Датчики холла принцип работы применение: Датчики Холла. Виды и применения. Работа и подключения

Содержание

37. Принцип работы датчика холла.

Датчик Холла – это магнитоэлектрический механизм. Основу работы принципа такого датчика открыл физик по фамилии Холл, в честь него датчик и получил своё название. Ниже описано, что такое датчик Холла, принцип его работы, где применяется, а также какие существуют виды датчика.

Принцип работы датчика Холла

В основе работы датчика Холла лежит так званный элемент Холла, который связан с схемой электрики. Датчик Холла сам по себе является микросхемой, которая на выходе создает нужный информационный сигнал. Фиксируемое магнитное поле – основа принципа работы механизма. Дляизмерение скорости перемещения на неподвижных элементах конструкции закрепляют датчик Холла и прикрепляют магниты к движущейся части.

Существует и более простой способ: движущиеся контакты и элементы попросту намагничивают. При этом не вносится в конструкцию никаких изменений. Чтобы измерить скорость вращения, используют несколько постоянных магнитов и непосредственно сам датчик Холла.

Принцип работы в этом случае достаточно прост, пластинка в свободном состоянии перемещается между этими двумя полюсами и экранирует магнитное поле. При каждом обороте происходит импульс электрики в электронный тахометр. Чтобы точность была как можно выше, нужно просто увеличить количество магнитов.

Виды датчика Холла

Датчик Холла представляет из себя датчик магнитного поля. На данный момент бывают цифровые и аналоговые датчики Холла.

Аналоговые датчики переделывают индукцию поля в напряжение. Величина, которую может показать датчик завит от силы и полярности поля. Но также следует учитывать дистанцию, на которой он установлен.

Цифровые датчики определяют отсутствие либо наличие поля. Принцип работы довольно прост, датчик выдает логическую единицу, если индукция доходит до определённого порога, и выдаёт логический ноль, в случае если порог не достигнут. Получается, что при слабой индукции в соответствии с низкой чувствительностью датчика – присутствия поля возможно не будет зафиксировано.

Такой датчик имеет свой минус, и заключается он в наличии зоны нечувствительности, которая располагается между порогами.

Цифровые датчики Холла делятся на: униполярные и биполярные.

Биполярные – реагируют на изменение полярности поля, соответственно одна полярность отключает датчик, а другая – включает.

Униполярные – включаются при присутствии поля некой полярности и выключается при уменьшении индукции поля.

Проверка датчика Холла на работоспособность

В том случае, если у Вас возникла потребность проверить датчик Холла, то это можно сделать несколькими способами. Самый простой способ проверить датчик на работоспособность – это поставить другой заведомо исправный. В случае если проблема была решена после замены – то результат очевиден.

Можно также сделать нетрудное устройство, которое будет имитировать работу датчика Холла, его лучше всего делать, когда нет рабочего датчика. Для создания такого устройства потребуется всего лишь трёхштекерная колодка с распределителя зажигания и небольшой отрезок провода.

Тестирования датчика можно также выполнить при помощи обычного тестера. В том случае, если тестер показывает менее 0.4 В, то это однозначно означает, что датчик неисправен. Еще можно проверить присутствие искры вовремя включение зажигания. Чтобы это сделать, необходимо подключить концы провода к соответствующим выходам коммутатора.

Признаки неисправности датчика Холла Определить неисправности датчика Холла бывает непросто. Правда, специалисты советуют проверить его при появлении следующих проблем. Двигатель не заводится или запускается с перебоями. Автомобиль начинает дергаться при работе двигателя на повышенных оборотах. Перебои в работе мотора на холостом ходу. Остановка работы силового агрегата во время движения.

Что представляет собой датчик Холла и для чего он нужен в автомобиле.

Данный датчик единственный в автомобиле, который имеет собственное имя. Он назван в честь известного американского физика Эдвина Холла, который открыл особенности поведения полупроводника в магнитном поле. В техническом плане датчик Холла представляет собой простейшее магнитоэлектрическое устройство. Фактически это датчик, который фиксирует наличие магнитного поля. Принцип его действия достаточно прост, и в нем вполне можно разобраться.

Конструктивно, работает это следующим образом. Плоский проводник под напряжением помещается в магнитное поле. Под действием магнитного поля, ток смещается в одному краю проводника, таким образом возникает разница потенциалов.

В автомобиле, датчик Холла работает как обычный ключ (размыкатель и замыкатель). Магнит вращается в трамблере машины, и влияет на датчик, закрепленный стационарно. Когда датчик «чувствует» магнитное поле трамблера, он подает импульс, который вызывает искру зажигания.

Собственно, данный датчик – один из основных элементов системы зажигания автомобили. Он присутствует в любой машине вне зависимости от ее стоимости. Кроме того, он может быть использован в цифровых спидометрах и тахометрах, проверять скорость вращения передаточных колес и контролировать работу антиблокировочной системы автомобиля.

Также стоит отметить тот факт, что датчик Холла очень надежен. Сам по себе он может работать долгие годы, и чаще всего, поломка происходит из-за физического воздействия или чрезмерного загрязнения датчика. Достаточно часто, датчик Холла специально устанавливают таким образом, чтобы его можно было быстро снять и заметить. Исключение составляют лишь устройства, которые контролируют работу сложных систем автомобиля.

Датчик Холла — принцип работы и сферы применения :: SYL.ru

Высокий пучок с банданой: стильные SOS-прически, когда нет времени мыть голову

Отдаем дань неоднозначному тренду весны: как вписать в образ прозрачные рукава

Как придать новый вкус тушеной говядины: добавляем необычные ингредиенты

От бессонницы, депрессии и угревой сыпи: тимьян не только улучшает вкус блюд

Как в мультфильмах Тима Бертона: делаем модный макияж глаз на вечеринку

Снова в моде спустя сто лет: идеи современного макияжа, вдохновленного 1920-ми

Сито для красивых кудряшек: мнение экспертов по поводу лайфхака из соцсетей

Природный уют: делаем подсвечники из коры (инструкция и фото)

И вегетарианцам, и тем, кто на диете: рецепт супа с перловкой и овощами

V-образная стрижка на длинные волосы — хит весны: как выбрать модную прическу

Автор Валентин Добровольский September 20, 2013

Датчик Холла предназначается для того, чтобы измерять скорость перемещения для индикации параметров исполнительных механизмов устройствами системы автоматического управления.

Информация, которая поступает от датчика, необходима, чтобы формировать управляющие сигналы в системе регулирования и стабилизировать параметры перемещения узлов объекта автоматизации.

Принцип работы датчика Холла

Основу составляет так называемый элемент Холла, который соединен с электрической схемой. Датчик Холла — это микросхема, на выходе которой формируется необходимый информационный сигнал. Основа принципа работы устройства — это магнитное поле, которое фиксируется. Для того чтобы измерить скорость перемещения, датчик Холла закрепляют на неподвижных элементах конструкции, а к движущейся части прикрепляют магниты. Есть и более простой способ: подвижные контакты и элементы просто намагничивают. При этом никаких изменений в конструкцию не вносится. Для того чтобы измерить скорость вращения, применяют пару постоянных магнитов и тот же самый датчик Холла. Принцип работы в таком случае прост: между этими двумя полюсами перемещается в свободном состоянии пластинка, которая экранирует магнитное поле.

Каждый оборот – это формирование электрического импульса в электронный тахометр. Для того чтобы увеличить точность, используют просто большее количество магнитов.

Эффект Холла

Датчик Холла обязан своим появлением знаменитому американскому ученому, который и дал прибору свое имя. Эдвин Холл совершил в 1879 году очень важное открытие этого гальванического и магнитного явления. Практическую ценность этого изобретения сложно переоценить. Сам эффект заключается в том, что, если протекает ток вдоль какого-то проводника, на который оказывается воздействие поперечным магнитным полем, то возникает электрическое поле. Такое явления называется ЭДС (электродвижущей силой) Холла. Самые первые приборы на основе этого эффекта были громоздкие и не особо эффективные. Развитие электроники, в частности микропроцессорной техники, вдохнуло новую жизнь в развитие таких устройств. Микросхемы стали использоваться в таком устройстве, как датчик Холла. Более того, существуют миниатюрные приборы.

Они могут быть линейными: для считывания информации о токе, о вибрации, о положении и так далее. И они могут быть логическими: датчики частоты вращения, приближения, импульсов. На данный момент разработаны высокоэффективные цифровые устройства на основе эффекта Холла.

Применение

Датчик Холла в первую очередь предназначается для автоматизации линий в транспортных и поточных системах. Также он используется для контроля положений узлов в различных механизмах: положение и перемещение деталей от начальных и до концевых положений. Данное устройство используется и для измерения токов, и как чувствительный элемент у магнитного компаса. С помощью такого прибора, как датчик Холла, можно измерять также и мощность, и скорость, и расстояние. В приводах дисководов у любого ПК есть ЭДС Холла.

— работа, типы, применение, преимущества и недостатки Датчики Холла

широко используются в различных областях. В этом посте мы обсудим, как они работают, их типы, области применения, преимущества и недостатки.

Применение магнитного поля

Пожалуйста, включите JavaScript

Применение магнитного поля

Введение в датчик Холла

Магнитные датчики представляют собой полупроводниковые устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к ним магнитному полю. Затем эти электрические сигналы обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого результата.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий диапазон магнитных полей. Одним из таких магнитных датчиков является датчик Холла, выходной сигнал которого (напряжение) является функцией плотности магнитного поля.

Для активации этих датчиков Холла используется внешнее магнитное поле. Когда плотность магнитного потока в непосредственной близости от датчика превышает определенный порог, это обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, также известное как напряжение Холла.

Рис. 1 – Датчики Холла

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

Работа Принцип работы датчика Холла

Датчик Холла основан на принципе эффекта Холла. Этот принцип гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может быть измерено под прямым углом к пути тока.

Рис. 2 – Принцип эффекта Холла – ток, протекающий через пластину

Принцип работы датчика Холла Сенсор, электроны движутся через него по прямой линии.

Когда на датчик воздействует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда по криволинейной траектории.

Из-за этого электроны с отрицательным зарядом будут отклоняться к одной стороне сенсора, а отверстия с положительным зарядом — к другой.

Рис. 3 – Принцип эффекта Холла – отклонение электронов и дырок стороны пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально силе электрического тока и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Датчики Холла можно разделить на два типа по двум основаниям:

На основе выходного сигнала
На основе принципа действия

На основе выходного сигнала

На основе выходного сигнала датчики Холла можно разделить на два типа: –

Аналоговый выход на эффекте Холла Датчики
Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом
Элемент и усилитель. Как следует из названия, выходной сигнал датчика такого типа имеет аналоговую природу и пропорционален напряженности магнитного поля и выходному сигналу элемента Холла.
Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству их целесообразно использовать в качестве датчиков приближения.
Рис. 5 – Выход датчика Холла с аналоговым выходом
Датчики Холла с цифровым выходом
Датчики Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта», добавленный по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.
Рис. 6 – Схема датчика Холла с цифровым выходом
Это «триггер Шмитта», который индуцирует эффект гистерезиса, поэтому достигаются два разных пороговых уровня. Соответственно, на выходе всей схемы будет либо Low, либо High. Датчик Холла
является одним из таких датчиков. Эти цифровые выходные датчики широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах. 9Рис. 7. Выходной сигнал датчика Холла с цифровым выходом Датчик эффекта
Униполярный датчик Холла
Биполярный датчик Холла
Как следует из названия, для работы этих датчиков требуются как положительные, так и отрицательные магнитные поля. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отключения датчика.
Рис. 8. Биполярный датчик Холла
Униполярный датчик Холла
Как следует из названия, этим датчикам требуется только положительное магнитное поле южного полюса магнита для активации и отключения датчика.
Рис. 9 – Униполярный датчик Холла
Применение датчика Холла
Применение датчиков Холла для простоты понимания разделено на две категории.
Применение аналоговых датчиков Холла
Применение цифровых датчиков Холла
Применение аналоговых датчиков Холла
Аналоговые датчики Холла используются для: Тестеры).
Определение скорости вращения колеса для антиблокировочной системы тормозов (ABS).
Устройства управления двигателем для защиты и индикации.
Определение наличия питания.
Датчик движения.
Определение скорости потока.
Измерение давления мембраны в манометре мембраны.
Обнаружение вибрации.
Обнаружение черных металлов в детекторах черных металлов.
Регулировка напряжения.
Применение цифровых датчиков Холла
Цифровые датчики Холла используются для:
Определение углового положения коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
Определение положения автомобильных сидений и ремней безопасности для управления подушками безопасности.
Беспроводная связь.
Измерение давления.
Ощущение близости.
Определение скорости потока.
Определение положения клапанов.
Определение положения объектива.
Преимущества датчиков Холла
Датчики Холла обладают следующими преимуществами:
Они могут использоваться для различных функций датчиков, таких как определение положения, определение скорости, а также определение направления движения.
Поскольку это полупроводниковые устройства, они абсолютно не изнашиваются из-за отсутствия движущихся частей.
Практически не требуют обслуживания.
Прочные.
Невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.
Недостатки датчиков Холла
Датчики Холла имеют следующие недостатки: –
Они не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственным решением этой проблемы является использование очень сильного магнита, способного генерировать широкое магнитное поле.
Точность измеренного значения всегда является проблемой, так как внешние магнитные поля могут повлиять на значения.
Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителей заряда и чувствительность датчиков Холла.
Управление большими электрическими нагрузками с помощью датчиков Холла
Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую управлять большими электрическими нагрузками. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив к выходу NPN-транзистор с открытым коллектором (потребитель тока).
NPN-транзистор (токовой сток) в насыщенном состоянии функционирует как стоковой переключатель. Он замыкает выходную клемму на землю всякий раз, когда плотность потока превышает предустановленное значение «ON».
Выходной переключающий транзистор может иметь различные конфигурации: транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или и то, и другое. Вот как он обеспечивает выход pull/push, который позволяет потреблять достаточный ток для прямого управления большими нагрузками.
Читайте также о принципе эффекта Холла: история, объяснение теории, математические выражения и приложения
Датчик Холла Принцип работы Анимация
от редакции
Датчик Холла представляет собой преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.
Рис. : Колесо с двумя магнитами, проходящее мимо датчика Холла
В своей простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение. При известном магнитном поле можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.
Часто датчик Холла сочетается со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом режиме (вкл./выкл.), и в такой конфигурации может называться переключателем.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Зонд Холла содержит полупроводниковый кристалл соединения индия, такой как антимонид индия, установленный на алюминиевой опорной пластине и заключенный в головку зонда.
Когда датчик Холла удерживается так, что силовые линии магнитного поля проходят под прямым углом через датчик датчика, датчик выдает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла». Эффект Холла наблюдается, когда проводник проходит через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение эффекта Холла является признаком магнитного объекта, проходящего вокруг него. Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.
Читайте также: Анимация бесконтактного переключателя
ПРЕИМУЩЕСТВА
Датчик Холла может работать как электронный переключатель.
Такой переключатель стоит дешевле механического и намного надежнее.
Может работать до 100 кГц.
Отсутствие дребезга контактов, поскольку вместо механического контакта используется полупроводниковый переключатель с гистерезисом.
На него не повлияют загрязнители окружающей среды, так как датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.
В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:
может измерять широкий диапазон магнитных полей
доступен для измерения магнитных полей северного или южного полюса
могут быть плоскими
DISADVANTGAES
Датчики Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления. Более того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.
ПРИМЕНЕНИЕ
Определение положения
Определение наличия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно работающих в режиме переключения (режим включения/выключения). Датчики Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.
Смартфоны используют датчики Холла, чтобы определить, закрыта ли откидная крышка.
Трансформаторы постоянного тока
Датчики Холла могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик Холла устанавливается в зазор магнитопровода вокруг проводника с током. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.
Автомобильный указатель уровня топлива
Датчик Холла используется в некоторых автомобильных указателях уровня топлива. Основным принципом работы такого индикатора является определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью вращающегося рычажного датчика.