Датчик холла это что: Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

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

Как работают датчики на эффекте Холла

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме).Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумную наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х.зал (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниках, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов. Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США.

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки слишком. Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита.Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

“ Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен быть направлен к одной стороне провода… ”

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны). Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии.Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток.Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет. В другом словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

1. Когда электрический ток протекает через материал, электроны (показаны здесь синими пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этой картинке) больше электронов, чем на левой (наверху на картинке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками.Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла.Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец). Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

• Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
Зонды
• на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.

Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух сторонах когда вы помещаете их в магнитное поле.Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля. Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения).В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен. Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии).На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере. В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие и гибкие диски), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель.Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях.Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12). Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь.Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение. Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История

• [PDF] Открытие эффекта Холла Дж. С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, оспаривая некоторые из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.

Статьи Эдвина Холла

• О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х.Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
• Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
• Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для некоторых металлов, Эдвин Х. Холл, PNAS USA, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

• Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена.Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени. Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
• Устройства на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004. Несколько большая и более подробная книга, но охватывающая схожую тему с смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
• Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда.Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Пять основных областей применения датчиков Холла

Автор: Морин ВанДайк | 6 ноября 2019

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?

— 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 приводит к двум классификациям 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 традиционный геркон.Однако переключатель на эффекте Холла имеет дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии механических контактов, что делает его более долговечным в суровых условиях.

Датчики на эффекте Холла униполярные

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

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 двигателями и отключениями электроинструментов, а также датчиками подачи бумаги в копировальных аппаратах.

Контроль жидкости

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.

Технология интеллектуальных позиционеров последнего поколения

ВВЕДЕНИЕ

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

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

ДАТЧИК ЗАЛА

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

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

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

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

F = q x (v x B)
где:

• q: электронная нагрузка
• B: магнитное поле

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

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

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

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

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

Рисунок 1 — Принцип работы датчика ЗАЛ

В настоящее время существует несколько приложений для этих датчиков, от применения в серводвигателях в видеокассетах, датчиках турникета контроля доступа, датчиках скорости, системе впрыска автомобильного двигателя, измерении тока, мощности и магнитного поля, управлении бесщеточными двигателями постоянного тока, датчиках приближения. , управление вращением, управление положением и т. д. Это последнее приложение будет описано при работе с интеллектуальными позиционерами клапана / приводов.Речь идет об электронике и программном интеллекте в сочетании с новейшими достижениями в области механических разработок.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОЗИЦИОНЕР

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

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

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

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

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

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

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

Схема управления основана на широко распространенной и хорошо зарекомендовавшей себя технологии: пьезолопастный и золотниковый клапан.

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

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

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

Рисунок 3 — Схема пневматического преобразователя

Рисунок 4 — 300 FY

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

Рисунок 5 — Схема работы датчика Холла на позиционере клапана

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

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

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

Рисунок 6 — Функциональная схема позиционера Smar FY303

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

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

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

Рисунок 7 — Дистанционный позиционер Холла

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

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

Рисунок 8 — Пример применения в Profibus

Тест частичного хода или PST

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

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

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

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

Рисунок 9 — Профилактическая диагностика

Однако автоматический PST при приемлемых затратах стал реальностью только с разработкой интеллектуального позиционера клапана и широкого диапазона доступных параметров, обеспечивающих отличный спектр диагностики.

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

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

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

Рисунок 10 — Примеры экранов DTM для FY303

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

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

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

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

Рисунок 11 — Экраны результатов PST

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

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

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

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

Рисунок 12 — 303 финансовый год — AssetView FTD / DTM

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

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

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

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

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

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

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

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

Датчики Холла (магнитные)

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

• 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.

имеют ряд преимуществ по сравнению с 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 его можно считывать так же, как и на стандартном механическом переключателе.

Теория работы

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

Выход имеет триггер 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, а только его присутствие, что упрощает его использование по сравнению с аналоговым датчиком на эффекте Холла. Если необходимо 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.

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