Датчик магнитного поля датчик холла. Датчик Холла: принцип работы, типы и применение в современных устройствах

Что такое датчик Холла и как он работает. Какие существуют типы датчиков Холла. Где применяются датчики Холла в современной технике. Чем датчик Холла отличается от геркона.

Что такое датчик Холла и принцип его работы

Датчик Холла — это устройство, которое преобразует магнитное поле в электрический сигнал. Его работа основана на эффекте Холла, открытом американским физиком Эдвином Холлом в 1879 году.

Принцип работы датчика Холла заключается в следующем:

• Через полупроводниковую пластину пропускается электрический ток
• При воздействии внешнего магнитного поля на пластину перпендикулярно направлению тока
• На боковых гранях пластины возникает разность потенциалов (напряжение Холла)
• Величина этого напряжения пропорциональна силе магнитного поля

Таким образом, датчик Холла позволяет измерять силу магнитного поля и преобразовывать ее в электрический сигнал. Это дает возможность бесконтактно определять положение, перемещение, скорость вращения различных объектов с помощью магнитов.

Основные типы датчиков Холла

Существует два основных типа датчиков Холла:

1. Аналоговые датчики Холла

Аналоговые датчики преобразуют магнитную индукцию напрямую в напряжение. Выходной сигнал такого датчика пропорционален силе магнитного поля. Они применяются в:

• Измерительных приборах
• Датчиках тока
• Датчиках вибрации
• Датчиках угла поворота

2. Цифровые датчики Холла

Цифровые датчики имеют только два состояния выходного сигнала — включено или выключено. Они срабатывают при достижении определенного порога магнитного поля. Цифровые датчики подразделяются на:

• Униполярные — реагируют только на один полюс магнита
• Биполярные — включаются от одного полюса, выключаются от другого
• Омниполярные — реагируют на любой полюс магнита

Цифровые датчики Холла часто применяются в системах зажигания автомобилей, датчиках скорости и других устройствах, где требуется определить наличие или отсутствие магнитного поля.

Применение датчиков Холла в современных устройствах

Благодаря своим преимуществам датчики Холла нашли широкое применение в различных областях техники:

Смартфоны и ноутбуки

В мобильных устройствах датчики Холла используются для:

• Определения закрытия/открытия чехла или крышки
• Работы компаса
• Ориентации устройства в пространстве

Автомобильная электроника

В автомобилях датчики Холла применяются в:

• Системах зажигания — для определения момента создания искры
• Датчиках положения коленвала и распредвала
• Датчиках скорости вращения колес (ABS)
• Датчиках положения педалей и рычагов

Бытовая техника

Датчики Холла используются в:

• Стиральных машинах — для контроля скорости вращения барабана
• Кухонных комбайнах и блендерах — для определения положения насадок
• Электрических зубных щетках — для контроля движения щетки

Преимущества датчиков Холла перед герконами

Датчики Холла имеют ряд преимуществ по сравнению с герконами (герметичными контактами):

• Отсутствие механических контактов — выше надежность и срок службы
• Нечувствительность к вибрациям и ударам
• Высокое быстродействие
• Возможность работы на высоких частотах
• Миниатюрные размеры
• Низкое энергопотребление

При этом датчики Холла более чувствительны к электромагнитным помехам по сравнению с герконами. Выбор между датчиком Холла и герконом зависит от конкретного применения.

Особенности применения датчиков Холла

При использовании датчиков Холла следует учитывать некоторые особенности:

• Чувствительность к температуре — требуется температурная компенсация
• Необходимость экранирования от внешних магнитных полей
• Зависимость характеристик от напряжения питания
• Возможность ложных срабатываний от электромагнитных помех

Правильный выбор типа датчика и схемы его включения позволяет минимизировать влияние этих факторов и обеспечить надежную работу устройства.

Перспективы развития датчиков Холла

Технология датчиков Холла продолжает развиваться. Основные направления совершенствования:

• Повышение чувствительности и точности измерений
• Уменьшение размеров и энергопотребления
• Интеграция с микроконтроллерами и другими датчиками
• Разработка интеллектуальных датчиков с функциями самодиагностики
• Создание трехмерных датчиков магнитного поля

Эти усовершенствования позволят расширить области применения датчиков Холла и повысить их эффективность в существующих устройствах.

Магнитный датчик Холла комбинированный (линейный) – KY-024

KY-024 — Воспринимающий элемент модуля – микросхема датчик Холла SS49E. Она соединена со входом компаратора на микросхеме LM393YD. С помощью подстроечного резистора выполняется установка порога срабатывания компаратора. 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. Светодиод L1 показывает включение питания. L2 светится постоянно и гаснет при срабатывании датчика на магнитное поле установленной напряженности. При настройке порога чувствительности помогает светодиод L2, можно обойтись без вольтметра для напряжения выхода. Он легко подключается к платам «Arduino», или другим микроконтроллерам.

Устройство фиксирует наличие постоянного магнитного поля. Модуль датчика холла KY-024 в основном используется в автоматике, электромеханике для определения параметров движения деталей механизмов.

KY-024 применяется в системах и приборах бытового, учебного и развлекательного назначения. Хорошо подходит в качестве наглядного пособия для изучения эффекта Холла.

Принципиальные преимущества

Датчик Холла срабатывает при поднесении постоянного магнита. Для работы KY-024 хорошо подходят неодимовые магниты. Благодаря эффективности неодимового сплава достаточно магнита небольшого размера. Датчик реагирует только на один полюс магнита. Определить полюс магнита на который реагирует датчик следует экспериментально. Для определения параметров вращательного движения на колесе закрепляют один или несколько магнитов. При прохождении мимо датчика на его выходе формируется импульс. Чем больше магнитов установлено на вращающемся колесе, тем точнее измерение.

Есть другая схема использования датчика Холла. Установить много магнитов на колесе дорого и сложно. При установке следует соблюдать полярность. Можно использовать всего один. Магнит и модуль датчика Холла закреплены неподвижно друг напротив друга.

Между ними находится диск с отверстиями связанный механически с осью двигателя. Диск изготовлен из немагнитной стали экранирующей слабое поле магнита. Благодаря чередованию при движении прорезей и металла на выходе датчика присутствуют импульсы. Эта конструкция аналогична фотопрерывателю, но имеет ряд преимуществ. Магнит в отличии от светодиода неможет погаснуть, а это существенно повышает надежность. Экономиться ток питания, не нужны провода светодиода. Важное преимущество – работа в условиях повышенной влажности. При конденсации влаги на линзе фотоприбора оптопара прекращает работу, а для датчика Холла конденсация совершенно незаметна.

Делают еще проще. Не нужен диск с прорезями и отдельный магнит. Если в редукторе применены металлические шестерни, то намагничивают зубцы шестерни и рядом закрепляют модуль датчика Холла. Но для этого понадобится специальная намагничивающая шестерню установка.

Компоненты

Плата модуля KY-024 имеет отверстие для крепления.

Существуют также аналоговый и цифровой датчики Холла.

Характеристики KY-024:

— напряжение питания, В: 5

— Размеры, мм: 32 X 15 X 12

Подключение KY-024:

“A0” – выходное напряжение в реальном времени (аналоговый выход)

“G” – GND (общий)

“+” – плюс питания

“D0” – цифровой выход , пороговое напряжение регулируется потенциометром

Данный модуль возможно приобрести в наборе с дополнительными датчиками и модулями.

Пример кода (скетч) для Arduino и KY-024

Оставьте отзыв об этом товаре первым!

Теги:

KY-024

Сравнение 0

+7 (495) 1434323, 8 (800) 201-14-62

Корзина 0ПустоОформить заказ

Датчик Холла и принцип его работы. Типы датчиков и их особенности.

Главная » Виды датчиков

Содержание

1. Что такое датчик Холла
2. Какие бывают типы датчиков Холла
3. Применение датчиков Холла
4. Датчик Холла или геркон?

Что такое датчик Холла

Для того чтобы понять, что такое датчик Холла нужно сначала разобраться какие физические свойства он использует. Этот датчик использует внешние магнитные поля и их воздействием на проводники или полупроводники.

В них используется принцип Холла, который заключается в том, что если по проводнику или полупроводнику протекает ток в одном направлении и он проходит перпендикулярно магнитному полю, то можно измерить напряжение, проходящее под прямым углом к движению тока.

датчик Холла

В 19 веке американский физик Эдвин Холл проводил эксперименты с пластиной золота через которую он пропускал электрический ток. Когда он поднес к пластине постоянный магнит, то обнаружил на гранях перпендикулярных протеканию тока разность потенциалов т.е. напряжение. В честь этого ученого и назвали этот эффект.

Датчик Холла является магнитным датчиком т.е. устройством, генерирующим электрические сигналы пропорциональные магнитному полю, которое к нему приложено. Далее сигнал может усиливаться и преобразовываться для дальнейшей обработки.

клещи для измерения тока

Самым простым примером применения эффекта Холла могут служить токоизмерительные клещи, которые применяются для бесконтактного определения силы тока, протекающего по проводнику.

Какие бывают типы датчиков Холла

Датчики Холла подразделяются на два типа:

1. Аналоговые датчики Холла
   В этом типе датчиков использовано преобразование магнитной индукции напрямую в напряжение. Свое применение аналоговые датчики нашли в измерительных технических устройствах. Это, например, датчики тока, датчики вибрации, датчики угла поворота.
2. Цифровые датчики Холла
   Цифровой датчик Холла имеет всего два положения, которые показывают наличие или отсутствие магнитного поля. Практически это аналог геркона, но если в герконе присутствует механический контакт, то цифровой датчик Холла бесконтактный.

датчик с эффектом Холла

Подразделяются такие датчики на три вида:

• Униполярный – когда сила магнитного поля достигает определенной величины датчик срабатывает. Такие датчики откликаются только на один полюс. Если к датчику поднести магнит другим полюсом, то датчик на него не реагирует. Когда сила магнитного поля снижается датчик возвращается в исходное положение.
• Биполярный – в этом случае имеет значение полярность магнитного поля. Один полюс включает датчик, другой полюс выключает.
• Омниполярный датчик Холла – реагирует на любой магнитный полюс. Т.е. любой полюс может включать и выключать датчик. Это может быть, как южный, так и северный полюс.

Как правило цифровой датчик Холла имеет три вывода и внешне похож на транзистор.

сенсор Холла с выводами

На два вывода датчика подается питание, которое может быть, как однополярным, так и двуполярным. Третий вывод сигнальный. Такой тип датчиков часто применяется в бесконтактных системах зажигания, как датчик скорости в автомобилях и т.д.

Применение датчиков Холла

Разберем более подробно области применения датчиков Холла.

• В смартфонах датчик Холла используется в комплекте с магнитным чехлом. Он позволяет определить чехол открыт или закрыт. Если чехол открыт, то смартфон включается, если открыт, то выключается. Также преобразователь Холла ориентирует телефон по горизонту земли и помогает работе компаса. На мобильных телефонах-раскладушках также применяется датчик Холла для определения телефон находится в открытом или закрытом положении.

умный чехол для смартфона

• В ноутбуках также датчик используется для определения открыта крышка или нет. Сам датчик Холла установлен на материнской плате. На крышке ноутбука установлен магнит. Закрываем крышку – экран гаснет.
• В стиральных машинах стоит таходачик для подсчета количества оборотов мотора. Электронная система стиральной машинки на основе показаний датчика принимает решение нарастить или уменьшить скорость оборотов и какое количество оборотов нужно для выбранного режима.
• В автомобилях часто используется эффект Холла в системах зажигания. Находится датчик в трамблере и заменяет собой контактор. Он определяет в какой момент появляется искра и передает данные в блок электроники. Могут применяться униполярные или биполярные данные. Момент создания искры и количество импульсов определяется бесконтактно и теоретически датчики могут работать неограниченное время.
• В системах сигнализации в бесконтактных выключателях.
• В системах контроля и управления доступом (СКУД) для чтения магнитных кодов
• В системах определения уровня жидкости.
• Для проверки наличия скрытой проводки.
• Для измерения силы тока.

Arduino с датчиком Холла

• В робототехнических наборах для изучения эффекта Холла. Это позволяет наглядно показать, как используются магнитные поля в датчиках.

То есть датчики Холла применяются в технических областях там, где требуется бесконтактный способ считывания информации. Недостатком датчиков Холла является их зависимость от электрических помех в электроцепях и как следствие снижение надежности. Но при создании электронных устройств такие факторы учитываются и позволяют снизить эти негативные воздействия.

Датчик Холла или геркон?

#01 Что такое магнитный датчик? | Учебники | Датчики Холла | Продукты

Что такое магнитный датчик?

#01 Базовые знания о магнитном датчике

Магнитный датчик — это датчик, который определяет величину магнетизма и геомагнетизма, генерируемых магнитом или током. Существует множество различных типов магнитных датчиков.
В этом разделе описаны типичные типы датчиков и их характеристики.

Катушки

Катушки представляют собой простые магнитные датчики, которые могут обнаруживать изменения плотности магнитного потока. Как показано на рисунке 1, когда магнит приближается к катушке, плотность магнитного потока в катушке увеличивается на ΔB. Затем в катушке создается индуцированная электродвижущая сила/индуцированный ток, который создает магнитный поток в направлении, препятствующем увеличению плотности магнитного потока. И наоборот, удаление магнита от катушки снижает плотность магнитного потока в катушке, поэтому в катушке будут генерироваться индуцированная электродвижущая сила и индуцированный ток, увеличивающие плотность магнитного потока.

Рисунок 1. Принципиальная схема катушки

Кроме того, поскольку плотность магнитного потока не изменяется, когда магнит не перемещается, индуцированная электродвижущая сила или индуцированный ток генерироваться не будут. Измеряя направление и величину этой индуцированной электродвижущей силы, можно обнаружить изменение плотности магнитного потока.

Из-за своей простой конструкции катушка не может быть легко повреждена. Однако выходное напряжение зависит от скорости изменения магнитного потока. Может оказаться невозможным использовать катушку для обнаружения фиксированного магнита или магнитного потока, который изменяется очень медленно.

Герконовый переключатель

Герконовый переключатель представляет собой датчик, в котором металлические детали (герконы), выступающие как с левой, так и с правой стороны, заключены в стеклянную трубку с зазором в месте перекрытия язычков.

Когда магнитное поле прикладывается извне, эти язычки намагничиваются. Когда язычки намагничиваются, перекрывающиеся части притягиваются друг к другу и соприкасаются, после чего включается выключатель.

Рисунок 2. Принципиальная схема геркона

Элементы Холла

Элемент Холла — это устройство, использующее эффект Холла. «Холл» произошло от имени доктора Холла, открывшего эффект Холла. Он основан на том явлении, что электродвижущая сила возникает в направлении, ортогональном как току, так и магнитному полю, при приложении к объекту, через который протекает ток, магнитного поля, перпендикулярного току.

Когда ток подается на тонкопленочный полупроводник, напряжение, соответствующее плотности магнитного потока и его направлению, создается эффектом Холла. Эффект Холла используется для обнаружения магнитного поля (показано на рисунке 3).

Рисунок 3. Принципиальная схема элемента Холла

Элементы Холла могут обнаруживать магнитное поле даже в случае статического магнитного поля без изменения плотности магнитного потока. Поэтому элементы Холла используются в различных приложениях, таких как бесконтактные переключатели, используемые в сочетании с магнитами, датчики угла и датчики тока. Геомагнитные датчики, использующие элементы Холла, широко используются в смартфонах и других приложениях.

Магниторезистивный элемент

Элемент, обнаруживающий магнитное поле с помощью материала, сопротивление которого изменяется при приложении магнитной силы, называется магниторезистивным (MR) элементом.

Помимо полупроводникового магниторезистивного элемента (SMR), существует три типа датчиков в качестве репрезентативных примеров магниторезистивного элемента с использованием ферромагнитного тонкопленочного материала, такого как анизотропный магниторезистивный элемент (AMR), гигантский магниторезистивный элемент (GMR) и туннельный магниторезистивный элемент (ТМР).

Полупроводниковый магниторезистивный элемент (SMR)

В то время как элемент Холла представляет собой датчик, который измеряет напряжение Холла, создаваемое силой Лоренца, магниторезистивный элемент представляет собой датчик, который использует изменение значения сопротивления, вызванное силой Лоренца. На рис. 4 показано, как изменяется значение сопротивления полупроводникового магниторезистивного элемента N-типа (SMR: Semiconductor Magnetoresistive), который также производит АКМ. Металлические электроды размещены на полупроводниковой тонкой пленке в структуре СМР. Когда ток по часовой стрелке, как показано на рисунке, протекает через тонкую полупроводниковую пленку, электроны, которые являются переносчиками полупроводников N-типа, текут против часовой стрелки, и скорость вектора принимается как «v». При приложении магнитного поля B, ориентированного, как показано на рисунке, на электроны действует сила Лоренца, и путь становится длиннее из-за изгиба, так что значение сопротивления увеличивается.

Рис. 4. Принципиальная схема полупроводникового магниторезистивного элемента

Датчики с элементами SMR используются для обнаружения вращения шестерен.

Анизотропный магниторезистивный элемент (AMR)

Степень рассеяния электронов меняется между случаем (a), когда направление намагниченности ферромагнитной пленки параллельно направлению тока, и случаем (b), когда направление намагниченности равно вертикально к текущему направлению. Следовательно, значение сопротивления также изменяется.

Рисунок 5. Принципиальная схема AMR

Гигантский магниторезистивный элемент (GMR)

В случае многослойной пленки из ферромагнитного материала (закрепленный слой), немагнитного металла и ферромагнитного материала (свободный слой) степень рассеяния электронов изменяется в зависимости от направления намагниченность закрепленного слоя и свободного слоя антипараллельны (а) или параллельны (б).