Датчик холла чувствительность: Чувствительный датчик Холла AH356xQ

Датчики и сенсоры онлайн журнал

Первоначально этот эффект применялся для изучения электропроводности металлов, полупроводников и других токопроводящих материалов. В настоящее время датчики Холла используются для обнаружения магнитных полей и определения положения и перемещения объектов [25, 26]. Эффект Холла основан на взаимодействии между движущимися носителями электрического заряда и внешним магнитным полем. В металлах носителями зарядов являются электроны. При движении электронов в магнитном поле на них действует отклоняющая сила: F = qvB где q = 1.6×10 |9Кл — величина заряда электрона, v — его скорость, а В — магнитная индукция. Выделенный шрифт указывает на то, что F и В являются векторами. Направление силы и ее величина зависят от пространственного расположения магнитного потока и направления движения электрона. Единицей измерения В является тесла: 1 Тесла = 1 Нью-тон/(амперхметр) = 104 Гаусс. Предположим, что электроны двигаются внутри электропроводной пластины, помещенной в магнитное поле В (рис. 3.30). На две стороны пластины нанесены дополнительные электроды, подключенные к вольтметру. Еще два электрода расположены сверху и снизу пластины, они подсоединены к источнику электрического тока. Из-за действия внешнего магнитного поля возникает отклоняющая сила, смещающая электроны ближе к правому краю пластины, поэтому эта сторона становится более отрицательно заряженной, чем левая. Очевидно, что вследствие взаимодействия магнитного поля и электрического тока возникает поперечная разность потенциалов, получившая название напряжение Холла Vp Знак и амплитуда этого напряжения зависят как от величины, так и направления магнитного и электрического полей. При фиксированной температуре оно определяется выражением: Рис. 3.30. Датчик Холла. Магнитное поле отклоняет движущийся электрический заряд где а — угол между вектором магнитного поля и плоскостью пластины Холла (рис. 3.31), a h — полная чувствительность датчика, на значение той влияют тип материала пластины, ее геометрия (площадь активной зоны) и температура. Полная чувствительность датчика Холла зависит от коэффициента Холла, который определяется градиентом поперечного электрического потенциала на единицу интенсивности магнитного поля и на единицу плотности тока. В соответствии с теорией свободных электронов в металлах, коэффициент Холла можно найти при помощи выражения: где N — число свободных электронов в единице объема, а с — скорость света. В зависимости от кристаллической структуры материала заряды могут быть либо электронами (отрицательными), либо дырками (положительными). Поэтому и эффект Холла бывает либо положительным, либо отрицательным Рис. 3.31. А — выходной сигнал датчика Холла зависит от угла между вектором магнитного поля и плоскостью пластины, Б — четыре вывода датчика Холла Линейный датчик Холла обычно размещается в корпусе с четырьмя выводами. Два вывода для подключения тока управления называются управляющими выводами, а сопротивление между ними — сопротивлением управляющей цепи R Выводы для измерения выходного напряжения называются дифференциальными выходами, а сопротивление между ними — выходным дифференциальным сопротивлением R0. Эквивалентную схему датчика Холла (рис. 3.32) можно представить в виде деталейого соединения 4-х резисторов и двух источников напряжения, включенных последовательно с выходными выводами. Знак <8> на рис. 3.31Б и 3.32 указывает на то, что вектор В направлен от наблюдателя. Датчик характеризуется следующими параметрами», сопротивлениями Л и Rg , напряжением смещения при отсутствии магнитного поля, чувствительностью и температурным коэффициентом чувствительности. Рис. 3.32 Эквивалентная схема датчика Холла Большинство сенсоров Холла изготавливаются из кремния, и их можно разделить на две основные категории: простые и интегрированные. Для построения чувствительных элементов на основе эффекта Холла применяются InSb, InAs, Ge и GaAs. Кремниевые сенсоры могут быть интегрированы на одной подложке с интерфейсными электронными схемами. Такая интеграция особенно важна при построении прецизионных сенсоров, поскольку напряжение Холла обычно довольно мало. В таблице 3.2 приведены основные характеристики простого кремниевого линейного датчика Холла UGN-3605K, выпускаемого кампанией Sprague. Таблица 3.2. Типовые характеристики линейного датчика Холла Управляющий ток 3 мА Сопротивление управляющей цепи 2 2 кОм Температурный коэффициент чувствительности сопротивления управляющей цепи +0 8%/°С Дифференциальное выходное сопротивление 4 4 кОм Выходное напряжение смещения 5 0 мВ (при В = 0 Гс) Чувствительность 60 мкВ/Гс Температурный коэффициент чувствительности +0 1%/°С Полная чувствительность 20 В/(ОмхкГс) Максимальная плотность магнитного потока ограничений нет Встроенная интерфейсная схема может иметь в своем составе пороговый детектор, превращающий датчик в устройство с двумя положениями: его выходной сигнал будет равен нулю, когда магнитное поле ниже порогового значения, и единице — когда плотность магнитного потока становится значительной. Поскольку кремний обладает пьезорезистивными свойствами, датчики, реализованные на его основе, реагируют на механические напряжения, поэтому необходимо минимизировать нагрузки на корпус датчика и на подводящие провода. Датчики Холла также являются чувствительными к колебаниям температуры, приводят к изменению сопротивления сенсорных элементов. Если чувствительный элемент подключен к источнику напряжения, изменения температуры будут влиять на значение сопротивления, а, следовательно, и на ток в цепи управления. Рис. 3.33. А и Б — кремниевый датчик Холла с и-зоной, В — его эквивалентная схема в виде резистивного моста Поэтому предпочтительнее управляющие выводы подключать к источнику тока, а не источнику напряжения. На рис. З.ЗЗА приведена схема датчика Холла, реализованного на кремниевой подложке/ьтипа с зоной я-типа, полученной методом ионной имплантации. Электрические контакты обеспечивают подсоединение к источнику питания и формируют выходные выводы датчика. Элемент Холла представляет собой квадрат с углублением с четырьмя электродами, включенными по диагоналям (рис. Холл открыл это физическое явление в 1879 году. З.ЗЗБ). На рис. 3.33В приведена его эквивалентная схема в виде резистивного моста. Поскольку мосты являются самыми популярными электрическими цепями с хорошо проработанными методами расчета (раздел 5.7 главы 5), они чаще всего используется на практике. .   Список тем   Назад   Вперед     Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями.

По вопросам размещения статей   пишите на email: datchikisensor@yandex. ru

Карта сайта

Карта сайта

Главная страница-Персональные страницы-Коновалов Дмитрий Александрович

НАУКА Темы Квантовая информатика Семинары Публикации Новая страница Конференции Только предстоящие конференции Все конференции (+ прошедшие) Партнеры Научные школы Научная школа «Ионно-лучевая и импульсно-энергетическая модификация материалов» Научная школа «Химическая физика» Научная школа «Когерентная и квантовая оптика» ОБРАЗОВАНИЕ Научно-образовательный центр Положение о НОЦ Состав и структура НОЦ Образование Мероприятия Ссылки и контактная информация Аспирантура Информационные ресурсы Базовые кафедры Именные премии Лауреаты ЭПР — электронный урок Экскурсия школьников по КФТИ КазНЦ РАН ДОСТИЖЕНИЯ Важнейшие результаты Разработки Магнитно-резонансный томограф Наши клиенты Основные технические параметры и характеристики томографов Эксплуатационные характеристики томографов КФТИ Выявляемые патологии Изображения полученные на МР-томографе Отзывы о применении наших томографов Патенты Награды и премии ИННОВАЦИИ Патенты Разработки Магнитно-резонансный томограф Наши клиенты Основные технические параметры и характеристики томографов Эксплуатационные характеристики томографов КФТИ Выявляемые патологии Изображения полученные на МР-томографе Отзывы о применении наших томографов Малое инновационное предприятие «Градиент МРТ» ИНСТИТУТ Название Структура института Руководство Советы Учёный совет Заседания Учёного совета Диссертационный совет Рекомендации диссертантам Новости и объявления Видео архив Диссертации (архив) Совет молодых учёных Молодёжные гранты Профсоюз События Документы Контакты Положение о КФТИ ОСП ФИЦ КазНЦ РАН Реквизиты Результаты специальной оценки условий труда <div>English page</div>

Датчик Холла

— все, что вам нужно знать

Особенности и технические характеристики датчика Холла

 

Датчик Холла обладает уникальной особенностью высокой чувствительности. Также преимуществом является высокая механическая стойкость. Его нечувствительность к окружающей среде и защита от инверсии полярности позволяют предложить надежный, быстрый и компактный метод обнаружения. Обычно состоит из 3-8 ножек (контактов) и пластикового корпуса, может быть однополярным, многополярным или биполярным с выходом на линейный усилитель.

Основные технические характеристики:

• Напряжение питания (в В): от 4,5 до 6 В, широкий диапазон, облегчающий использование,
• Тип выхода: линейный или двухпозиционный,
• Выходное сопротивление: 50 Ом,
• Магнитная чувствительность (в Гс или Тл): при 5 В – мин.: 0,75 мВ/Гс – макс. 1,72 мВ/Гс. Gauss — диапазон чувствительности для линейных выходных датчиков, а T — критическая точка для датчиков включения/выключения,
• Полярность: однополярная или биполярная (чувствительность к северному или южному полюсу или к обоим),
• Ток источника питания: 9 мА,
• Рабочая температура: от – 20°C до + 85°C,
• Плотность магнитного потока: не ограничена.

 

Различные применения датчика в промышленности

 

Этот тип датчика имеет различные области применения и применения. В основном он используется в точной механике, автомобилестроении и авиации. Для определения направления вращения элемента, управления двигателем или аккумулятором датчик используется как датчик скорости и углового положения.

 

Сборка датчика, проверка и тестирование

 

Для сборки электронного датчика необходимо использовать универсальную автоматическую линию, предназначенную для различных конфигураций датчиков в соответствии с потребностями заказчика.

Поставляемые полосами из десятков или сотен компонентов для промышленного применения датчики необходимо разрезать и согнуть, чтобы затем припаять к электронным схемам. Для этого необходимо использование конкретной машины. Перед сборкой с помощью лазерной сварки датчики проходят через станок для резки и гибки, чтобы они могли принять необходимую форму, а затем разрезаются в виде цепочки по заданным размерам.

На рынке есть два типа станков для датчиков резки и изгиба: автоматические и ручные. Для получения изгиба превосходного качества и удовлетворения большого объема заказов следует отдать предпочтение первому варианту. Второй чаще используется для обучения в школах и институтах или для тестирования.

Для использования в качестве датчиков скорости проводятся лабораторные испытания для определения характеристик датчиков при скорости вращения в диапазоне от 100 до 10 000 об/мин. Для проведения этих испытаний требуется испытательный стенд.

Для применения в автомобильной промышленности датчики, используемые для определения положения рычага переключения передач автомобиля, программируются и управляются электрически. Для датчиков требуется специальный испытательный стенд.

О компании MGA Technologies

 

Специализируясь на автоматизации всех процессов производства, сборки компонентов и испытаний, компания MGA Technologies разработала несколько производственных линий для большого числа клиентов. К ним относятся такие продукты, как испытательный стенд для датчиков, испытательный стенд для программирования и управления датчиками на эффекте Холла, а также автоматическая линия для производства электронных датчиков. Если вам нужна дополнительная информация о нашей резке и гибке датчик Холла машина, свяжитесь с нами сегодня через нашу контактную форму или по телефону.

11 мифов о датчиках Холла

Что вы узнаете:

• Разница между датчиками Холла и элементами Холла.
• Почему датчики Холла предоставляют не только информацию о включении и выключении.
• Как датчики Холла могут обнаруживать магнитные поля в расширенном диапазоне.

 

В течение многих лет разработчики использовали датчики Холла в промышленных и автомобильных системах для обнаружения приближения, измерения линейных перемещений, вращательного кодирования и многих других приложений. Со временем более высокие требования к производительности системы подтолкнули поставщиков интегральных схем (ИС) к повышению точности чувствительности, интеграции дополнительных функций, предложению различных направлений измерения и снижению энергопотребления, что расширило использование датчиков Холла на десятилетия вперед.

В этой статье будут рассмотрены распространенные заблуждения относительно датчиков Холла и, при необходимости, их применение в реальных условиях.

1. Датчики Холла предоставляют только простую информацию о включении и выключении.

Многие электромеханические конструкции требуют обнаружения объекта с помощью датчика, который выдает простой логический сигнал, указывающий на его присутствие или отсутствие. Одним из примеров является закрытие и открытие крышки ноутбука, указывая, когда его включить или выключить. Другим примером является событие проникновения в дверной и оконный датчик. В этих приложениях обычно используется простой переключатель на эффекте Холла, который переключает свое выходное напряжение после пересечения внутреннего магнитного порога.

Хотя эти переключатели на эффекте Холла очень полезны, они не являются единственным доступным типом датчика Холла — защелки и линейные устройства также довольно распространены. В отличие от переключателя, защелка, которая в основном используется при циклическом кодировании, будет переключать свой выход только при наличии магнитной полярности, противоположной той, которую она испытывала ранее.

Для точных измерений смещения предпочтительны линейные датчики Холла, поскольку они могут с высоким разрешением определять, где находится объект относительно датчика. Другими словами, они предоставляют гораздо больше, чем просто информацию о включении и выключении. На рис. 1 показаны передаточные функции для каждого типа датчика, включая доступные варианты.

2. Линейные датчики Холла не точны.

Линейные датчики Холла, несомненно, представляют собой экономичные решения, обеспечивающие надежную магнитную информацию. Пользователи таких датчиков знают об этом факте, но часто считают, что другие технологии отвечают их требованиям высокой точности.

Например, в промышленной робототехнике движущиеся руки должны быть точно расположены по отношению к целевому объекту. Использование высокоточного линейного трехмерного датчика Холла, такого как TMAG5170 от Texas Instruments (TI), обеспечивает точность, необходимую для таких приложений (рис. 2) . Кроме того, высокая точность устройства и малый дрейф чувствительности в зависимости от температуры потенциально устраняют необходимость калибровки на уровне системы.

3. Датчики Холла аналогичны элементам Холла.

Это просто неправда, что элементы Холла по сути такие же, как датчики Холла. Элемент Холла, который требует схемы смещения и дифференциального усилителя, является самой базовой структурой, необходимой для получения полезного напряжения. В отличие от датчиков Холла, элементы Холла не имеют всех вспомогательных схем, интегрированных в единый корпус.

На рис. 3 показана реализация схемы для обоих типов датчиков. Элементы Холла обычно используются в приложениях, где точность не имеет решающего значения, стоимость чрезвычайно важна, а дифференциальный усилитель находится поблизости для минимизации влияния внешних шумов. Кроме того, для элементов Холла характерно нелинейное изменение температуры, а датчики Холла имеют встроенную компенсацию, обеспечивающую стабильные измерения в широком диапазоне температур от −40 до 125 °C.

Для получения дополнительной информации о датчиках Холла см. статью форума разработчиков TI E2E «Что такое датчик Холла?»

4. Переключатели на эффекте Холла не являются полезной заменой герконовых переключателей.

Герконовые выключатели по-прежнему широко используются во многих приложениях, таких как дверные и оконные датчики. Основным недостатком использования герконов в системах охранной сигнализации является невозможность обнаружения события несанкционированного доступа. Используя линейный трехмерный датчик Холла, разработчики могут использовать преимущества любого канала, не используемого для активных измерений, для обнаружения этого события.

Другой пример — дверца холодильника для управления точным положением, когда внутренний свет включается или выключается. Переключатели на эффекте Холла обеспечивают стабильное определение расстояния открытия и закрытия, учитывая их жесткие характеристики порогового гистерезиса.

Вторым серьезным недостатком использования герконов является невозможность использовать стандартные процедуры сборки печатной платы (PCB). Эти устройства необходимо припаивать к плате вручную, что усложняет процесс сборки и увеличивает затраты. Таблица 1 сравнивает две технологии.

5. Решения с низким энергопотреблением не достижимы с датчиками на эффекте Холла.

Хотя некоторые датчики на эффекте Холла потребляют ток в пределах однозначных миллиампер, что делает их непригодными для приложений с батарейным питанием, другие переключатели на эффекте Холла поддерживают низкую частоту дискретизации (5 Гц или меньше) и потребляют в среднем ток менее 1 мкА. Эти устройства циклически переключаются между состоянием активного измерения с высоким энергопотреблением и состоянием сна со сверхнизким энергопотреблением для достижения низкого энергопотребления. Поскольку активное состояние (t _{активно} ) продолжительность намного короче, чем интервал сна (t _с ), общее среднее потребление тока очень низкое (рис. 4) .

6. Датчикам Холла требуется три провода для внешнего измерения.

Подавляющее большинство датчиков Холла, представленных на рынке, имеют только три контакта — V _CC (питание), выход и GND (земля), поэтому обычно к датчику необходимо подсоединять три провода. Это неправда. Как показано на Рисунок 5 , трехконтактный переключатель на эффекте Холла с открытым стоком и выходом по напряжению подключается удаленно с помощью всего двух проводов.

При обнаружении магнитного поля устройство выдает ток через контакт GND. Если поле не обнаружено, выход устройства не будет производить ток и, в свою очередь, не будет производить выходной ток через вывод GND. Обратите внимание, что для определения логического состояния резистора требуется аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который может быть встроен в микроконтроллер, и внешний резистор. Проблема с этой конфигурацией заключается в том, что она может создавать недопустимые уровни напряжения в шумных условиях.

Для обеспечения надежной передачи данных требуется устройство токового выхода для уменьшения или устранения искажения сигнала. Например, TMAG5124 представляет собой двухвыводное решение, для работы которого требуется только напряжение питания и заземление. На рис. 5 показано, как реализовать устройство, используя контакт GND для передачи тока низкого или высокого уровня (оба в миллиамперном диапазоне).

7. При использовании датчиков Холла нет гибкости в размещении магнитов.

Расположение магнита по отношению к датчику зависит от многих факторов — некоторые из них относятся к системному уровню, а другие присущи самому датчику. К внешним системным факторам, определяющим размещение магнита, относятся, в основном, размер магнита, тип материала магнита и диапазон рабочих температур. Чем больше магнит, тем больше создаваемое магнитное поле.

Из наиболее распространенных магнитов самые сильные магнитные поля создают неодимовые железо-боровые (NdFeB) магниты. Таким образом, они, как правило, меньше по размеру.

При выборе магнита также важно учитывать нагрев, поскольку он обычно ухудшает создаваемое магнитное поле.

Основные факторы, влияющие на размещение магнита, характерные для датчика, включают уровни чувствительности, направления обнаружения (в плоскости или вне плоскости), предлагаемые пакеты, количество датчиков на борту и возможность настройки. Датчик на эффекте Холла с более высокой чувствительностью может обнаружить магнит на большем расстоянии.

Большинство переключателей и защелок на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля перпендикулярно поверхности упаковки, но некоторые могут обнаруживать горизонтально (или в плоскости) упаковки. Хорошим примером этого является TMAG5123, который обеспечивает большую механическую гибкость в конструкциях, когда вертикальное смещение невозможно. Другой пример — использование двухканальных защелок 2D, способных контролировать несколько осей. Вы можете разместить их практически в любом месте по отношению к магниту.

8. Датчики Холла не подходят для измерения углов.

Датчики на эффекте Холла популярны во многих приложениях перемещения, но они также используются для измерения абсолютных углов. Стратегически расположив два одноосевых линейных датчика Холла вокруг вращающегося дипольного магнита, каждый датчик улавливает вектор магнитного поля, который не совпадает по фазе с другим. Имея эту информацию, легко вычислить точный угол вращающегося магнита с помощью функции арктангенса.

На рис. 6 показаны две реализации с использованием линейных датчиков в двух разных типах корпусов. Еще один более элегантный способ выполнения угловых измерений — использование одного линейного трехмерного датчика Холла (см. , рис. 6b, для различных конфигураций). Чтобы узнать об измерении углов, ознакомьтесь с документами TI «Измерение абсолютного угла для вращательного движения с использованием датчиков Холла» и «Измерение угла с помощью многоосевых линейных датчиков Холла».

9. Датчики Холла имеют очень ограниченный рабочий диапазон.

Есть также те, кто считает, что датчики на эффекте Холла не имеют хорошего диапазона для практического использования, потому что магнитные поля экспоненциально затухают с расстоянием. Однако датчики на эффекте Холла с высокой чувствительностью могут обнаруживать полезные магнитные поля на значительном расстоянии.

Например, TI DRV5032. В таблице 2 показаны расстояния лобового срабатывания всех вариантов устройств, предлагаемых с использованием небольшого недорогого ферритового магнита (12 × 12 × 6 мм). DRV5032ZE с самой низкой чувствительностью от TI может обнаруживать этот магнит от 4,0 до 7,5 мм, а версия DRV5032FA — от 18,7 до 44,6 мм. При использовании более сильного магнита NdFeB марки 52 того же размера это расстояние обнаружения увеличивается почти до 3 дюймов 9.0005

10. Только датчики TMR могут выполнять измерения в плоскости.

Разработчики обычно рассматривают датчики туннельного магнитосопротивления (TMR) из-за их высокой магнитной чувствительности, высокой линейности и низкого энергопотребления. Кроме того, датчики TMR могут воспринимать магнитные поля горизонтально (или в плоскости) вместе с упаковкой. Большинство доступных сегодня датчиков Холла чувствительны к перпендикулярным полям, но некоторые из них, такие как TMAG5123, имеют возможность измерения в плоскости.