сделать так, чтобы нелинейные устройства запускали выход «ВКЛ» на предварительно установленном расстоянии воздушного зазора от магнита для индикации определения положения.

Обнаружение сбоку

Вторая конфигурация обнаружения - «обнаружение сбоку». Для этого необходимо перемещать магнит поперек поверхности элемента с эффектом Холла в боковом движении.

Обнаружение сбоку или скольжения полезно для обнаружения наличия магнитного поля, когда оно движется по лицевой стороне элемента Холла в пределах фиксированного расстояния воздушного зазора, например, для подсчета количества вращающихся магнитов или скорости вращения двигателей.

В зависимости от положения магнитного поля, когда оно проходит через центральную линию нулевого поля датчика, может создаваться линейное выходное напряжение, представляющее как положительный, так и отрицательный выходной сигнал.Это позволяет обнаруживать направленное движение, которое может быть как вертикальным, так и горизонтальным.

Датчики на эффекте Холла находят множество различных применений, особенно в качестве датчиков приближения. Их можно использовать вместо оптических и световых датчиков, если условия окружающей среды включают воду, вибрацию, грязь или масло, например, в автомобилях. Устройства на эффекте Холла также могут использоваться для измерения тока.

Из предыдущих уроков мы знаем, что когда ток проходит через проводник, вокруг него создается круговое электромагнитное поле.Поместив датчик Холла рядом с проводником, можно измерить электрические токи от нескольких миллиампер до тысяч ампер на основе генерируемого магнитного поля без необходимости использования больших или дорогих трансформаторов и катушек.

Помимо обнаружения наличия или отсутствия магнитов и магнитных полей, датчики на эффекте Холла также могут использоваться для обнаружения ферромагнитных материалов, таких как железо и сталь, путем размещения небольшого постоянного «смещающего» магнита позади активной области устройства. Теперь датчик находится в постоянном и статическом магнитном поле, и любое изменение или возмущение этого магнитного поля за счет введения железосодержащего материала будет обнаруживаться с минимально возможной чувствительностью мВ / G.

Существует множество различных способов подключения датчиков на эффекте Холла к электрическим и электронным схемам в зависимости от типа устройства, будь то цифровое или линейное. Один очень простой и легкий в изготовлении пример - использование светоизлучающего диода, как показано ниже.

Датчик положения

Этот лобовой датчик положения будет выключен при отсутствии магнитного поля (0 гаусс). Когда южный полюс постоянных магнитов (положительный гаусс) перемещается перпендикулярно активной области датчика Холла, устройство включается и загорается светодиод.После включения датчик на эффекте Холла остается включенным.

Чтобы выключить устройство и, следовательно, светодиод «ВЫКЛ», магнитное поле должно быть уменьшено до уровня ниже точки срабатывания для униполярных датчиков или подвергаться воздействию северного магнитного полюса (отрицательный гаусс) для биполярных датчиков. Светодиод может быть заменен на более мощный силовой транзистор, если выход датчика Холла требуется для переключения более мощных токовых нагрузок.

Датчик Холла, цифровой Ah437 - ProtoSupplies

Описание

Цифровой датчик Холла Ah437 может определять наличие или отсутствие магнитного поля и обеспечивает цифровой выход с открытым коллектором.

В ПАКЕТЕ:

  • Датчик Холла цифровой Ah437-PG-B

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВОГО ДАТЧИКА ХОЛЛА Ah437:
  • Определяет наличие или отсутствие магнитного поля и выдает цифровой сигнал
  • Выход с открытым коллектором может потреблять 25 мА
  • 5V совместимый

Датчики на эффекте Холла обычно используются для измерения скорости вращения узлов, когда магнит на узле поочередно устанавливает и разрывает магнитный контакт с датчиком при вращении узла.Их также можно использовать для таких приложений, как определение момента открытия двери, определение положения и обнаружение магнитного поля, создаваемого током в проводе.

Датчики на эффекте Холла

имеют ряд преимуществ перед механическими переключателями, главное из которых состоит в том, что они являются твердотельными, не вызывают опасений по поводу износа контактов, а скорость переключения может быть довольно высокой.

Датчики довольно просто интегрируются с микроконтроллером, особенно цифровые, у которых выходной сигнал высокий или низкий и может считываться так же, как и стандартный механический переключатель.

Теория работы

Ah437 имеет цифровой выход, который переходит в НИЗКИЙ уровень при обнаружении магнитного поля.

Выход оснащен триггером Шмитта для обеспечения некоторого гистерезиса для подавления шума.

Когда магнитное поле удалено, на выходе будет открытый сток, а внешний резистор используется для вывода ВЫСОКОГО уровня. Большинство микроконтроллеров, таких как Arduino, имеют подтягивающие резисторы, которые можно включить на их входных контактах, как мы это делаем в приведенном ниже примере, поэтому физический резистор для подтягивания не требуется.

Датчик не определяет относительную силу магнитного поля, только его присутствие, что упрощает использование, чем аналоговый датчик Холла. Если требуется измерить напряженность поля, для этой цели можно использовать аналоговый датчик Холла.

Кроме того, это устройство униполярное. Это означает, что одна сторона устройства (сторона с маркировкой) обнаружит южный полюс магнита, а другая сторона устройства обнаружит северный полюс.Если датчик не обнаруживает магнитное поле, попробуйте повернуть либо магнит, либо датчик.

Источник питания

Эти устройства могут работать с широким диапазоном входного напряжения от 4,2 до 28 В, но, как правило, для использования с микроконтроллером они работают без напряжения 5 В.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ: Датчики на эффекте Холла

весьма полезны в ряде приложений и являются одними из наиболее малоиспользуемых электронных компонентов, доступных любителям.

Основная проблема при использовании датчиков Холла обычно связана с монтажом датчика и любых связанных с ним магнитов.

Приведенная ниже программа контролирует выходной сигнал датчика и сообщает об обнаружении изменения состояния. Просто подключите датчик к 5 В и заземлению и подключите выходной контакт датчика к цифровому контакту на микроконтроллере. В этом примере мы используем контакт 4, но это может быть любой цифровой контакт.

Датчик Холла Цифровой Ah437 Пример программы

 / *
 Тест модуля цифрового эффекта Холла

 Базовый код для контроля выхода цифрового датчика Холла
* /
#define SENSOR_PIN 4 // Использовать любой доступный цифровой контакт
int state = 0; // Текущее состояние датчика
int lastState = 0; // Место для сохранения предыдущего состояния
// ================================================ ===============================
// Инициализация
// ================================================ ===============================
установка void ()
{
 pinMode (SENSOR_PIN, INPUT_PULLUP); // Включить подтяжку на этом выводе, поскольку выход датчика - открытый коллектор
  Серийный номер .begin (9600); // Устанавливаем скорость передачи окна вывода
}
// ================================================ ===============================
//  Основной
// ================================================ ===============================
пустой цикл ()
{
 состояние = digitalRead (SENSOR_PIN); // Считываем текущее состояние датчика
 if (state! = lastState) // Состояние изменилось, поэтому распечатываем новое состояние
 {
  Серийный номер  .print («Текущее состояние:»);
  Серийный номер .println (состояние);
 lastState = состояние; // Запоминаем последнее состояние, в котором мы были
 }
}
 

Примечания:

  1. Нет

Технические характеристики

Эксплуатационные рейтинги Диапазон напряжения постоянного тока 4,2 - 28 В
Выход Магнитное поле не обнаружено Открытый коллектор (обычно подтянут до Vcc
Обнаружено магнитное поле <10 мВ
Выходной ток Открытый коллектор Максимальный ток потребления 25 мА
Упаковка СИП-3Л
Тип корпуса Пластик, сквозное отверстие
Производитель Diodes Incorporated
Лист данных Ач 437

Датчики на эффекте Холла | Allegro MicroSystems

Датчики на эффекте Холла

Автор: Шон Милано, Allegro MicroSystems

Скачать PDF версию

Абстрактные

Allegro MicroSystems - мировой лидер в разработке, производстве и маркетинге высокопроизводительных интегральных схем с датчиками Холла.Эта статья дает общее представление об эффекте Холла и о том, как Allegro разрабатывает и реализует технологию Холла в корпусных полупроводниковых монолитных интегральных схемах.

Принципы эффекта Холла

Эффект Холла назван в честь Эдвина Холла, который в 1879 году обнаружил, что потенциал напряжения возникает на токопроводящей проводящей пластине, когда магнитное поле проходит через пластину в направлении, перпендикулярном плоскости пластины, как показано на нижнем рисунке. панель рисунка 1.

Фундаментальным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца, которая проиллюстрирована на верхней панели рисунка 1. Когда электрон движется в направлении v, перпендикулярном приложенному магнитному полю B, он испытывает силу F , сила Лоренца, нормальная как к приложенному полю, так и к току.

Рис. 1. Эффект Холла и сила Лоренца. Синие стрелки B обозначают магнитное поле, проходящее перпендикулярно проводящей пластине.

В ответ на эту силу электроны движутся по изогнутой траектории вдоль проводника, и на пластине возникает общий заряд и, следовательно, напряжение. Это напряжение Холла, V H , подчиняется приведенной ниже формуле, которая показывает, что V H пропорционально напряженности приложенного поля и что полярность V H определяется направлением, северным или южным, приложенное магнитное поле. Благодаря этому свойству эффект Холла используется в качестве магнитного датчика.

где:

  • V H - напряжение Холла на проводящей пластине,
  • I - ток, проходящий через пластину,
  • q - величина заряда носителей заряда,
  • ρn - количество носителей заряда в единице объема, а
  • т - толщина листа.

Полупроводниковые интегральные схемы Allegro содержат элемент Холла, поскольку эффект Холла применяется как к проводящим пластинам, так и к полупроводниковым пластинам.Используя эффект Холла в полностью интегрированной монолитной ИС, можно измерить напряженность магнитного поля и создать широкий спектр интегральных схем с эффектом Холла для множества различных приложений.

Переключатель Allegro Hall активируется положительным магнитным полем, создаваемым южным полюсом. Положительное поле включает выходной транзистор и соединяет выход с GND, действуя как устройство с активным низким уровнем.

Поле, необходимое для активации устройства и включения выходного транзистора, называется магнитной рабочей точкой и обозначается сокращенно B OP .Когда поле убирается, выходной транзистор выключается. Поле, необходимое для выключения устройства после его активации, называется точкой магнитного срабатывания, или B RP . Разница между B OP и B RP называется гистерезисом и используется для предотвращения дребезга переключения из-за шума.

Allegro также производит магнитные защелки и линейные устройства. Магнитные защелки включаются с помощью южного полюса (B OP ) и выключаются с помощью северного полюса (B RP ).Требование северного полюса для деактивации защелки отделяет защелки от простых переключателей. Поскольку они не выключаются при удалении поля, они «фиксируют» вывод в текущем состоянии до тех пор, пока не будет применено противоположное поле. Защелки используются для определения вращающихся магнитов для переключения двигателя или измерения скорости.

Линейные устройства имеют аналоговый выход и используются для определения линейного положения в линейных энкодерах, таких как автомобильные датчики положения педали газа. Они имеют логометрическое выходное напряжение, которое в отсутствии поля номинально составляет В CC /2.При наличии южного полюса выход будет двигаться в направлении V CC , а при наличии северного полюса выход будет двигаться в направлении GND. Allegro предлагает широкий ассортимент переключателей Холла, защелок и линейных устройств, подходящих для самых разных применений. См. Руководства по выбору продукции Allegro: ИС магнитных датчиков линейного и углового положения, ИС магнитных цифровых датчиков положения, ИС датчиков тока на основе эффекта Холла и ИС магнитных датчиков скорости.

Использование эффекта Холла

Интегральные схемы (ИС) Allegro с эффектом Холла

используют эффект Холла, объединяя элемент Холла с другими схемами, такими как операционные усилители и компараторы, для создания магнитно-активируемых переключателей и аналоговых выходных устройств.Простой переключатель Холла, такой как открытое устройство NMOS, показанное на рисунке 2, может использоваться для определения наличия или отсутствия магнита и реагировать с помощью цифрового выхода.

Рис. 2. Блок-схема простого переключателя на эффекте Холла IC

Интегральные схемы - это электронные структуры с большим количеством элементов схемы с высокой плотностью, рассматриваемые как единое целое. Элементы схемы включают в себя активные компоненты, такие как транзисторы и диоды, а также пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.Эти компоненты соединены между собой металлом, обычно алюминием, и образуют более сложные операционные усилители и компараторы устройства. Переключатель Холла на рисунке 2 используется для простой иллюстрации, но эти компоненты используются во всех устройствах Allegro даже для самых сложных ИС. Элемент Холла на рисунке 2 показан в виде квадратной рамки с буквой «X». Его выходной сигнал усиливается, подается на компаратор, а затем на открытый цифровой выход NMOS. Allegro также производит ИС Холла с двумя элементами Холла для измерения дифференциальных магнитных полей и даже тремя элементами Холла для определения направления движущихся ферромагнитных целей.Какой бы сложной ни была топология сенсора, все компоненты изготавливаются на тонкой подложке из полупроводникового материала и на ней.

Структура ИС Холла

Устройства Allegro изготавливаются на кремниевых подложках путем легирования непосредственно в кремний различными материалами для создания областей носителей n-типа (электроны) или p-типа (электронные дырки). Эти области материала n-типа и p-типа сформированы в геометрические формы, которые составляют активный и пассивный компоненты интегральной схемы, включая элемент Холла, и соединены друг с другом путем нанесения металла на геометрические формы.Таким образом, активный и пассивный компоненты электрически соединены друг с другом. Поскольку требуемые геометрические размеры очень малы, в диапазоне микрон, а иногда и меньше, плотность схемы чрезвычайно высока, что позволяет создавать сложные схемы на очень небольшой площади кремния.

Тот факт, что все активные и пассивные элементы выращены внутри подложки или нанесены на кремний, делает их неотделимыми от кремния и действительно идентифицирует их как монолитные интегральные схемы.На рисунке 3 показано, как элемент Холла интегрирован в Allegro IC. Это просто область легированного кремния, которая создает пластину n-типа, которая будет проводить ток.

Рисунок 3. Поперечное сечение одиночного элемента Холла; эпи-резистор N-типа контактирует в каждом из четырех углов.

Как упоминалось ранее, когда ток протекает от одного угла пластины к противоположному углу, напряжение Холла будет развиваться через два других угла пластины в присутствии перпендикулярного магнитного поля.Напряжение Холла будет равно нулю, когда поле не приложено. Аналогичным образом более сложные геометрические формы образуют активные компоненты, такие как транзисторные структуры NPN или NMOS. На рисунке 4 показаны поперечные сечения как NPN-, так и PMOS-транзисторов.

Рис. 4. Поперечные сечения PMOS (вверху) и BJT-транзистора n NPN (внизу)

Для повышения эффективности производства эти схемы выращиваются в подложке, пока она еще находится в форме большой пластины. Цепи повторяются в виде ряда строк и столбцов, которые можно распилить на отдельные кристаллы или «чипы», как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Кремниевая пластина, пропиленная в матрицу после нанесения рисунка микросхемы

Единственное устройство на ИС с датчиком Холла Allegro можно увидеть на рисунке 6. Это простой переключатель с функциональной блок-схемой, показанной на рисунке 2. Все схемы включены в ИС, включая элемент Холла, который можно увидеть. в виде красного квадрата в середине микросхемы, а также схемы усилителя и защитные диоды, а также многочисленные резисторы и конденсаторы, необходимые для реализации функциональности устройства.

Рис. 6. Микросхема ИС с одним Холлом

Упаковка для устройств Холла

После распиливания рядов и столбцов кремниевых пластин на отдельные кристаллы, кристаллы упаковываются для индивидуальной продажи. Готовый корпус, один из многих возможных стилей, показан на рисунке 7. Кристалл виден внутри корпуса, установленный на медной матрице. Контакт с медными выводами осуществляется посредством золотой проволоки, соединяющей металлические контактные площадки на поверхности кристалла с электрически изолированными выводами корпуса.Затем пакет инкапсулируется или формуется пластиком, чтобы защитить матрицу от повреждений.

Рис. 7. Типичный полный комплект устройства Холла, показывающий смонтированную матрицу и проводные соединения с выводами.

Корпус на рис. 7 представляет собой простой переключатель, показанный на рис. 2, с VCC, GND и выходными выводами в миниатюрном трехконтактном однорядном корпусе (SIP). Другие пакеты показаны на рисунке 8 и включают в себя масштабируемый пакет микросхемы на уровне пластины (CSP), SOT23W, MLP, 3-контактный UA-корпус SIP и 4-контактный K-корпус SIP.

Рис. 8. Типичные полные комплекты устройств Холла: (A) MLP для поверхностного монтажа и (B) SOT23W, (C) пакет масштабирования кристалла на уровне пластины (CSP) и монтаж в сквозное отверстие (D) K типа SIP, и (E) UA типа SIP.

AN296065

Пять основных областей применения датчиков Холла

Автор: Морин ВанДайк |

Более 100 лет назад был обнаружен эффект Холла.Однако практическое использование этого эффекта было разработано только в течение последних трех десятилетий. Некоторые из его первых применений включают использование в микроволновых датчиках в 1950-х годах и твердотельных клавиатурах в 1960-х годах. С 1970-х годов устройства измерения эффекта Холла нашли свое применение в широком спектре промышленных и потребительских товаров, таких как швейные машины, автомобили, обрабатывающие инструменты, медицинское оборудование и компьютеры.

Прежде чем исследовать пять основных промышленных применений датчиков Холла, необходимо определить их, их функции и различные классификации.

Что такое датчик на эффекте Холла?

Датчики на эффекте Холла

- это магнитные компоненты, которые преобразуют закодированную в магнитном поле информацию, такую ​​как положение, расстояние и скорость, чтобы электронные схемы могли ее обработать. Как правило, они классифицируются в зависимости от способа выпуска продукции или средств работы.

Классификация выходных сигналов

Разделение датчиков на эффекте Холла по выходному напряжению дает две классификации датчиков: цифровые датчики и аналоговые датчики.

Датчики Холла с цифровым выходом

Цифровой выход Датчики на эффекте Холла в основном используются в магнитных переключателях для обеспечения цифрового выхода напряжения. Таким образом, они подают в систему входной сигнал ВКЛ или ВЫКЛ.

Основным отличием датчика Холла с цифровым выходом является возможность управления выходным напряжением. Вместо источника питания, обеспечивающего пределы насыщения, цифровые выходные датчики имеют триггер Шмидта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю.Этот переключатель отключает выход датчика, когда магнитный поток превышает заданные пределы, и снова включает его, когда магнитный поток стабилизируется.

Датчики Холла с аналоговым (или линейным) выходом

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

Классификация операций

В дополнение к их классификации по мощности датчики на эффекте Холла можно разделить на категории в зависимости от способа работы, в том числе:

Биполярные датчики на эффекте Холла

Это тип цифрового датчика, который работает как с положительным, так и с отрицательным магнитным полем.Датчик активируется как положительным, так и отрицательным магнитным полем магнита. В этой конфигурации переключатель, использующий биполярный датчик на эффекте Холла, срабатывает почти так же, как и традиционный геркон. Однако переключатель на эффекте Холла имеет дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии механических контактов, что делает его более долговечным в суровых условиях.

Униполярные датчики на эффекте Холла

В отличие от биполярного датчика, этот тип цифрового датчика активируется только одним полюсом (северным или южным) магнита.Использование униполярного датчика на эффекте Холла в переключателе позволяет сделать его более точным и активировать его только при воздействии определенного магнитного полюса.

Датчики на эффекте Холла для прямого и вертикального углов

Более совершенные датчики на эффекте Холла фокусируются не на полюсах, а на других компонентах магнитного поля. Например, датчики прямого угла измеряют измерения синуса и косинуса магнитного поля, в то время как датчики вертикального угла анализируют компоненты магнитного поля, которые параллельны, а не перпендикулярны плоскости чипа.

Пять основных областей применения датчиков Холла

Датчики на эффекте Холла

находят применение в широком спектре приложений в пяти основных отраслях промышленности, а именно:

Автомобильная и автомобильная безопасность

В автомобилестроении и автомобильной индустрии безопасности используются как цифровые, так и аналоговые датчики на эффекте Холла в различных приложениях.

Примеры применения цифровых датчиков Холла в автомобильной промышленности:

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

Некоторые примеры использования датчиков аналогового типа включают:

  • Мониторинг и контроль скорости вращения колес в антиблокировочной тормозной системе (ABS)
  • Регулирующее напряжение в электрических системах

Приборы и товары народного потребления

Промышленность бытовой техники и товаров народного потребления объединяет различные типы датчиков на эффекте Холла в различные конструкции изделий.Например:

  • Цифровые униполярные датчики помогают стиральным машинам сохранять равновесие во время стирки.
  • Аналоговые датчики служат датчиками доступности источников питания, индикаторами управления двигателем и отключениями на электроинструментах, а также датчиками подачи бумаги в копировальных аппаратах.

Контроль жидкости

Цифровые датчики на эффекте Холла

обычно используются для контроля расхода и положения клапана при производстве, водоснабжении и очистке, а также в технологических процессах в нефтегазовой отрасли.В приложениях для мониторинга жидкости аналоговые датчики на эффекте Холла также используются для определения уровней давления на диафрагме в манометрах с диафрагмой.

Автоматизация зданий

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

Цифровые датчики приближения часто используются в конструкции:

  • Механизм автоматического слива унитаза
  • Автоматические мойки
  • Сушилки для рук
  • Системы безопасности зданий и дверей
  • Лифты

Аналоговые датчики используются для:

  • Освещение с датчиком движения
  • Камеры с датчиком движения

Персональная электроника

Это еще одна область, в которой продолжают расти популярность как аналоговых, так и цифровых датчиков Холла.

Приложения для цифровых датчиков включают:

  • Устройства управления двигателями
  • Таймеры в фотоаппаратуре

Приложения для аналоговых датчиков включают:

  • Дисководы
  • Устройства защиты источника питания

Свяжитесь с MagneLink сегодня

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

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


Коммутация | Tecnotion

Введение

Что такое коммутация? Для создания движения в трехфазном линейном двигателе необходимо переключение между фазами для подачи питания на соответствующие обмотки.Процесс переключения между фазами называется коммутацией.

Для создания желаемого движения контроллер должен определить, какая фаза должна быть включена. Самый популярный метод определения местоположения фактора воздействия в магнитном поле - использование датчика Холла.

Процесс коммутации

Чтобы понять процесс коммутации, может помочь круговой граф. Ток, протекающий через катушку, имеет форму синуса.Y-составляющая стрелки на круговом графике ниже определяет величину этого тока. Когда стрелка совершает полный оборот, величина соответствует синусоиде. Токи сдвинуты по фазе на 120 градусов, что демонстрируется тремя стрелками, равномерно разнесенными на 360 градусов.

Способы коммутации

Есть несколько способов определить положение (электромагнитных) катушек над магнитной дорожкой (или ротором).Если детализация и точность энкодера (линейки) не требуются, можно использовать аналоговый датчик Холла для измерения положения катушки. Цифровые датчики Холла используются для коммутации тока.

Преимущества и риски

Простой способ «выровнять» ток через катушки с постоянными магнитами - использовать датчик Холла. Датчики Холла могут быть аналоговыми или цифровыми. Аналоговые датчики Холла точно измеряют магнитное поле. Сигнал будет сильнее при центрировании над полюсом магнита.Магнитное поле равно нулю при измерении между двумя противоположными полюсами. Цифровые датчики Холла измеряют только положительный (северный) или отрицательный (южный) полюс магнита. Они показывают цифровую индикацию, означающую «1» или «0». Когда цифровой датчик Холла находится над полюсом своего типа (северным или южным), они издают сигнал.

Процесс коммутации в синхронном двигателе - это переключение между фазами. Можно переключаться между фазами таким образом, чтобы обмотка поочередно притягивала и отталкивала постоянные магниты, создавая желаемое движение в соответствии с законом Лоренца.Двигатели Tecnotion Iron Core, Ironless и Torque - это трехфазные синхронизированные двигатели.

При переменном токе направление магнитного поля в катушках меняется на противоположное. Взаимодействие этого магнитного поля с дорожкой постоянного магнита (или ротором) создает движение.

Коммутация фазы тока

Подведем итог тому, что необходимо для эффективного движения линейного или моментного двигателя: коммутация фаз тока и, опционально, датчик эффекта Холла. Для создания движения необходимо непрерывно контролировать 3 фазы тока.Датчики Холла могут использоваться для определения положения фактора воздействия в магнитном поле, чтобы контроллер мог правильно коммутировать фазы. Цифровые датчики Холла используют 3 сигнала, которые также разнесены на 120 градусов по отношению к их определенному шагу магнита. Для цифровых датчиков Холла Tecnotion требуется напряжение питания от 4,5 В до 28 В постоянного тока. Аналоговый зал требует питания 5 В.

Для получения более подробной информации свяжитесь с нашей командой инженеров по приложениям. Не стесняйтесь отправить электронное письмо по адресу support @ tecnotion.ком или по телефону +31 54 6 536 300.

Arduino - Цифровой и аналоговый магнитный датчик Холла - Robo India || Учебники || Изучите Arduino |

В этом руководстве Robo India объясняется рабочая концепция датчика Холла как цифрового и аналогового датчика.
1. Введение:

В этом проекте используется датчик Холла для обнаружения присутствия магнита. Когда магнит проходит мимо этого датчика, он может его обнаружить.Он изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики на эффекте Холла доступны с аналоговыми или цифровыми выходами.

Датчики с аналоговым выходом обеспечивают линейные выходные значения и снимаются непосредственно с выхода операционного усилителя, при этом выходное напряжение прямо пропорционально магнитному полю, проходящему через датчик Холла.

Цифровые выходные датчики используют триггер Шмитта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю. Сенсорное устройство переключается между состояниями «выключено» и «включено», когда выходной сигнал датчика превышает заданное значение.

2. Принцип работы:

Датчик эффекта Холла работает по принципу эффекта Холла. Элемент Холла изготовлен из тонкого листа проводящего материала с выходными соединениями, перпендикулярными направлению тока. Когда он подвергается воздействию магнитного поля, он реагирует с выходным напряжением, пропорциональным напряженности магнитного поля.

3. Необходимое оборудование
4. Строительный контур

Цифровой интерфейс:

Аналоговый интерфейс:
5.Программирование:

Вы можете скачать этот скетч (код) Arduino для цифрового вывода отсюда.

// Учебник Robo India по магнитному модулю Холла
//  https://www.roboindia.com/tutorials 

const int hall_Sensor = 2;
int inputVal = 0;

установка void ()
{
 pinMode (13, ВЫХОД); // К выводу 13 подключен светодиод на большинстве плат Arduino:
 pinMode (Hall_Sensor, ВХОД); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный номер .begin (9600);
}

пустой цикл ()
{
 if (digitalRead (hall_Sensor) == HIGH) // Проверяем выход датчика
 {
 digitalWrite (13, ВЫСОКИЙ); // включаем светодиод
 }
 еще
 {
 digitalWrite (13, LOW); // выключаем светодиод
 }
inputVal = digitalRead (hall_Sensor);
  Последовательный  .println (inputVal);
задержка (1000); // ждем секунду
}

 

Вы можете скачать этот скетч (код) Arduino для аналогового вывода отсюда.

const int hall_Sensor = A0;
int inputVal = 0;

установка void ()
{
 pinMode (13, ВЫХОД); // К выводу 13 подключен светодиод на большинстве плат Arduino:
 pinMode (Hall_Sensor, ВХОД); // Контакт 2 подключен к выходу датчика приближения
  Серийный номер .begin (9600);
}

пустой цикл ()
{
 if (digitalRead (hall_Sensor) == HIGH) // Проверяем выход датчика
 {
 digitalWrite (13, ВЫСОКИЙ); // включаем светодиод
 }
 еще
 {
 digitalWrite (13, LOW); // выключаем светодиод
 }
inputVal = analogRead (hall_Sensor);
  Последовательный  .println (inputVal);
задержка (1000); // ждем секунду
}


 
6. Выход

После загрузки кода поднесите магнит к линейному датчику Холла, и встроенный светодиод Arduino погаснет, а светодиодный индикатор на линейном датчике Холла загорится.

Датчик выдает логическую 1 (+ 5 В) на цифровом выходе, когда перед датчиком помещен магнит, и логический 0 (0 В), когда перед датчиком нет магнита.

Сделайте то же самое для аналогового выхода. Arduino масштабирует аналоговый сигнал в диапазоне 0-1023.

Если у вас есть какие-либо вопросы, напишите нам по адресу [email protected]

С уважением и уважением
Команда разработки контента
Robo India
https: // roboindia.ком

Как проверить, являются ли датчики Холла линейными (аналоговыми) или цифровыми [II]

Многие из имеющихся сегодня на рынке бесщеточных двигателей оснащены датчиками Холла. Обычно эти датчики на эффекте Холла являются цифровыми. Однако есть определенные типы двигателей, оснащенные линейными (аналоговыми) датчиками Холла.

В то время как приводы Технософт в настоящее время используют цифровые датчики на эффекте Холла только в качестве коммутационной обратной связи, линейные (аналоговые) датчики на эффекте Холла используются в качестве устройства обратной связи по положению и / или скорости.

Примечание : Датчик эффекта Холла - это преобразователь, который изменяет свой выходной сигнал в ответ на магнитное поле.

Обычно тип датчиков Холла указывается в проспекте двигателя или в техническом паспорте. Если производитель двигателя не предоставляет эту информацию, самый простой способ проверить, являются ли датчики Холла цифровыми или линейными, - это использовать вольтметр.

При питании датчиков Холла (обычно 5 В постоянного тока) вольтметр должен быть подключен между одним из выходов датчиков Холла и землей.Затем вал двигателя нужно медленно проворачивать вручную, проверяя показания вольтметра. Если изменение напряжения линейное, то датчики Холла линейные (аналоговые). Если напряжение будет скачкообразно с 0 В до 5 В и обратно, то датчики Холла цифровые.

Вместо вольтметра можно использовать осциллограф. В этом случае форма сигналов будет более четкой.

Примечания :

A) Хотя большинство приводов Технософт поддерживают как линейные (аналоговые), так и цифровые датчики Холла, необходимо соблюдать осторожность при подключении выходов датчиков Холла к приводам.Каждый тип датчиков Холла имеет собственный набор входных контактов. Цифровые датчики Холла должны быть подключены к контактам HALL1, HALL2 и HALL3, а линейные (аналоговые) датчики Холла должны быть подключены к контактам Lh2, Lh3, Lh4.

B) Тип датчиков Холла также можно проверить с помощью наших приводов. Датчики необходимо подключить к линейным входам датчиков Холла (Lh2, Lh3, Lh4). В EasyMotion Studio или EasySetup должен быть открыт шаблон линейных датчиков Холла. В диалоговом окне «Настройка двигателя» необходимо запустить «Тест подключения сигналов Холла».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *